볼스크류의 리드 정밀도란, 너트의 유효 이동 거리 또는 스크류 샤프트의 유효 나사 길이에 대해 발생하는 이송 오차의 대표 편차 및 변동량을 의미합니다. 또한 유효 나사부 임의의 300 mm 구간에서 측정된 변동량과, 1회전(2π rad) 동안의 변동량을 포함합니다.
[이송 오차 다이어그램]
공칭 이동거리 (l₀) 공칭 리드를 기준으로, 임의의 회전 수에 대해 계산된 축 방향 이동거리
표준 리드 (Phs) 온도 상승 및 하중 인가로 인해 예측되는 변형을 보정하기 위해, 공칭 리드에 보정을 적용한 리드
대표 이동거리(Representative Travel) 목표값 (c) 표준 이동거리에 양(+) 또는 음(–)의 오프셋을 사전 설정하여 얻은 목표값
표준 이동거리 (lₛ) 표준 리드를 기준으로, 임의의 회전 수에 대해 계산된 이동거리
실제 이동거리 (lₐ) 스크류 샤프트의 임의의 회전 각도에 대해, 너트가 실제로 이동한 축 방향 변위
대표 이동거리 (lₘ) 실제 이동 곡선으로부터 최소자승법 또는 이에 준하는 근사 방법을 사용하여 도출한, 실제 이동 경향을 나타내는 직선
대표 이동 오차 (eₚ) 유효 이동거리 또는 유효 나사 길이에 대응하는 표준 이동거리 대비, 대표 이동거리 간의 차이
변동량 (Vᵤ) 대표 이동 직선과 평행한 두 직선 사이에서 발생하는 실제 이동거리의 최대 진폭
300 mm 구간 변동량 (V₃₀₀) 유효 나사부 임의의 300 mm 구간에서 발생하는 실제 이동거리의 최대 진폭
1회전 변동량 (V₂π) 유효 나사부 1회전(2π rad) 구간에서 발생하는 실제 이동거리의 최대 진폭
| 유효 나사 길이 (mm) |
정밀도 등급 | C3 | C5 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 초과 | 이하 | ±ep | Vu | ±ep | Vu | |
| - | 100 | 8 | 8 | 18 | 18 | |
| 100 | 200 | 10 | 8 | 20 | 18 | |
| 200 | 315 | 12 | 8 | 23 | 18 | |
| 315 | 400 | 13 | 10 | 25 | 20 | |
| 400 | 500 | 15 | 10 | 27 | 20 | |
| 500 | 630 | 16 | 12 | 30 | 23 | |
| 630 | 800 | 18 | 13 | 35 | 25 | |
| 800 | 1000 | 21 | 13 | 40 | 27 | |
| 정밀도 등급 | C3 | C5 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 항목 | V300 | V2π | V300 | V2π | |
| 허용 기준값 | 8 | 6 | 18 | 8 | |
| 정밀도 등급 | C7 | C10 |
|---|---|---|
| V300 | 52 | 210 |
C7 및 C10 등급의 대표 이동 오차(ep)는 다음 식에 따라 계산됩니다.
ep = ± (lu / 300) × V300 lu : 유효 나사 길이 (mm)
DINGS' 볼스크류의 표준 재질, 열처리 조건 및 경도는 아래 표에 제시되어 있습니다. 해당 값은 시리즈 및 모델에 따라 다소 차이가 있을 수 있으므로, 자세한 사항은 DINGS'에서 제공하는 사양서를 참고하시기 바랍니다.
| 구성 부품 | 재질 | 열처리 | 나사면 경도 |
|---|---|---|---|
| 스크류 샤프트 | SUJ2 (JIS G 4105) | 고주파 경화 | HRC 58–62 |
| S55C (JIS G 4105) | 고주파 경화 | HRC ≥58 | |
| SUS440C | 담금질 및 템퍼링 | HRC ≥55 | |
| 볼 너트 | SCM420H (JIS G 4105) | 침탄 경화 | HRC 58–62 |
| SUS440C | 담금질 및 템퍼링 | HRC ≥55 |
Note: 전조 볼스크류에는 S55C 재질이 사용되며, 연삭 볼스크류에는 SUJ2 재질이 사용됩니다.
일반적으로 표준 싱글 너트 타입 볼스크류는 스크류 샤프트와 너트 사이에 미소한 축방향 간극을 가지고 있습니다.
축하중이 작용하면, 이 축방향 간극과 하중에 의해 발생하는 탄성 변위의 합으로 인해 간극이 증가하게 되며, 그 결과 백래시가 발생합니다.
이와 같은 백래시를 제거하기 위해서는, 스크류 샤프트와 너트 사이에 사전에 탄성 변형을 부여하여 축방향 간극을 음(-)의 값으로 만드는 방식이 필요하며, 이 방법을 프리로드(preload)라고 합니다.
DINGS' 볼스크류의 축방향 간극과 정밀도 등급의 조합은 아래 표에 제시되어 있습니다.
| 정밀도 등급 | 축방향 간극 | |||
|---|---|---|---|---|
| Z (Preload) | T (≤0.005 mm) | S (≤0.02 mm) | N (≤0.05 mm) | |
| C3 | ● | ● | ● | ● |
| C5 | ● | ● | ● | |
| C7 | ● | ● | ||
| C10 | ● | ● | ||
프리로드량은 요구되는 강성 또는 허용 백래시를 기준으로 결정해야 합니다. 다만, 프리로드를 적용할 경우 다음과 같은 영향이 발생할 수 있습니다.
따라서 프리로드량은 요구 성능을 만족하는 범위 내에서 가능한 한 최소로 설정하는 것이 바람직합니다.
프리로드를 적용하면 볼스크류의 축방향 간극이 제거될 뿐만 아니라, 축하중에 의해 발생하는 축방향 변위가 감소하여 강성이 향상됩니다.
아래 그림은 간극형 볼스크류와 프리로드(무간극) 볼스크류에 대해 축하중 작용 시 발생하는 탄성 변위의 차이를 이론값 기준으로 비교한 것입니다.
그림에서와 같이, 프리로드를 적용할 경우 탄성 변위가 감소하며, 그 결과 강성이 향상됩니다.
간극형 및 프리로드 사양의 탄성 변위 곡선
볼스크류는 일반적으로 더블 너트 방식을 이용해 프리로드를 부여합니다. 이 방식은 두 개의 너트 사이에 간격 조정용 스페이서(Shim)를 삽입하여 축 방향 유격을 제거하는 구조입니다. DINGS'의 볼스크류는 초소형 볼스크류의 구조적 특성을 고려하여, 스크류 축과 너트 사이의 유격보다 직경이 약간 큰 강구를 삽입하는 프리로드 방식을 적용하고 있습니다.
이 방식은 단일 너트 구조만으로 축 방향 유격을 완전히 제거할 수 있어, 전체 구조를 보다 컴팩트하게 유지할 수 있다는 장점이 있습니다. 또한, 프리로드용 강구보다 직경이 약간 작은 보조 강구를 교대로 배열하여, 구동 중 마찰 증가나 운동 성능 저하를 방지하도록 설계되어 있습니다.
볼스크류의 프리로드는 직접적인 측정 및 정밀 제어가 어려우므로, 일반적으로 프리로드를 운전 토크 값으로 환산하여 관리합니다.
이때 기준이 되는 프리로드 운전 토크 값은 사양 도면에 명시되어 있으며, 토크 측정을 통해 프리로드 상태를 관리합니다.
적절한 프리로드 상태, 즉 축 방향 유격이 없는 상태를 확보하기 위해 운전 토크는 규정된 조건 하에서 항상 측정됩니다. 다만, 윤활 상태나 실제 운전 조건의 차이에 따라 측정된 토크 값에는 다소 차이가 발생할 수 있습니다. 또한, 구동 개시 시 필요한 토크(시동 토크)는 정상 운전 중의 토크보다 약간 크게 나타나는 특성이 있습니다.
토크 측정 예시
Note: 본 예시의 토크 변화는 이해를 돕기 위한 것으로, 실제 측정값보다 크게 표현되었습니다.
DINGS'의 볼스크류는 장기 보관 중 부식을 방지하기 위해 보호 오일이 도포된 상태로 출하됩니다. 사용 전에는 정제 등유(케로신) 등을 이용해 해당 오일을 완전히 제거한 후, 윤활유 또는 그리스를 도포해야 합니다. 요청 시 출하 전 그리스 도포도 가능하나, 그리스를 도포한 상태로 장기간 보관할 경우 부식이 발생할 수 있으므로 주의가 필요합니다.
Note: 해당 보호 오일은 부식 방지 목적의 오일로 윤활 기능은 없습니다. 이를 제거하지 않고 사용할 경우, 수명 저하, 토크 증가 또는 이상 발열이 발생할 수 있습니다.
윤활은 볼스크류 사용 시 필수적이며, 윤활이 부족할 경우 토크 증가 및 수명 단축의 원인이 될 수 있습니다. 적절한 윤활은 마찰로 인한 온도 상승을 억제하고, 기계 효율 저하와 마모로 인한 정밀도 저하를 방지합니다. 볼스크류는 그리스 또는 오일 윤활이 가능합니다.
적용 조건에 따라 적절한 윤활제를 선택하는 것이 특히 중요합니다. 초소형 볼스크류의 경우, 그리스 교반 저항으로 인해 토크가 증가할 수 있으며, DINGS'는 볼스크류 성능에 최적화된 전용 그리스를 제공합니다.
권장 윤활제
| 윤활제 종류 | 구분 | 제품명 |
|---|---|---|
| 그리스 | 리튬계 그리스 | AFG 그리스 |
| 윤활유 | 슬라이드웨이 오일 또는 터빈유 | Super Multi 68 |
그리스 윤활 사용 시에는 2~3개월 주기로 점검하고, 오일 윤활 사용 시에는 매주 점검합니다. 점검 시에는 윤활제의 양과 오염 여부를 확인하고, 필요에 따라 보충합니다. 새로운 그리스를 추가할 경우에는 기존의 변색되었거나 오염된 그리스를 가능한 한 완전히 제거한 후 도포합니다.
| 윤활 방식 | 점검 주기 | 점검 항목 | 보충 / 교체 주기 |
|---|---|---|---|
| 자동 간헐 윤활 | 매주 | 오일량, 오염 여부 | 저장 탱크 용량을 기준으로 각 점검 시 적절히 보충 |
| 그리스 | 초기 운전 시: 2~3개월 | 오염 여부, 칩, 이물질 | 일반적으로 연 1회 보충하며, 점검 결과에 따라 조정하고 변색된 기존 그리스는 제거 |
| 오일 배스 | 일일 운전 전 | 오일 레벨 | 소비량에 따라 적절히 조정 |
