Cuscinetti ad altissima velocità per aumentare le prestazioni delle macchine utensili

I settori manifatturiero e ingegneristico esercitano una pressione crescente sui produttori di macchine utensili e sulle aziende d’ingegneria, richiedendo un aumento della velocità di produzione, della precisione e dell’affidabilità delle proprie macchine. Per offrire una velocità di taglio superiore e una maggiore precisione, i mandrini devono raggiungere velocità molto elevate, per questo i cuscinetti per mandrino rappresentano la condizione indispensabile per garantire la precisione di una macchina. Sono questi cuscinetti che definiscono, molto di più rispetto ad altri componenti, il limite massimo di velocità del mandrino. Per assicurare velocità elevate NSK ha investito nello
sviluppo di nuovi materiali e di tecniche di produzione per fornire un’ampia gamma di cuscinetti di super precisione, che permette alle macchine utensili di operare ad alte velocità e di garantire livelli elevati di prestazione e di precisione. Per consentire ai mandrini di macchine utensili di raggiungere velocità di taglio superiori mantenendo livelli elevati di precisione si utilizzano cuscinetti di super precisione, di cui i cuscinetti a sfere a contatto obliquo rappresentano la tipologia più diffusa per tali applicazioni. Grazie alla collaborazione con produttori di macchine utensili e mandrini, NSK ha sviluppato una gamma di cuscinetti a sfere a contatto obliquo adatta per applicazioni su mandrini di macchine utensili con un ampio range di velocità di esercizio.
Il range garantito è il più completo tra quelli forniti da un singolo produttore ed è stato ottenuto grazie all’attività di Ricerca e Sviluppo del Centro Tecnologico Europeo (ETC) di NSK, tra le strutture più avanzate di questo tipo in Europa. L’ETC effettua test approfonditi sui cuscinetti a sfere a contatto obliquo con nuovi tipi di grasso e con lubrificazione a nebbia d’olio. Lo scopo di questi test è quello di stabilire come le proprietà fisiche dei lubrificanti possano influire sulle prestazioni del cuscinetto.
La necessità di effettuare frequenti cambi utensile sui macchinari moderni, come nei centri di lavoro, richiede l’ottimizzazione dei tempi di produzione che si può ottenere non solo attraverso l’aumento della velocità del mandrino ma anche attraverso accelerazioni e decelerazioni più rapide. Tuttavia, durante le fasi di accelerazione e decelerazione rapida, i cuscinetti per mandrini sono soggetti a condizioni severe di carico termico. Queste sono generate dai cambiamenti drastici nell’ambiente di esercizio dovuti al calore del motore, al raffreddamento dell’alloggiamento e ad altri fattori. La soluzione di NSK a questi problemi è rappresentata dai cuscinetti della serie
ROBUST, progettati per mandrini ad altissima velocità.
La serie ROBUST di cuscinetti ad altissima velocità utilizza un numero maggiore di sfere di diametro inferiore come elementi volventi, questo garantisce velocità di rotazione del 20% più elevate rispetto ai design standard. La serie ROBUST ha dimensioni esterne identiche rispetto ai cuscinetti a sfere a contatto obliquo standard e, di conseguenza, garantisce la massima interscambiabilità. Tuttavia, la massa ridotta degli elementi volventi genera una minore forza
centrifuga delle sfere e, quindi, l’attrito e la produzione di calore vengono limitati. La forza centrifuga delle sfere è ridotta in caso di velocità elevate e le sollecitazioni interne sono inferiori, perciò è possibile raggiungere velocità di 3 milioni dmN con lubrificazione aria/olio. Prestazioni di questo livello sono possibili grazie al sostanziale contributo delle migliori condizioni di contatto degli elementi volventi all’interno del cuscinetto. Queste garantiscono una minore produzione di calore e riducono le temperature di esercizio che si possono ottenere con la versione standard di un cuscinetto a sfere a contatto obliquo. Sicuramente, la riduzione dell’attrito e il raffreddamento più efficiente aumentano l’affidabilità di un cuscinetto, un vantaggio ancora più importante grazie all’integrazione di un singolo spallamento per garantire una migliore distribuzione del lubrificante nel cuscinetto.
La serie ROBUST offre agli utilizzatori un’ampia gamma di opzioni per migliorare la configurazione standard. Questi cuscinetti possono essere dotati di sfere in ceramica (nitruro di silicio) oppure possono essere realizzati con anelli in acciaio SHX, un nuovo materiale sviluppato da NSK. SHX è stato realizzato grazie a materiali speciali di proprietà esclusiva e ad un innovativo trattamento termico. Questo materiale garantisce prestazioni ad altissime velocità e una durata a fatica estesa, per questo è particolarmente indicato per i mandrini delle macchine utensili, che raggiungono
velocità molto elevate con un apporto minimo di lubrificante. La sua resistenza termica è quasi uguale a quella dell’acciaio M50, un materiale ampiamente utilizzato per i cuscinetti dei motori a reazione, mentre la resistenza all’usura e al grippaggio e la durata definiscono nuovi standard per il settore.
Per lo sviluppo di materiali per cuscinetti ad altissima velocità sono state utilizzate anche alternative per la costruzione di gabbie. La versione standard prevede l’uso di una gabbia in resina fenolica, mentre in caso di specifiche particolari si consiglia l’utilizzo di una gabbia in poliammide. Per prestazioni elevate, dove si richiedono velocità superiori a 2,5 milioni dmN, è disponibile la gabbia PEEK che garantisce un’eccellente resistenza termica.
Il design del cuscinetto per applicazioni caratterizzate da velocità così elevate deve garantire una lubrificazione adatta per offrire livelli elevati in termini di prestazioni e durata. Alcune applicazioni richiedono una lubrificazione a getto d’olio e ciò significa che il design della macchina utensile deve integrare tale sistema, oltre alla quantità di olio necessaria, garantendo un’adeguata capacità di filtraggio.
Un’alternativa è rappresentata dalla lubrificazione aria-olio, un metodo che permette di applicare olio lubrificante sotto forma di spray nebulizzato attraverso l’aria compressa. Questo metodo richiede una macchina utensile dal design meno complesso, utilizzando una minore quantità di olio. Inoltre, il design del cuscinetto è semplificato dato che non vi è la necessità di integrare fori di lubrificazione all’interno degli anelli.
La serie ROBUST è disponibile anche con grassi standard o provvista di tenute per garantire una manipolazione più semplice e un miglioramento della durata del grasso. Per prestazioni più elevate è possibile richiedere Spinshot II, un esclusivo sistema di lubrificazione aria olio sviluppato da NSK.
Mentre ogni anno vengono riconfermati investimenti importanti in Ricerca e Sviluppo, NSK ha anche investito in uno stabilimento di produzione allo stato dell’arte a Newark, nel Regno Unito, dove si producono cuscinetti di super precisione e dove vengono ottimizzate le procedure per le aree di magazzino e consegna per un servizio più efficiente per i clienti. NSK ha un magazzino del valore di £17 milioni nel Regno Unito al fine di garantire i migliori tempi di consegna per la maggioranza della gamma di prodotti.