Śruba kulowa serii DFU

I. Podstawowa pozycja i nomenklatura

Pozycjonowanie: Zespół śruby kulowej z kołnierzowym montażem, podwójną nakrętką wstępnie naprężoną, o dużej sztywności/dużej dokładności. Jest to rozwiązanie zaprojektowane dla zastosowań wysokiej klasy wymagających zerowego luzu, ultra wysokiej sztywności, dużej nośności oraz długiej żywotności.
Interpretacja nomenklatury:

• D: Podwójna nakrętka. Główne cechy, składające się z dwóch nakrętek połączonych metodą wstępnego napięcia.
• F: Kołnierzowa. Nakrętka posiada kwadratowy lub okrągły kołnierz ułatwiający montaż i mocowanie.
• U: Zazwyczaj oznacza "Ultra Precyzyjny" lub konkretną klasę wysokiej wydajności. Czasem odnosi się do określonej metody wstępnego napięcia.

Podstawowe wartości: Struktura podwójnej nakrętki z wstępnym napięciem aktywnie eliminuje luz osiowy i zapewnia znacznie większą sztywność oraz nośność w porównaniu z gwintami kulowymi z pojedynczą nakrętką.

II. Główne struktury i zasada działania

Struktura podwójnej nakrętki z wstępnym napięciem (rdzeń):

• DFU składa się z dwóch niezależnych nakrętek kulowych. Element regulacji wciągu (np. dystansownik wciągu, sprężyna lub tuleja gwintowana) generuje siłę osiową skierowaną przeciwnie między nimi.
• Zasada działania: Siła wstępna powoduje, że ścieżki toczenia kulek dwóch nakrętek dociskają do przeciwnych boków zwojów wałka śrubowego. Niezależnie od tego, czy śruba jest obciążona w kierunku bezpośrednim czy odwrotnym, kulki jednej z nakrętek są zawsze pod obciążeniem. Zapobiega to całkowicie luzowi osiowemu (osiągając zerowy luz) i znacząco zwiększa sztywność systemu.

Metody napięcia wstępnego:

• Napięcie za pomocą dystansu: Dokładne dystanse o różnej grubości są umieszczane pomiędzy nakrętkami. Prosta konstrukcja, najwyższa sztywność, stała wartość napięcia wstępnego, jednak regulacja jest niewygodna.
• Napięcie sprężynowe: Siła napięcia wstępnego jest wywierana za pomocą zestawów sprężyn tarczowych. Kompensuje zużycie i rozszerzalność cieplną, utrzymując stałe napięcie wstępne, jednak sztywność jest nieco niższa niż przy napięciu za pomocą dystansu.
• Napięcie gwintowane: Wzajemna pozycja dwóch nakrętek jest regulowana i blokowana za pomocą tulei gwintowej. Możliwość regulacji, ale sztywność zależy od siły blokowania.

Nakrętka kołnierzowa:

• Zawiera odporny, zintegrowany kołnierz zapewniający dużą powierzchnię montażową. Jest mocowany do stołu roboczego za pomocą wielu śrub, oferując doskonałą sztywność połączenia i łatwą instalację.

Wysokodokładny wałek śruby:

• Wyprodukowany przy użyciu precyzyjnych procesów szlifowania, osiągając zwykle wysokie klasy dokładności prowadzenia takie jak C7, C5, a nawet C3. Charakteryzuje się wysokiej jakości materiałem i obróbką cieplną.

III. Kluczowe zalety wydajności

• Brak luzu i nadzwyczajna dokładność pozycjonowania: Konstrukcja z podwójną nakrętką uprzednio napinaną całkowicie eliminuje luz osiowy, osiągając prawdziwą transmisję "bez luzu". Jest to krytyczne w zastosowaniach wymagających bardzo wysokiej powtarzalności, dwukierunkowego pozycjonowania oraz braku uderzeń przy zmianie kierunku (np. precyzyjne pomiary, maszyny litograficzne, obrabiarki o wysokiej wydajności).
• Nadzwyczajna sztywność osiowa: Konstrukcja z podwójną nakrętką zapewnia ponad dwukrotnie większą sztywność osiową niż para śrubowa z pojedynczą nakrętką. Minimalne ugięcie przy dużych obciążeniach osiowych gwarantuje dokładność i stabilność ruchu podczas intensywnego skrawania lub warunków wysokich obciążeń.
• Wysoka nośność i długie żywotność: Obie nakrętki dzielą obciążenie, co zwiększa całkowite wartości obciążenia dynamicznego i statycznego. Napięcie wstępne poprawia również rozkład obciążenia na kulkach, przyczyniając się do wydłużenia żywotności.
• Doskonała płynność ruchu: Wyeliminowanie luzu zapewnia płynną, bezszarpaninową zmianę kierunku ruchu oraz eliminuje zjawisko przeskoków (pełzania) podczas pracy przy niskich prędkościach, zapewniając doskonałe charakterystyki ruchowe.

IV. Porównanie z kulowymi śrubami z pojedynczą nakrętką (np. SFU)

V. Typowe dziedziny zastosowań

Śruby kulowe DFU zostały zaprojektowane specjalnie dla urządzeń najwyższej klasy o ekstremalnych wymaganiach wydajności:

• Ultra-precyzyjne obrabiarki CNC: Osie posuwu centrum frezarskich do precyzyjnego obrabiania, szlifiarek do otworów, ultra-precyzyjnych tokarek.
• Urządzenia do produkcji półprzewodników: Stopnie pozycjonowania na poziomie nanometrów w maszynach litograficznych, urządzeniach do kontroli płytek krzemowych, bonderach matryc.
• Precyzyjne przyrządy pomiarowe: Główne osie napędowe maszyn pomiarowych współrzędnościowych (CMM), interferometrów laserowych, systemów pomiarowych wizyjnych.
• Wysokowydajne urządzenia do wytwarzania przyrostowego: Napędy rozprowadzania proszku i cylindra budowy w przemysłowych drukarkach 3D do metali.
• Urządzenia do produkcji w przemyśle lotniczym: Maszyny do układania kompozytowych włókien, precyzyjne centra frezarskie 5-osiowe.
• Precyzyjne urządzenia optyczne i elektro-optyczne: Systemy celowania teleskopów, osie napędowe do precyzyjnego cięcia/grawerowania laserowego.

VI. Wybór i wytyczne dotyczące użytkowania

• Ocena konieczności: Rozwiązanie z podwójną nakrętką należy rozważyć tylko wtedy, gdy śruba z pojedynczą nakrętką (nawet z wewnętrznym wciągiem) nie spełnia wymagań dotyczących sztywności, luźnego biegu lub trwałości. Wyższy koszt i większa złożoność tego rozwiązania wymagają dokładnego uzasadnienia.
• Wybór metody wciągania:

1. Napięcie za pomocą dystansu: Odpowiedni dla stabilnych obciążeń, zastosowań wymagających ekstremalnej sztywności oraz tam, gdzie zmiana napięcia wstępnego jest niepożądana (np. maszyny narzędziowe o dużej wytrzymałości).
2. Napięcie sprężynowe: Odpowiedni do złożonych warunków związanych z zużyciem lub rozszerzalnością termiczną, gdzie wymagane jest stałe napięcie wstępne (np. długie skoki, precyzyjne urządzenia pomiarowe)

• Dopasowanie klasy dokładności: Wał śrubowy należy dobrać z klasą dokładności C7 lub wyższą, odpowiadającą docelowej precyzji systemu.
• Zarządzanie temperaturą systemu: Napięcie wstępne podwójną nakrętką generuje większe tarcie i potencjalnie więcej ciepła. W przypadku zastosowań wysokoprędkościowych lub długiego skoku należy rozważyć chłodzenie wału śrubowego (np. ciecz chłodząca przepływająca przez drążony wał) lub zastosować chłodzenie wymuszone.
• Profesjonalna instalacja: Poprawna regulacja napięcia wstępnego obu nakrętek oraz precyzyjne wyrównanie wału śrubowego z silnikiem napędowym i łożyskami podporowymi są krytyczne podczas instalacji.

Śruba kulowa DFU (oraz podobne rozwiązania z podwójną nakrętką i wciążeniem) reprezentuje zaawansowane rozwiązanie w technologii śrub kulkowych, dążące do osiągnięcia „zerowego luzu” i „ekstremalnej sztywności”. Dzięki sprytnie zaprojektowanej, choć skomplikowanej konstrukcji wciążenia z podwójną nakrętką, poświęca ona częściowo koszt i efektywność działania (zwiększony tarcie), by uzyskać jakościowy skok pod względem dokładności pozycjonowania dwukierunkowego, sztywności systemu oraz nośności. Jest jednym z najpotężniejszych i najbardziej niezawodnych rdzeniowych elementów mechanicznych przekładni, dostępnych dla projektantów precyzyjnego sprzętu, którzy stają przed najbardziej rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi wydajności sterowania ruchem. Wybór rozwiązania DFU oznacza położenie solidnych i niezawodnych fundamentów pod najwyższą klasę wydajności maszyny.