مسمار كروي من سلسلة DFU

أولاً: التموقع الأساسي وتصنيف الأسماء

الموقع: مجموعة مسمار كروي مثبت بشفة، ومزدوج الجوز مع تحميل مسبق، وعالية الصلابة/عالية الدقة. وهي حل تم تصميمه للتطبيقات المتقدمة التي تتطلب صفر لعب، وصلابة فائقة، وقدرة عالية على التحمل، وعمر خدمة طويل.
تفسير التسمية:

• د: جوزان مزدوجان. السمة الأساسية، وتتكون من جوزين يتم دمجهما عبر طريقة تحميل مسبق.
• ف: شفة. يحتوي الجوز على شفة مربعة أو دائرية لتسهيل التركيب والتثبيت.
• U: عادة ما تشير إلى "الدقة الفائقة" أو درجة أداء عالية محددة. وأحيانًا تشير إلى طريقة تحميل مسبق معينة.

القيمة الأساسية: إن البنية المزدوجة للجوز مع التحميل المسبق تقوم بإزالة الفراغ المحوري بشكل فعال، وتوفر صلابة وقدرة تحمل أعلى بكثير مقارنة بمسامير المسمار الكروي ذات الجوز الواحد.

ثانيًا. الهيكل الأساسي ومبادئ العمل

هيكل التحميل المسبق ذي المسمارين (الأساسي):

• يتكون نظام DFU من مسمارين كرويين مستقلين. يُطبّق عنصر تعديل التحميل المسبق (مثل واشرة تحميل مسبق، أو نابض، أو غلاف ملولب) قوة محورية معاكسة بين المسمارين.
• مبدأ العمل: تؤدي قوة التحميل المسبق إلى ضغط مسارات الكرات في المسمارين ضد جانبي خيوط عمود اللولب المتقابلين. وبغض النظر عما إذا كان العمود تحت حمل أمامي أو عكسي، تكون كرات أحد المسمارين دائمًا تحت تحميل. وهذا يزيل تمامًا الفراغ المحوري (مما يحقق صفر تأرجح) ويزيد بشكل كبير من صلابة النظام.

طرق التحميل المسبق:

• التحميل المسبق بالواشرة: تُدخل واشرات دقيقة بسماكات مختلفة بين المسمارين. وهي بنية بسيطة وتتمتع بأعلى درجة من الصلابة وقيمة تحميل مسبق ثابتة، لكن التعديل يكون غير مريح.
• التحميل المسبق بالنابض: تُطبّق قوة التحميل المسبق عبر مجموعات من النوابض القرصية. وتعوّض هذا الطريقة التآكل والتمدد الحراري، مما يحافظ على تحميل مسبق ثابت، لكن درجة الصلابة تكون أقل قليلاً مقارنة بالتحميل المسبق بالواشرة.
• التحميل المسبق المُخَرَّس: يتم ضبط وقفل الوضع النسبي للصامولتين من خلال غلاف مُخَرَّس. يمكن تعديله، ولكن الصلابة تعتمد على قوة القفل.

الصمولة المزودة بشفة:

• تتضمن شفة مدمجة قوية توفر سطح تركيب كبير. يتم تثبيتها على طاولة العمل بواسطة عدة براغي، مما يوفر صلابة اتصال ممتازة وسهولة في التركيب.

عمود المسمار عالي الدقة:

• يتم تصنيعه باستخدام عمليات طحن دقيقة، ويحقق عادةً درجات عالية من دقة التمرير مثل C7 أو C5 أو حتى C3. يتميز بمواد متفوقة ومعالجة حرارية متقدمة.

ثالثًا: مزايا الأداء الأساسية

• عدم وجود لعب ودقة موضعية فائقة: يؤدي تصميم الصامولة المزدوجة المحمّلة مسبقًا إلى إزالة الفراغ المحوري بالكامل، مما يحقق نقلًا حقيقيًا "بدون لعب". وهذا أمر بالغ الأهمية في التطبيقات التي تتطلب تكرارًا عاليًا جدًا، وتحديد موقع ثنائي الاتجاه، وعدم وجود صدمة عند العكس (مثل أجهزة القياس الدقيقة، وأجهزة الحفر، وأدوات الآلات عالية الأداء).
• صلابة محورية استثنائية: توفر هيكلة المسمار المزدوج أكثر من ضعف الصلابة المحورية لمسمار ذو مقبض واحد. ويضمن الحد الأدنى من الانحراف تحت أحمال محورية عالية دقة الحركة واستقرارها أثناء القطع الثقيل أو الظروف ذات الأحمال العالية.
• سعة التحميل العالية وعمر الخدمة الطويل: يتم تقاسم الحمل بين المقبضين، مما يزيد من تصنيفات التحميل الديناميكية والسكونية الكلية. كما أن التحميل المسبق يحسن توزيع الحمل على الكرات، مما يساهم في إطالة العمر الافتراضي.
• نعومة حركة ممتازة: يؤدي القضاء على الفراغ إلى عكس اتجاه سلس وخالٍ من الصدمات، ويقضي على الظاهرة المعروفة بالالتصاق-الانزلاق (الزحف) أثناء التشغيل بسرعات منخفضة، مما يوفر خصائص حركة متفوقة.

رابعاً: المقارنة مع مسامير الكرات ذات المقبض الواحد (مثل SFU)

خامسًا: مجالات التطبيقات النموذجية

تم تصميم مسامير الكرات DFU خصيصًا للمعدات من الفئة العليا ذات المتطلبات الأدائية القصوى:

• أدوات الآلات CNC فائقة الدقة: محاور التغذية لمراكز التشغيل الدقيقة، وماكينات الطحن بالقالب، والخراطة فائقة الدقة.
• معدات تصنيع الشبكات半导体: مراحل تحديد المواقع النانومترية في ماكينات الحفر الضوئي، ومعدات فحص الرقائق، ولصق الشرائح.
• الأجهزة القياسية الدقيقة: محاور الدفع الأساسية لأجهزة قياس الإحداثيات (CMMs)، والمجاهر الليزرية، وأنظمة القياس البصرية.
• معدات تصنيع إضافية عالية الجودة: مشتتات مسحوق ومحركات أسطوانات البناء في طابعات ثلاثية الأبعاد معدنية صناعية.
• معدات تصنيع الطيران والفضاء: ماكينات وضع ألياف مركبة، ومراكز تشغيل دقيقة متعددة المحاور (5 محاور).
• المعدات البصرية والكهروضوئية الدقيقة: أنظمة توجيه التلسكوبات، محاور دفع دقيقة لماكينات القطع/النقش بالليزر.

سادساً: إرشادات اختيار واستخدام

• تقييم الحاجة: فكر في حل المسمار ذي المكسرتين فقط عندما لا يستطيع المسمار ذو المكسرة الواحدة (حتى مع شد مسبق داخلي) تلبية المتطلبات الخاصة بالصلابة أو الفجوة أو العمر الافتراضي. إن التكلفة الأعلى والتعقيد الزائد لهذا الحل يتطلبان تبريراً دقيقاً.
• اختيار طريقة الشد المسبق:

1. التحميل المسبق بالواشرة: مناسب للأحمال المستقرة، والتطبيقات التي تتطلب صلابة شديدة، وفي الأماكن التي لا يُستحب فيها تغيير التحميل المسبق (مثل أدوات الآلات الثقيلة).
2. التحميل المسبق بالنابض: مناسب للظروف المعقدة التي تنطوي على البلى أو التمدد الحراري حيث يكون من الضروري الحفاظ على تحميل مسبق ثابت (مثل معدات القياس عالية الدقة ذات الش stroke الطويلة).

• مطابقة درجة الدقة: يجب اختيار عمود اللولب بدقة C7 أو أعلى تتماشى مع الدقة المستهدفة للنظام.
• إدارة الحرارة في النظام: يؤدي التحميل المسبق ذو الجوزتين إلى احتكاك أعلى وربما توليد حرارة أكثر. بالنسبة للتطبيقات عالية السرعة أو ذات الش stroke الطويلة، يجب النظر في تبريد اللولب (مثل استخدام سائل تبريد خلال لولب مجوف) أو تدابير التبريد القسري.
• التركيب المهني: إن ضبط التحميل المسبق بشكل صحيح لكلتا الجوزتين، والمحاذاة الدقيقة لعمود اللولب مع محرك الدفع ومحامل الدعم، أمور بالغة الأهمية أثناء التركيب.

يمثل مسمار الكرة من نوع DFU (وأنواع مشابهة ذات تحميل مزدوج باستخدام صمولة مزدوجة) حلاً متقدماً في تقنية مسامير الكرات، ويُعتمد عليه عند السعي لتحقيق "عدم وجود لعب" و"صلابة فائقة". ومن خلال هيكله المبتكر والمعقد نسبيًا للتحميل المسبق المزدوج باستخدام صمولة مزدوجة، فإنه يضحي بجزء من التكلفة والكفاءة التشغيلية (بزيادة الاحتكاك) مقابل قفزة نوعية في دقة تحديد المواقع ثنائي الاتجاه، وصلابة النظام، وقدرته على تحمل الأحمال. ويشكّل هذا النوع أحد أكثر المكونات الميكانيكية الأساسية قوة وموثوقية المتاحة لمصممي المعدات الدقيقة الذين يواجهون متطلبات أداء شديدة الصعوبة في التحكم بالحركة. إن اختيار DFU يعني وضع أساس متين وموثوق لأداء آلة على مستوى عالٍ جدًا.