Husillo a bolas vs husillo trapecial: eficiencia, autobloqueo y grado ISO 3408

Ambos husillos convierten giro en desplazamiento lineal. La diferencia física es el tipo de contacto:

• Husillo a bolas (ball screw): bolas de acero recirculando entre tornillo y tuerca. Contacto por rodadura. Eficiencia mecánica típica por encima del 90%.
• Husillo trapecial (lead screw): contacto directo entre roscas. Contacto por deslizamiento. Eficiencia habitual muy inferior, del orden del 30-50% según paso y lubricación.

La consecuencia no es solo consumo. Un mecanismo de tornillo se autobloquea cuando el ángulo de la hélice es menor que el ángulo de rozamiento del par de materiales. El trapecial, con fricción alta, cae en esa condición con pasos cortos: la carga no baja sola al cortar el motor. El husillo a bolas, precisamente porque tiene poca fricción, no puede autobloquearse.

De ahí la regla de diseño que importa:

Un eje vertical con husillo a bolas necesita freno. No es opcional, no es redundancia: al quitar par, la carga desciende.

Ese es el motivo real por el que los ejes Z de máquinas con husillo a bolas llevan freno en el motor, y por el que los ajustes manuales o los ejes verticales de bajo coste siguen usando trapecial.

Decir "precisión 0,01 mm" en un husillo no significa nada sin longitud de referencia, porque el error se acumula con el recorrido. La norma ISO 3408 (armonizada con DIN 69051 como DIN ISO 3408) lo resuelve con grados de tolerancia.

• Grados normalizados: 0, 1, 3, 5, 7 y 10. Las tolerancias de desviación de recorrido se corresponden con los grados IT0, IT1, IT3, IT5, IT7 e IT10 de ISO 286-1.
• La designación distingue además el uso: P para husillos de posicionamiento y T para husillos de transporte. Un husillo T no está pensado para posicionar con exactitud, y pedirle precisión de posicionamiento es un error de selección, no un defecto del componente.
• El parámetro que se contrasta en recepción es la desviación de recorrido, con un límite sobre longitud declarada (típicamente referida a 300 mm) más la variación admisible a lo largo del recorrido.

Las partes de la norma reparten el asunto así: 3408-1 vocabulario y designación, 3408-3 condiciones y ensayos de aceptación, 3408-4 rigidez axial estática, 3408-5 capacidades de carga y vida.

Traducido a pliego: no se pide "husillo preciso", se pide husillo a bolas ISO 3408, tipo P, grado 3, y se exige el protocolo de aceptación de la parte 3. Ver ISO 286 para el sistema de grados IT que hay detrás.

1. Velocidad crítica. Un husillo girando es un eje esbelto: por encima de cierta velocidad entra en resonancia flexional. El límite depende de diámetro, longitud entre apoyos y tipo de fijación, no del tipo de husillo. Alargar el husillo sin aumentar diámetro baja esa velocidad rápidamente.
2. Pandeo a compresión. En carrera larga con carga axial de empuje, el modo de fallo no es el desgaste, es el pandeo. Manda la longitud libre.
3. Disipación térmica. Aquí el trapecial paga su eficiencia: la potencia perdida se convierte en calor en la propia rosca, lo que limita el ciclo de trabajo continuo. En el husillo a bolas el calor es menor, pero el que aparece dilata el husillo y desplaza la cota — motivo por el que las máquinas de precisión miden temperatura del husillo o cierran lazo con regla lineal en vez de confiar en el paso.

Ese tercer punto es el que conecta con el mecanizado real: si el eje posiciona por husillo sin realimentación externa, la deriva térmica del husillo entra directamente en la pieza.

• Husillo a bolas: la lubricación no es opcional; sin película, las pistas de rodadura y el circuito de recirculación se degradan y aparece ruido y pérdida de precarga. Un rascador o sello dañado mete viruta al circuito y acaba con el husillo.
• Husillo trapecial: el desgaste es progresivo y se manifiesta como aumento de juego axial. Es previsible y la tuerca es el consumible.

• ISO 3408-3, Ball screws — Acceptance conditions and acceptance tests (extracto oficial)^[1]
• Husillos a bolas según ISO 3408 / DIN 69051 — catálogo técnico THK^[2]