볼스크류의 리드 정밀도는 너트의 유효 이동거리 또는 스크류 축의 유효 나사 길이를 기준으로 한 이동 오차의 대표 편차 및 변동량을 의미합니다. 또한 유효 나사 길이 내 임의의 300 mm 구간에서의 변동량과 1회전(2π rad) 구간에서의 변동량을 포함합니다.
[이송 오차 다이어그램]
명목 이동거리 명목 리드를 기준으로, 스크류가 임의의 회전수를 회전했을 때 너트가 이동하는 축 방향 이동거리
기준 리드값 (T) 온도 상승 및 하중에 의한 변형 등의 영향을 고려하여 보정된 리드 값으로, 이동거리의 기준이 되는 목표값
표준 이동거리 기준 리드값(T)을 기준으로, 스크류가 임의의 회전수를 회전했을 때 너트가 이동하는 이동거리
실제 이동거리 스크류 축이 특정 회전각만큼 회전했을 때, 너트가 실제로 이동한 축 방향 이동거리
대표 이동거리 볼스크류의 유효 이동거리 또는 유효 나사 길이 내에서 측정된 실제 이동 데이터를 최소자승법 또는 이에 준하는 방법으로 근사하여 얻은, 실제 이동거리의 추세선
대표 이동 오차 (eₚ) 너트의 유효 이동거리 또는 스크류 축의 유효 나사 길이 내에서, 대표 이동거리와 표준 이동거리 간의 차이
변동량 (Vᵤ) 대표 이동거리선과 평행한 두 직선 사이에 포함되는 실제 이동거리의 최대 편차
300 mm 구간 변동량 (V₃₀₀) 유효 나사 길이 내 임의의 300 mm 구간에서 발생하는 실제 이동거리의 최대 변동량
1회전 구간 변동량 (V₂π) 유효 나사 길이 내 임의의 1회전(2π rad) 구간에서 발생하는 실제 이동거리의 최대 변동량
| 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 |
참고: 전조 볼스크류에는 S55C 재질이 사용되며, 연삭 볼스크류에는 SUJ2 재질이 사용됩니다.
일반적으로 표준 단일 너트형 볼스크류는 스크류 축과 너트 사이에 미세한 축방향 간극이 존재합니다.
축방향 하중이 작용하면 이러한 고유 간극과 하중에 의해 발생하는 탄성 변형량이 중첩되어 간극이 더욱 증가하게 되며, 이로 인해 백래시(Backlash)가 발생합니다.
백래시를 제거하기 위해서는 볼스크류의 축방향 간극을 음(-)의 값으로 설정해야 합니다. 즉, 예압(Preload)을 적용하여 스크류 축과 너트 사이에 미리 탄성 변형을 부여함으로써 축방향 간극을 제거합니다.
DINGS' 볼스크류의 축방향 간극과 정밀도 등급의 조합은 아래 표와 같으며, 간극 기호 및 축방향 간극의 허용값도 함께 표시하였습니다.
| 정밀도 등급 | 축방향 간극 | |||
|---|---|---|---|---|
| Z (Preload) | T (≤0.005 mm) | S (≤0.02 mm) | N (≤0.05 mm) | |
| C3 | ● | ● | ● | ● |
| C5 | ● | ● | ● | |
| C7 | ● | ● | ||
| C10 | ● | ● | ||
프리로드는 축방향 간극을 제거하고, 하중이 작용하는 조건에서 축방향 변위를 최소화하여 볼스크류의 강성을 향상시키기 위해 적용됩니다.
아래 그래프는 프리로드가 적용된 경우와 적용되지 않은 경우의 탄성 변위 곡선을 나타냅니다.
그래프에서 볼 수 있듯이, 프리로드를 적용하면 간극이 있는 상태와 비교하여 축방향 탄성 변위가 약 절반 수준으로 감소하며, 이에 따라 강성이 크게 향상됩니다.
[볼스크류 탄성 변위 곡선]
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.
볼스크류의 프리로드 방식으로는 일반적으로 두 개의 너트 사이에 시임(Shim, 간격 조정판)을 삽입하여 프리로드를 부여하는 더블 너트(Double Nut) 방식이 사용됩니다.
DINGS' 볼스크류는 초소형 볼스크류의 구조적 특성을 최대한 활용하여, 스크류 축과 너트 사이의 간극보다 약간 큰 직경의 볼을 사용하는 대경 볼 프리로드(Oversized Ball Preload) 방식을 적용합니다. 이 방식은 단일 너트만으로 축방향 간극을 제거할 수 있어 보다 컴팩트한 구조 설계가 가능합니다.
또한, 레이스웨이 내에는 프리로드용 볼보다 약간 작은 직경의 스페이서 볼(Spacer Ball)을 프리로드 볼 사이에 교대로 배치하여, 과도한 프리로드로 인한 구동 성능 저하를 효과적으로 방지합니다.
볼스크류의 프리로드량은 직접 측정할 수 없기 때문에, 일반적으로 이를 프리로드 구동 토크(Preload Running Torque)로 환산하여 측정함으로써 프리로드 상태를 간접적으로 관리합니다.
프리로드 구동 토크의 기준값은 사양도면에 명시되며, 실제 적용 값은 공급자와 고객 간 협의를 통해 결정됩니다. 프리로드량(즉, 축방향 간극이 0인 상태)을 효과적으로 관리하기 위해서는 프리로드 구동 토크를 항상 동일한 조건에서 측정해야 합니다.
다만, 장비별 윤활 조건 및 사용 환경이 서로 다르므로 실제 측정되는 구동 토크 값에는 차이가 발생할 수 있습니다. 또한, 볼스크류의 기동 토크(Starting Torque)는 일반적으로 프리로드 구동 토크보다 다소 높게 나타나므로 이 점도 고려해야 합니다.
[프리로드 토크 변동 곡선]
참고: 설명을 위한 도식이므로, 본 그림의 토크 변동은 실제 값보다 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.
참고: 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 |
