Śruby kulowe mogą być wykonywane różnymi technologiami, w tym przez szlifowanie, walcowanie oraz łuszczenie gwintów, określane angielskim terminem whirling, a potocznie również jako wiórkowanie.

Każda z tych metod inaczej kształtuje bieżnię wału, wymaga innego wyposażenia i ma własne zalety produkcyjne. Wpływa między innymi na koszt, termin wykonania, możliwe długości, średnice, profile oraz opłacalność produkcji seryjnej i jednostkowej.

Nie należy jednak przyjmować prostego podziału:

śruba szlifowana jest dokładna, łuszczona mniej dokładna, a walcowana nadaje się tylko do prostych zastosowań.

Nowoczesne łuszczenie twarde, czyli hard whirling, może pozwalać na wykonywanie bardzo dokładnych profili śrubowych. W odpowiednio zaprojektowanym i kontrolowanym procesie śruba łuszczona może osiągać tę samą wymaganą klasę dokładności co śruba szlifowana.

Również śruby walcowane mogą zapewniać parametry w pełni wystarczające dla wielu profesjonalnych osi automatyki, transportu i pozycjonowania.

Sama technologia nie jest klasą dokładności. O jakości gotowego mechanizmu decydują rzeczywiste wyniki pomiarów, profil bieżni, prostoliniowość, obróbka cieplna, preload, moment ruchu oraz kontrola kompletnego zespołu śruba–nakrętka.

Sprawdź ofertę i powiązane materiały

Zobacz ofertę śrub kulowych, pociągowych i trapezowych

Pobierz katalog śrub kulowych Korta

Dorabianie śrub kulowych według rysunku lub wzorca

Najważniejsza odpowiedź

Szlifowanie, walcowanie i łuszczenie są metodami wykonania bieżni. Nie są samodzielnym oznaczeniem klasy dokładności.

Wybór technologii powinien wynikać z wymagań dotyczących:

• dokładności skoku,
• profilu bieżni,
• powierzchni roboczej,
• preloadu,
• momentu ruchu,
• długości i średnicy wału,
• nośności,
• trwałości,
• wielkości serii,
• terminu i kosztu.

Tabela przedstawia typowe kierunki doboru. Nie określa bezwzględnych granic poszczególnych technologii.

Technologia wykonania nie jest klasą dokładności

Klasa dokładności opisuje dopuszczalne odchyłki gotowej śruby. Dotyczy przede wszystkim zgodności rzeczywistego przesunięcia nakrętki z przesunięciem nominalnym wynikającym z obrotu wału.

Metoda produkcji opisuje natomiast sposób uzyskania profilu bieżni.

Dwie śruby wykonane tą samą metodą mogą różnić się:

• błędem skoku,
• prostoliniowością,
• profilem bieżni,
• chropowatością,
• biciem,
• jakością warstwy wierzchniej,
• momentem ruchu,
• wartością i stabilnością preloadu,
• nośnością,
• zakresem kontroli końcowej.

Możliwa jest również sytuacja odwrotna: śruba szlifowana i śruba łuszczona mogą spełniać tę samą klasę dokładności oraz te same wymagania funkcjonalne.

Nie oznacza to, że technologie są równoważne w każdym wymiarze i dla każdej geometrii. Oznacza jedynie, że nie należy określać jakości śruby wyłącznie na podstawie nazwy procesu.

Co należy określić przed wyborem technologii?

Przed wyborem sposobu wykonania trzeba zdefiniować parametry gotowego mechanizmu:

Dopiero po określeniu tych danych można racjonalnie zdecydować, czy właściwsze będzie szlifowanie, walcowanie, łuszczenie czy połączenie kilku procesów.

Jak powstaje śruba kulowa?

Wykonanie śruby kulowej nie ogranicza się do jednej operacji kształtowania gwintu.

Kompletny proces może obejmować:

• dobór materiału,
• przygotowanie półfabrykatu,
• obróbkę wstępną wału,
• wykonanie profilu bieżni,
• obróbkę cieplną,
• prostowanie,
• obróbkę wykańczającą,
• wykonanie czopów i zakończeń,
• wykonanie lub dopasowanie nakrętki,
• dobór kulek,
• ustawienie luzu lub preloadu,
• kontrolę profilu,
• pomiar skoku,
• pomiar prostoliniowości i bicia,
• kontrolę momentu ruchu,
• test kompletnego zespołu.

Kolejność operacji może się zmieniać w zależności od materiału, wymiarów, obróbki cieplnej i docelowej klasy dokładności.

W niektórych rozwiązaniach profil jest kształtowany przed hartowaniem i później wykańczany. W innych precyzyjna obróbka bieżni odbywa się już po uzyskaniu docelowej twardości.

Śruba kulowa szlifowana

W śrubie szlifowanej profil bieżni jest kształtowany lub wykańczany za pomocą odpowiednio przygotowanej ściernicy.

Obróbka może być wykonywana po hartowaniu, dzięki czemu możliwe jest korygowanie geometrii w materiale o docelowej twardości.

Szlifowanie jest szeroko wykorzystywane przy produkcji śrub do:

• obrabiarek CNC,
• maszyn pomiarowych,
• szlifierek,
• precyzyjnych stołów,
• urządzeń badawczych,
• osi wymagających kontrolowanego przebiegu skoku.

Technologia pozwala kontrolować:

• profil bieżni,
• skok,
• położenie powierzchni roboczej,
• chropowatość,
• średnicę charakterystyczną,
• korekcję skoku,
• geometrię na długości wału.

Sam fakt szlifowania nie gwarantuje jednak konkretnej klasy. Musi ona zostać potwierdzona pomiarem gotowego elementu.

Zalety śrub szlifowanych

Duża kontrola geometrii

Szlifowanie umożliwia dokładne kształtowanie profilu i wymiarów bieżni, również po obróbce cieplnej.

Możliwość uzyskania wysokich klas dokładności

Proces dobrze nadaje się do mechanizmów, w których wymagany jest mały błąd skoku oraz szczegółowa kontrola położenia.

Możliwość korekcji skoku

W zależności od wyposażenia można realizować kontrolowany przebieg odchyłki lub indywidualną korekcję wynikającą z konstrukcji maszyny.

Dobra jakość powierzchni

Prawidłowo wykonane szlifowanie pozwala uzyskać powierzchnię odpowiednią do stabilnej współpracy z kulkami.

Przydatność do precyzyjnego preloadu

Kontrolowana geometria wału i nakrętki ułatwia uzyskanie założonego kąta kontaktu, momentu oraz sztywności.

Rozbudowana metrologia

Śruby szlifowane często są przeznaczone do aplikacji wymagających protokołów pomiarowych i odbioru dokładności.

Ograniczenia śrub szlifowanych

Koszt procesu

Precyzyjne szlifowanie wymaga odpowiednich obrabiarek, ściernic, oprzyrządowania oraz kontroli warunków procesu.

Czas wykonania

Produkcja indywidualnego elementu może wymagać wielu operacji, prostowania i wieloetapowej kontroli.

Opłacalność w prostych zastosowaniach

Najwyższa dostępna dokładność nie zawsze jest potrzebna. W osi transportowej zastosowanie śruby szlifowanej może nie przynieść proporcjonalnej korzyści.

Ograniczenia wyposażenia

Bardzo duża długość, średnica albo nietypowy profil mogą wymagać specjalistycznej szlifierki lub innego procesu.

Ryzyko nieprawidłowej warstwy wierzchniej

Niewłaściwie prowadzona obróbka może powodować miejscowe przegrzanie, przypalenia lub zmiany w warstwie powierzchniowej.

Śruba kulowa walcowana

Walcowanie polega na kształtowaniu profilu przez plastyczne odkształcanie materiału pomiędzy narzędziami.

Materiał nie jest usuwany w postaci wiórów. Zostaje przemieszczony w celu uzyskania wymaganej geometrii gwintu.

Proces jest wydajny i szczególnie korzystny przy produkcji seryjnej powtarzalnych wałów.

Śruby walcowane są powszechnie stosowane w:

• automatyce,
• urządzeniach transportowych,
• maszynach pakujących,
• systemach manipulacyjnych,
• prostszych osiach pozycjonujących,
• napędach katalogowych,
• urządzeniach produkowanych seryjnie.

Określenie „walcowana” nie oznacza automatycznie małej dokładności. Rzeczywiste parametry zależą od konkretnego produktu, procesu i kontroli końcowej.

Zalety śrub walcowanych

Wysoka wydajność produkcji

Proces pozwala szybko kształtować profil, zwłaszcza przy powtarzalnych seriach.

Korzystny koszt jednostkowy

Przy standardowych średnicach i skokach walcowanie może być najbardziej ekonomicznym sposobem produkcji.

Dobra dostępność

Popularne śruby walcowane są często dostępne jako wały katalogowe albo kompletne zespoły z nakrętkami.

Dobre parametry użytkowe

Odpowiednio dobrana śruba walcowana może zapewniać wysoką sprawność, dobrą powtarzalność i trwałość odpowiednią dla aplikacji przemysłowej.

Możliwość obróbki zakończeń

Standardowy wał może zostać dostosowany do maszyny przez wykonanie indywidualnych czopów, gwintów, wpustów i powierzchni łożyskowych.

Korzystne wykorzystanie materiału

Proces nie generuje takiej ilości odpadu jak obróbka skrawaniem.

Ograniczenia śrub walcowanych

Koszt specjalnych narzędzi

Nietypowy skok, średnica albo profil mogą wymagać osobnego oprzyrządowania, co przy małej serii może być nieopłacalne.

Mniejsza elastyczność wykonań jednostkowych

Walcowanie jest szczególnie korzystne w produkcji powtarzalnej.

Ograniczone możliwości indywidualnej korekcji

Nietypowy przebieg skoku lub lokalna korekcja są trudniejsze do uzyskania niż w procesach sterowanej obróbki skrawaniem.

Zależność od całego procesu

Na wynik wpływają narzędzia, materiał, przygotowanie półfabrykatu, parametry walcowania, obróbka cieplna, prostoliniowość oraz kontrola końcowa.

Czym jest łuszczenie gwintów - whirling?

Łuszczenie gwintów, określane angielskim terminem whirling, jest metodą obróbki profili śrubowych za pomocą obracającej się głowicy wyposażonej w kilka ostrzy.

W polskiej praktyce przemysłowej proces jest również potocznie nazywany wiórkowaniem. W dalszej części artykułu stosujemy przede wszystkim określenie „łuszczenie”.

Podczas pracy głowica narzędziowa obraca się wokół wału. Zsynchronizowany ruch obrotowy i osiowy pozwala uzyskać wymaganą linię śrubową oraz profil bieżni.

Proces może być wykonywany:

• w materiale przed obróbką cieplną,
• jako obróbka dokładna przed wykańczaniem,
• w materiale utwardzonym jako hard whirling,
• jako operacja końcowa, jeżeli proces zapewnia wymagane parametry.

Łuszczenie nie musi być wyłącznie obróbką zgrubną. Nowoczesne obrabiarki, narzędzia oraz systemy pomiarowe pozwalają wykorzystywać tę technologię do wykonywania precyzyjnych śrub.

Dlaczego łuszczenie może osiągać wysoką dokładność?

Dokładność procesu zależy od wielu elementów:

• geometrii obrabiarki,
• sztywności głowicy,
• dokładności synchronizacji osi,
• jakości i ustawienia ostrzy,
• sposobu podparcia wału,
• stabilności temperatury,
• parametrów skrawania,
• kontroli zużycia narzędzia,
• pomiaru w trakcie produkcji,
• korekcji programu,
• kontroli gotowego profilu i skoku.

Przy odpowiednim wyposażeniu możliwe jest bieżące mierzenie odchyłek i wprowadzanie korekt do procesu.

Dlatego nie należy traktować łuszczenia jako technologii z definicji mniej dokładnej od szlifowania.

Łuszczenie twarde - hard whirling

Hard whirling oznacza łuszczenie materiału utwardzonego.

Proces może być stosowany po obróbce cieplnej, kiedy wał ma już docelową twardość. Pozwala to ograniczyć wpływ odkształceń powstających podczas hartowania na ostateczną geometrię bieżni.

Łuszczenie twarde może być rozważane jako alternatywa lub uzupełnienie szlifowania w przypadku:

• precyzyjnych śrub kulowych,
• długich wałów,
• specjalnych profili,
• dużych średnic,
• krótkich i średnich serii,
• zamienników wykonywanych według wzorca.

Możliwości trzeba każdorazowo potwierdzić dla konkretnej średnicy, długości, twardości, skoku i klasy dokładności.

Zalety technologii łuszczenia

Wysoka możliwa dokładność

Właściwie opracowany proces może zapewniać precyzyjny skok, profil i powierzchnię bieżni.

Duża elastyczność geometrii

Możliwe jest wykonywanie:

• nietypowych skoków,
• specjalnych profili,
• śrub wielozwojnych,
• dużych średnic,
• elementów do maszyn specjalnych.
• Przydatność do długich wałów

Łuszczenie może być korzystne przy dużych długościach, jeżeli zastosowane zostaną właściwe podpory i kontrola ugięcia.

Opłacalność małych i średnich serii

W porównaniu z wykonaniem specjalnych narzędzi do walcowania technologia może być bardziej elastyczna przy produkcji niestandardowej.

Możliwość obróbki po hartowaniu

Hard whirling pozwala kształtować profil w materiale o docelowej twardości.

Możliwość sterowanej korekcji

Proces CNC może umożliwiać wprowadzanie korekt geometrii lub skoku na podstawie pomiarów.

Wydajne usuwanie materiału

Wieloostrzowa głowica może zapewniać dużą wydajność w porównaniu z klasycznym toczeniem gwintu.

Ograniczenia technologii łuszczenia

Wysokie wymagania wobec obrabiarki

Proces wymaga sztywności, dokładnej synchronizacji osi i stabilnego prowadzenia głowicy.

Wymagające przygotowanie narzędzi

Geometria ostrzy musi być dopasowana do profilu bieżni, skoku i kąta linii śrubowej.

Wpływ zużycia ostrzy

Stan narzędzi może zmieniać profil, wymiar i jakość powierzchni.

Ryzyko drgań długiego wału

Smukłe elementy wymagają odpowiedniego podparcia, podtrzymek i kontroli parametrów.

Konieczność pełnej metrologii

Sama deklaracja wykorzystania whirlingu nie potwierdza klasy. Gotowa śruba musi zostać zmierzona.

Czy śruba łuszczona może mieć tę samą klasę co szlifowana?

Tak.

Śruba wykonana przez łuszczenie może spełniać tę samą klasę dokładności co śruba szlifowana, jeżeli:

• proces ma odpowiednie możliwości,
• profil mieści się w wymaganych tolerancjach,
• błąd skoku spełnia kryteria odbioru,
• prostoliniowość i bicie są prawidłowe,
• gotowy element został zmierzony,
• kompletna para śruba–nakrętka spełnia wymagania dotyczące preloadu i momentu.

Nie oznacza to, że każda śruba łuszczona automatycznie odpowiada każdej śrubie szlifowanej.

Analogicznie nie każda śruba szlifowana ma najwyższą klasę dokładności.

W dokumentacji należy wskazywać wymaganą klasę i parametry funkcjonalne, a nie ograniczać wymaganie wyłącznie do nazwy technologii.

Czy śruba walcowana może być precyzyjna?

Tak, jeżeli jej rzeczywiste parametry odpowiadają wymaganiom aplikacji.

Określenie „precyzyjna” powinno być odnoszone do:

• klasy dokładności,
• błędu skoku,
• luzu,
• powtarzalności,
• momentu ruchu,
• wymagań całej osi.

Śruba walcowana może zapewniać dokładność wystarczającą dla automatyki, transportu, urządzeń laboratoryjnych i wielu osi pozycjonujących.

Jeżeli aplikacja wymaga indywidualnej korekcji skoku, bardzo małych odchyłek lub szczegółowego protokołu metrologicznego, trzeba potwierdzić, czy konkretny produkt walcowany spełnia te warunki.

Porównanie technologii wykonania śrub kulowych

Tabela nie wyznacza bezwzględnych możliwości. Każde wykonanie należy zweryfikować dla konkretnego producenta, wyposażenia, wymiaru i klasy.