Strojní soustavou kuličkový šroub a matice (KŠM) rozumíme sestavu hřídele kuličkového šroubu, matice a kuliček obíhající zpravidla v gotickém profilu závitů. Hřídel kuličkového šroubu je složena ze závitové části (levé anebo pravé stoupání závitu, jeden anebo více chodů) a ložiskového čepu k uložení ve valivých ložiskách buď oboustranně anebo jednostranně. Princip KŠM je znám více jako 100 roků. Použití ku ličkových šroubů a matic Kuličkové šrouby a matice mají širokou aplikační oblast. V posuvových soustavách mohou být nasazeny KŠM v různých provedeních. Jedná se zejména o provedení: » standardní: Největší výhodou tohoto provedení kuličkových šroubů je jeho univerzálnost. Standardní šrouby jsou montovány do obráběcích center, polohovacích automatů nebo mohou být použity pro aplikace v leteckém nebo automobilovém průmyslu pro řízení. » vysokorychlostní: Jak už název značí, jedná se o provedení šroubů pro vysoké rychlosti polohování. Dosahované hodnoty polohovacích rychlostí jsou pro pracovní posuvy i 30 m/min a pro rychloposuvy mohou být i 80 m/min. Jejich využití je v přesných obráběcích strojích a polohovacích automatech. » vysoce únosné: Šrouby vyrobené pro vysoce únosné operace se vyznačují dlouhodobou trvanlivostí při vysokém zatížení v axiálním směru. Vysoké únosnosti je dosahováno zvětšením průměru kuličky, zvýšením počtu pracovních závitů nebo úpravou profilu daného šroubu. Využití těchto šroubů je zejména u lisů vstřikovacích a vřetenových, ale jsou montovány do transportních zařízení nebo mohou být náhradou za hydraulické válce. » transportní: Negativní vlastnost transportních KŠM je velmi nízká přesnost polohování, která se ovšem projevuje pozitivně na jejich velice nízké ceně. Aplikací těchto šroubů je mnoho. Jsou využívány například pro transportní mechanismy, tvářecí či dřevoobráběcí stroje, kde není kladen důraz na přesnost. Mohou také nahrazovat posuvy pomocí hřebenů a pastorků. Nízká cena spočívá v technologii výroby, protože z ní zcela vypadne operace broušení. Výroba ku ličkových šroubů a matic Existuje několik technologií zhotovení závitu na hřídeli kuličkového šroubu. Válcování závitu kuličkových šroubů je tváření povrchu ocelové hřídele rotačními nástroji s profilem závitu s cílem získat polotovar pro další zpracování, jímž je povrchové kalení a leštění povrchu kuličkového šroubu. Technologie je vhodná pro hromadnou výrobu, výsledná přesnost je významně ovlivněna kvalitou hutního materiálu a podmínkami válcování. Standardně se válcováním zhotovují hřídele kuličkových šroubů ve třídě přesnosti IT7, výběrem lze dosáhnout IT5. Vlivem použité technologie může vznikat v kuličkovém šroubu vnitřní pnutí projevující se obvykle geometrickou nepřesností spojenou s deformacemi vlastní osy hřídele a mírně zvýšenou hlučností při odvalování kuliček v profilu závitu. Rotační okružování závitu kuličkových šroubů je obrábění většinou zakaleného povrchu hřídele nástroji s profilem závitu s cílem získat přesný výsledný profil a stoupání závitu kuličkových šroubů. Technologie je vhodná pro sériovou i kusovou výrobu kuličkových šroubů, výsledná přesnost je ovlivněna přesností okružovacího stroje a kvalitou použitých nástrojů a jejich seřízením. Standardně se zhotovují kuličkové šrouby ve třídě přesnosti IT5. Broušení závitu kuličkových šroubů je tradiční technologie zhotovení závitu do předem obrobeného, zakaleného polotovaru kuličkového šroubu s cílem získat přesný konečný profil a stoupání závitu kuličkového šroubu. Technologie je vhodná pro sériovou i kusovou výrobu. Výsledná přesnost je ovlivněna přesností brousicího stroje a kvalitou použitých brusných nástrojů a jejich tvarováním. Standardně se zhotovují kuličkové šrouby ve třídách přesnosti IT1 a IT3. Takto zhotovené kuličkové šrouby vykazují vysokou geometrickou přesnost závitu hřídele kuličkového šroubu a samozřejmostí je i jejich vysoká životnost. Vzhledem k použité technologii jsou však výrobně nejnáročnější. Vysoce únosné KŠM Vysoce únosné KŠM jsou oproti standardnímu provedení charakteristické více jak dvojnásobnou únosností a tuhostí. Jsou určeny pouze pro pomaluběžné aplikace a standardně se vyrábí v provedení bez předepnutí. U všech aplikací je třeba provést kontrolu na vzpěr hřídele, u matic pak kontrolu šířky příruby ve vztahu k axiálnímu zatížení. Jedná se tedy o: » přesné pohybové kuličkové šrouby pro velká axiální zatížení a dlouhou životností; » závitová přesnost kuličkových šroubů odpovídá třídě IT5 s mezizávitovou nepřesností pod 4 m; » konce hřídelí obráběné přesným broušením v toleranční třídě 4 až 7. Technická charakteristika: » doporučený rozsah průměrů 100, 125, 140 mm; » doporučené stoupání 20, 32 mm; » materiál s pevností min. 720 MPa; » kuličkové šrouby povrchově indukčně kalené na 60 HRC; » matice kuličkových šroubů přizpůsobené pro vysoká zatížení. Podmínky použití vysoce únosných KŠ: » otáčkový faktor Do x n do 100 000; » nutná kontrola hřídele na vzpěr; » aplikace maziva pro vysoká zatížení; » teploty pracovního prostředí do 90 °C. Závěrem V současné době se jako jeden z několika možných alternativ využívá v realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. V silových aplikacích jsou nyní nahrazována řešení zdvihů pomocí hydraulických válců. Vysoce únosné šrouby tak dle nás mají slibnou budoucnost právě v plastikářském průmyslu, při výrobě uhlíkových vláken a v neposledním případě pronikají i do oblastí lisování. Prof. dr. Ing. Jiří Marek, technický ředitel
