Kuličkový šroub řady DFU

I. Základní určení a názvosloví

Umístění: Kuličkový šroub s přírubovým upevněním, dvojitou maticí s předpětím, vysokou tuhostí a vysokou přesností. Jedná se o řešení navržené pro náročné aplikace vyžadující nulovou vůli, extrémně vysokou tuhost, vysokou nosnost a dlouhou životnost.
Vysvětlení názvosloví:

• D: Dvojitá matice. Základní vlastnost, skládající se ze dvou matic spojených metodou předpětí.
• F: Přírubová. Matice obsahuje čtvercovou nebo kruhovou přírubu pro snadné montážní uchycení a fixaci.
• U: Obvykle označuje „Ultra Precision“ nebo určitý typ vysokovýkonný stupeň. Někdy se vztahuje na konkrétní metodu předpětí.

Jádro hodnot: Konstrukce dvojité matice s předpětím aktivně eliminuje axiální vůli a poskytuje mnohem vyšší tuhost a nosnost ve srovnání s kuličkovými šrouby s jednou maticí.

II. Základní struktura a pracovní princip

Dvojité předpětí matice (jádro):

• DFU se skládá ze dvou nezávislých kuličkových matic. Prvek pro nastavení předpětí (např. vložka na předpětí, pružina nebo závitová objímka) působí mezi nimi protilehlou axiální silou.
• Pracovní princip: Předpětí nutí dráhy kuliček obou matic, aby tlačily na opačné boky závitů šroubového hřídele. Bez ohledu na to, zda je šroub zatížen v přímém nebo opačném směru, jsou kuličky jedné matice vždy pod zatížením. Tím se úplně odstraní axiální vůle (dosáhne se nulového vůle) a výrazně se zvyšuje tuhost systému.

Metody předpětí:

• Předpětí vložkou: Mezi matice jsou vloženy přesné vložky různé tloušťky. Jednoduchá konstrukce, nejvyšší tuhost, pevná hodnota předpětí, ale úprava je nepraktická.
• Předpětí pružinou: Síla předpětí je přenášena pomocí sad talířových pružin. Kompenzuje opotřebení a tepelnou roztažnost, udržuje konstantní předpětí, ale tuhost je o něco nižší než u předpětí vložkou.
• Předpětí s závitem: Relativní pozice obou matic je nastavena a uzamčena pomocí rukávu se závitem. Lze nastavit, ale tuhost závisí na síle uzávěru.

Přírubová matice:

• Obsahuje robustní integrovanou přírubu, která poskytuje velkou montážní plochu. Upevní se k pracovní desce pomocí více šroubů, čímž nabízí vynikající tuhost spojení a snadnou instalaci.

Vysokopřesný šroubový hřídel:

• Vyrábí se pomocí přesných brousicích procesů, obvykle dosahuje vysokých tříd přesnosti stoupání jako C7, C5 nebo dokonce C3. Vyznačuje se vysoce kvalitním materiálem a tepelným zpracováním.

III. Klíčové výhody výkonu

• Nulový vůle a ultra vysoká přesnost polohování: Dvojmatice s předpětím úplně eliminuje axiální vůli, čímž dosahuje skutečného „nulového vůle“ přenosu. To je rozhodující pro aplikace vyžadující extrémně vysokou opakovatelnost, přesné obousměrné polohování a žádný ráz při změně směru (např. precizní měření, litografické stroje, vysoce výkonné obráběcí stroje).
• Mimořádná axiální tuhost: Dvojité matice poskytuje více než dvojnásobnou osovou tuhost ve srovnání s jednoduchou maticí. Minimální průhyb při vysokém osovém zatížení zajišťuje přesnost pohybu a stabilitu během intenzivního řezání nebo provozu za vysokého zatížení.
• Vysoká nosnost a dlouhá životnost: Obě matice sdílejí zatížení, čímž se zvyšují celkové dynamické i statické nosnosti. Předpětí také zlepšuje rozložení zatížení na kuličkách, což přispívá k delší životnosti.
• Vynikající hladkost pohybu: Odstraněním vůle se dosahuje hladké, rázově volné změny směru a eliminuje se jev tzv. stick-slip (plazení) při nízkých rychlostech, což zaručuje nadřazené pohybové vlastnosti.

IV. Porovnání s kuličkovými šrouby s jednou maticí (např. SFU)

V. Typická aplikační pole

Kuličkové šrouby DFU jsou navrženy speciálně pro nejvyšší třídu zařízení s extrémními požadavky na výkon:

• Ultra-precizní CNC obráběcí stroje: Posuvné osy pro precizní obráběcí centra, kopírovací brusky, ultra-precizní soustruhy.
• Výrobní zařízení pro polovodiče: Nanometrické pozicovací stoly v lithografických strojích, zařízeních pro kontrolu waferů, die bondech.
• Přesné měřicí přístroje: Hlavní pohonné osy měřicích strojů s označením CMM (souvředné měřicí stroje), laserové interferometry, systémy pro měření obrazu.
• Vysokotřídní zařízení pro aditivní výrobu: Rozpouštěcí systémy prášku a pohony stavebních válců v průmyslových kovových 3D tiskárnách.
• Letadlové výrobní zařízení: Stroje pro pokládání kompozitních vláken, vysoce přesné obráběcí centrum s 5 osami.
• Přesná optická a elektrooptická zařízení: Systémy náměřování dalekohledů, přesné pohonné osy pro laserové řezací/gravírovací stroje.

VI. Pokyny pro výběr a použití

• Posouzení nutnosti: Řešení se dvěma maticemi zvažte pouze tehdy, nemůže-li šroub s jednou maticí (i s vnitřním předpětím) splnit požadavky na tuhost, mezeru nebo životnost. Vyšší náklady a složitost tohoto řešení vyžadují důkladné odůvodnění.
• Výběr způsobu předpětí:

1. Předpětí vložkou: Vhodné pro stabilní zatížení, aplikace s extrémními požadavky na tuhost a tam, kde se nepřejí změny předpětí (např. těžká obráběcí zařízení).
2. Předpětí pružinou: Vhodné pro složité podmínky zahrnující opotřebení nebo tepelnou roztažnost, kde je potřeba stálé předpětí (např. dlouho zdvihová, vysoce přesná měřicí zařízení).

• Přesnostní třída: Hřídel šroubu musí být vybrána s přesnostní třídou C7 nebo vyšší, odpovídající cílové přesnosti systému.
• Termální management systému: Předpětí s dvojitou maticí vytváří vyšší tření a potenciálně více tepla. U vysokorychlostních nebo dlouho zdvihových aplikací zvažte chlazení šroubu (např. chladivo dutým šroubem) nebo nucené chlazení.
• Profesionální instalace: Správné nastavení předpětí obou matic a přesné zarovnání hřídele šroubu s pohonem motoru a ložiskovými podpěrami jsou během instalace kritické.

Šroub DFU (a podobné šrouby s dvojitou maticí a předpětím) představuje pokročilé řešení v technologii kuličkových šroubů, které usiluje o „nulový zpětný chod“ a „extrémní tuhost“. Díky své geniální, avšak složité konstrukci s dvojitou maticí a předpětím obětuje část nákladů a provozní účinnosti (zvýšené tření) ve prospěch kvalitativního skoku v přesnosti polohování v obou směrech, tuhosti systému a nosnosti. Je jednou z nejmocnějších a nejspolehlivějších základních mechanických převodových součástí dostupných pro návrháře přesných zařízení, kteří čelí nejnáročnějším požadavkům na výkon řízení pohybu. Výběr DFU znamená položit pevný a spolehlivý základ pro výkon stroje na špičkové úrovni.