#ballscrew and selection

Fundamental Concepts for Selection & Installation

1. ต้องทำความสะอาดบอลสกรูด้วยน้ำมันเพื่อป้องกันสนิม ไตรคลอโรเอทิลีน (Trichloroethylene) สามารถใช้เป็นน้ำยาล้างคราบมันได้ ให้ตรวจสอบว่าร่องลูกปืนนั้นไม่มีสิ่งสกปรกหรือความเสียหายใดๆ ต้องระมัดระวังเพื่อไม่ให้ร่องลูกปืนนั้นกระแทกกับสิ่งของมีคมหรือเครื่องมือใดๆ และ อย่าให้เศษขี้เหล็กเข้าไปใน Ballnut (รูปที่ 1)

2. เลือกค่าความแม่นยำ(accuracy grade) ของบอลสกรูให้เหมาะสมกับการใช้งาน (ref. 1) ติดตั้งบอลสกรูด้วยการยึดที่ถูกต้องตามหลักวิชาการนั่นคือ เพลาเจียรแบบความแม่นยำสูง (precision round ballscrew) สำหรับเครื่อง CNC นั้นต้องการการตั้งศูนย์ที่มีความเที่ยงตรงสูง (accurate alignment) และ การจัดลูกปืนที่แม่นยำ (precision bearing arrangement) ในขณะที่ เพลารีด (rolled ballscrew) นั้นใช้สำหรับงานที่ไม่ต้องการความแม่นยำไม่สูงมาก เช่น เครื่องบรรจุ

การกำจัดความเยื้องศูนย์ระหว่างเสื้อลูกปืน (bearing housing) และ Ballnut นั้นมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งเพื่อไม่ให้เกิดความไม่สมดุลของโหลด (รูปที่ 2) ความไม่สมดุลของโหลดนั้นรวมถึง แรงในแนวรัศมี (radial load) และ แรงโมเมนต์ (moment load) (ตารางที่ 1) ซึ่งสามารถให้เกิดความผิดพลาดในการทำงาน หรือทำให้อายุการใช้งานลดลง (ตารางที่ 2)

3. เพื่อที่จะให้ได้อายุการใช้งานสูงสุด แนะนำให้ใช้น้ำมันลดแรงเสียดทานสำหรับลูกปืน (antifriction bearing oil) ห้ามใช้น้ำมันที่มีส่วนผสมของกราไฟต์ และ MoS2 ควรจะให้น้ำมันเคลือบเม็ดลูกปืนและร่องลูกปืนตลอดเวลา

4. การฉีดละอองน้ำมันหรือการหยดน้ำมันนั้นสามารถทำได้ แต่แนะนำให้อัดจารบีที่ตัว Ballnut โดยตรง (รูปที่ 3)

5. เลือกการจัดเรียงลูกปืนช่วยประคองให้เหมาะสมสำหรับเพลาบอลสกรู สำหรับเครื่อง CNC แนะนำให้ใช้ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุม (angular contact ball bearings) (มุม = 60o) เนื่องจากสามารถรับแรงตามแนวแกนได้มากกว่าอีกทั้งยังสามารถประกอบกันโดยไม่เกิดช่องว่าง (Clearance free) และสร้างพรีโหลดได้ (preload) (รูปที่ 4)

6. ควรติดตั้งตัวสต็อปเปอร์ที่ปลายแกน เพื่อป้องกันไม่ให้ Nut เคลื่อนที่เกินระยะที่ต้องการ ซึ่งอาจจะทำให้การความเสียหายระหว่างการประกอบได้ (รูปที่ 5)

7. หากสภาพแวดล้อมในการประกอบนั้นมีฝุ่นหรือเศษขี้เหล็ก ควรจะป้องกันบอลสกรูด้วยยางหุ้มเพลา (Bellow cover) หรือ ตัวคลุมแบบยืดหด (telescopic type cover) อายุการใช้งานของบอลสกรูอาจจะลดลงเหลือแค่1ใน10ของปรกติ ถ้าหากขึ้เหล็กหรือเสษเหล็กเข้าไปใน Nut ให้ติดต่อวิศวกรผู้เชี่ยวชาญหากต้องการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันสิ่งสกปรก(รูปที่ 6)

8. หากเลือกใช้บอลสกรูแบบลูกปืนกลับในหรือแบบกลับที่ฝาปิด หนึ่งข้างของปลายเพลาจะต้องกลึงให้น้อยกว่าค่า root diameter ของร่องลูกปืน (dr) ประมาณ 0.5-1.0mm (รูปที่ 7)

9. หลังจากการอบชุบความร้อน (heat treatment) ร่องลูกปืน 2-3 เกลียวที่ปลายทั้ง 2 ข้างของเพลาบอลสกรูจะยังอ่อนอยู่ เพื่อที่จะช่วยในการกลึง (รูปที่ 8) ตามสัญลักษณ์บนแบบของ Hiwin

10. ค่าพรีโหลดที่สูงเกินไปจะเพิ่มแรงเสียดทาน ซึ่งก่อให้เกิดความร้อนและทำให้อายุการใช้งานสั้นลง แต่ถ้าหากค่าพรีโหลดน้อยเกินไปจะทำให้ค่าความแข็งเกร็ง(stiffness)ลดลง และเพิ่มโอกาสที่จะเสียการควบคุมการเคลื่อนที่ได้ แนะนำให้ค่าพรีโหลดสูงสุดสำหรับเครื่องCNC ไม่ให้เกิน 8% ของ แรงกระทำที่เคลื่อนที่พื้นฐาน (basic dynamic load) (C)

11. หากต้องการถอดหรือประกอบnutกับเพลาบอลสกรู ควรจะใช้ท่อที่มีรัศมีรอบนอก ที่น้อยกว่า Root diameterของร่องลูกปืน ประมาณ 0.2-0.4mm (ref. 2) จากทางด้านใดด้านนึงของปลายเพลาบอลสกรู (รูปที่ 9)

12. จากรูป 10, ลูกปืนประคอง(support bearing) จะต้องลบมุมเพื่อให้นั่งบ่าได้สมบูรณ์และได้ศูนย์ Hiwin แนะนำให้ลบมุมตามมาตรฐาน DIN509 (ตามรูป 11)

Ballscrew Selection Procedure

ขั้นตอนการเลือกใช้บอลสกรูนั้นได้แสดงไว้ตามตารางที่ 3 จากที่ทราบความต้องการการใช้งานแล้ว (A) ให้เลือกบอลสกรูที่มีค่าเหมาะสม (B) ให้ทำตามขั้นตอนทีละขั้นตอนตามสูตรที่แสดงไว้ และ หาบอลสกรูที่มีค่าเหมาะสมที่สุดตามการใช้งานที่ต้องการ (C)