정밀 전송 시스템의 핵심 부품인 볼 스크류는 작동 안정성을 통해 기계 시스템의 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 기사에서는 일반적인 문제의 세 가지 주요 범주인 과도한 백래시, 불규칙한 움직임, 부품 고장을 다루며, 그 원인과 해결책에 대한 기술적 통찰력을 제공합니다.
I. 과도한 백래시 문제
1. 불충분한 예압
원인: 예압 부족 또는 부적절한 예압은 수직 설치 시 자체 무게로 인해 너트가 미끄러져 무부하 조건에서 상당한 백래시를 발생시킵니다.
분석: 예압이 없는 볼 스크류는 0.05mm를 초과하는 백래시를 나타낼 수 있으며, 위치 정확도를 저하시키고 저부하, 저정밀 응용 분야로 사용을 제한합니다.
• 열 응력 집중(팽창 계수 불일치로 인해 온도 차이 >50°C로 인해 응력 >800MPa 발생).
• 듀얼 너트 시임 또는 스프링 예압을 사용하여 정격 동적 하중의 1~3%에 해당하는 예압을 적용합니다.
• 고정밀 시나리오의 경우 내장형 예압(정밀 등급 C5 이상)이 있는 단일 너트 구조를 선택합니다.
2. 과도한 비틀림 변형
원인: 부적절한 열처리(경도 부족, 불균일한 경도 분포 또는 연성 재료) 또는 과도하게 높은 길이 대 직경 비율(L/D > 70)로 강성이 감소합니다.
분석: L/D 비율이 70을 초과하면 자체 무게로 인해 스크류가 처져 너트 정렬 불량 및 백래시 증가를 유발할 수 있으며, 표준 미달 재료 경도는 마모를 가속화합니다.
• 열 응력 집중(팽창 계수 불일치로 인해 온도 차이 >50°C로 인해 응력 >800MPa 발생).
• L/D ≤ 60을 유지하고, 고하중의 경우 양단 고정 지지대(단일 측면 지지대 대신)를 사용합니다.
• 고강도 합금강(예: SUJ2)을 선택하고 열처리가 산업 경도 표준(볼: HRC 62~66, 너트: HRC 58~62, 스크류: HRC 56~62)을 충족하는지 확인합니다.
3. 부적절한 베어링 선택 및 설치
원인: 앵귤러 콘택트 베어링 대신 깊은 홈 볼 베어링을 사용하거나 베어링 설치 중 정렬 불량(직각도 오류 > 0.02mm/m)이 발생합니다.
분석: 깊은 홈 볼 베어링은 축 방향 하중을 견딜 수 없어 축 방향 유격을 유발합니다. 베어링 기울기는 주기적인 백래시 변화를 유발합니다.
• 열 응력 집중(팽창 계수 불일치로 인해 온도 차이 >50°C로 인해 응력 >800MPa 발생).
• 60° 접촉각(예: 7000 시리즈)의 앵귤러 콘택트 베어링을 우선적으로 사용하고, 백투백으로 설치합니다.
• 가공 중 베어링 시트의 스크류 숄더에 대한 직각도를 0.01mm 공차 내로 유지하고, 풀림 방지를 위해 이중 록 너트를 사용합니다.
4. 부적절한 지지 강성
원인: 너트 또는 베어링 시트에 얇은 벽 또는 저강도 재료(예: 강철 대신 주철)를 사용합니다.
분석: 하중 하에서 탄성 변형은 스크류 축을 이동시켜 백래시를 효과적으로 증가시킵니다.
• 열 응력 집중(팽창 계수 불일치로 인해 온도 차이 >50°C로 인해 응력 >800MPa 발생).
• 지지 벽 두께를 늘리거나(권장 ≥15mm) 리브 구조로 보강합니다.
• 중요한 부품에 45# 강철을 사용하여 담금질 및 템퍼링(경도 HB220~250)을 수행합니다.
II. 불규칙한 움직임 문제
1. 가공 정밀도 결함
(1) 과도한 표면 거칠기
원인: 스크류/너트 궤도의 불충분한 연삭 정밀도(Ra > 0.4μm) 또는 볼 진원도 오류 > 0.001mm.
해결책: 슈퍼 피니싱 공정을 채택하여 궤도 거칠기를 Ra ≤ 0.2μm로 제어합니다. 진원도 오류 ≤ 0.0005mm에 대해 볼을 선별합니다.
(2) 리드/피치 편차
원인: 나사 가공 공구의 부적절한 정밀도(예: 피치 누적 오류 > ±0.015mm/300mm).
해결책: 고정밀 연삭기(위치 정확도 ±0.005mm)를 사용하고 레이저 리드 측정 장비로 완성된 스크류를 완전히 검사합니다.
(3) 재순환 시스템 고장
원인: 재순환 튜브의 정렬 불량(>0.5mm 오프셋) 또는 튜브 내부의 버로 인해 볼이 걸립니다.
해결책: 위치 지정 고정 장치를 사용하여 재순환 튜브를 궤도에 정렬합니다. 조립 후 속도 ≥500mm/s에서 무부하 작동 테스트를 수행합니다.
2. 이물질 유입 및 윤활 실패
(1) 궤도 오염
원인: 먼지 보호 부족(예: 스크레이퍼)으로 인해 가공 칩(>50μm) 또는 먼지가 궤도에 들어갑니다.
해결책: 이중 립 씰(IP54 보호)을 설치합니다. 등유로 궤도를 청소하고 200시간 작동마다 리튬 기반 그리스(NLGI 등급 2)를 보충합니다.
(2) 불충분한 윤활
원인: 윤활 간격 초과(>200시간) 또는 잘못된 그리스 사용(예: 리튬 기반 대신 칼슘 기반).
해결책: 자동 장비의 경우 자동 윤활 시스템을 통합합니다(구리스 간격 ≤8시간). 고온 환경에서는 이황화 몰리브덴 그리스를 사용합니다.
3. 설치 정렬 불량
원인: 너트 시트와 가이드 레일 사이의 평행도 오류 > 0.1mm/m 또는 베어링 시트 구멍과 스크류 축 사이의 동축도 오류 > 0.03mm.
분석: 편심 하중은 볼에 대한 일방적인 응력으로 인해 궤도 마찰을 30% 이상 증가시킵니다.
해결책: 설치 중 다이얼 표시기로 보정합니다(평행도 ≤0.05mm/m, 동축도 ≤0.02mm). 필요한 경우 정렬에 시임을 사용합니다.
III. 부품 고장 문제
1. 볼 파손
원인:
• 재료 결함(예: 개재물) 또는 열처리 부족(경도
• 열 응력 집중(팽창 계수 불일치로 인해 온도 차이 >50°C로 인해 응력 >800MPa 발생).
해결책:
• SUJ2 베어링 강철 볼을 선택하고 자기 입자 검사를 통해 결함이 있는 볼을 거부합니다.
귀하의 메시지는 20-3,000 자 사이 여야합니다!
