[기계] 볼스크류란? (Feat. 백 래시 뜻, 예압 방식) / 볼스크류의 구조/ 볼스크류의 장단점/ 볼스크류 선정

안녕하세요.

 

자동화 공장에서 볼스크류가 빠지면 말이 통하지 않을 정도로 많이 쓰이는 부품 중 하나입니다. 볼스크류의 정밀도에 따라 수명과 이송의 정밀함이 확정됩니다. 회전 운동을 직선운동으로 바꿔주는 대표적인 장치로서 모터와 함께 사용됩니다. 많은 장점이 있지만 단점 또한 있기에 보전 및 관리에 있어서 주의가 필요합니다.

 

이런 볼스크류에 대해서 오늘 정리해볼까 합니다.

 

 

 

목록

 

• 볼스크류란?
• 볼스크류의 구조와 종류
• 백래시
• 볼스크류의 예압
• 볼스크류의 장점과 단점

 

볼스크류란?

 

볼스크류란?

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볼스크류란 볼나사라고도 불리는 긴 수나사를 말합니다. 그 수나사에 끼워진 암나사의 회전으로 직선 운동을 만들어 내는 부품입니다. 볼나사(볼스크류= 수나사)와 볼 너트(암나사) 사이에 볼을 넣어 구름 운동을 만들어 동력 전달을 하는 이송 나사를 말합니다.

 

볼스크류는 수나사와 암나사 사이에 수많은 볼을 배치한 나사로, 동력을 전달하는 용도로 사용됩니다. NC공작기계나 각종 이송 장치에 쓰이고 있습니다. 정밀 볼스크류의 경우에는 세밀한 이송까지 가능할 정도로 신뢰성이 높은 이송 부품입니다. 

 

 

볼스크류의 구조와 종류

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출처 : 한국 미스미

 

위에 그림에 보시는 긴 나사가 볼스크류이고 나사에 끼워져 있는 암사나가 볼 너트입니다. 나사 축이 회전하면 너트 내부에 있는 볼들이 움직이면서 암나사를 직진으로 이송하게 됩니다. 씰 부품 같은 경우에는 볼 나사와 볼 너트 안에 이물이 들어가는 것을 방지해주는 역할을 하게 됩니다. 볼을 중심으로 볼 나사와 볼 너트는 항상 마찰이 있기 때문에 사이에 이물이 들어가는 것은 치명적입니다.

 

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=H1BkeO4o70Y

위 그림은 미끄럼 나사와 볼스크류를 비교한 그림이 있습니다. 미끄럼 나사의 경우 움직이기 위해서는 큰 동력이 필요하고 마모 또한 많이 됩니다. 그리고 슬립이 일어날 가능성도 굉장히 큽니다. 가장 중요한 부분은 축방향 클리어런스를 유지하는 것이 쉽지가 않아서(거의 불가능) 일정한 스펙의 제품을 만드는 공정에는 적합하지 않습니다.

 

 

그러나 볼나사의 경우 축 방향의 클리어런스를 작게 유지하기 용이하고 구동 토크 또한 미끄럼 나사의 경우만큼 극단적으로 커지지 않습니다. 또한 마모가 적어서 수명 또한 늘어나게 됩니다. 물론 원하는 클리어런스에 따라 볼 나사의 직경과 길이에 제한이 있을 수 있고 아래와 같이 클리어런스 기준에 따라 축방향 클리어런스의 수준이 정해져 있습니다.

 

클리어런스 기준	G0	GT	G1	G2	G3
축방향 클리어런스	0이하	0~0.005	0~0.01	0~0.02	0~0.05

볼스크류의 종류는 연삭 볼스크류와 전조 볼스크류가 있습니다. 연삭 볼스크류는 연마봉을 커팅한 후 열처리하여 나사부와 외경부를 연삭기로 연삭한 볼스크류를 말하며, 전조 볼스크류는 연마봉을 전조기의 롤 다이스 사이를 통과시켜 나사산을 만든 후 래핑 및 열처리를 한 볼스크류를 말합니다. 정밀한 작업을 원한다면 연삭 볼스크류, 단순 이송 방식을 원한다면 전조 볼스크류를 사용하면 됩니다.

 

볼스크류 타입

 

1. 리턴 파이프 타입
2. 디플렉터 타입
3. 앤드캡 타입

 

리턴 파이프 타입은 볼 순환용으로 리턴 파이프를 사용합니다. 가장 일반적이며 파이프에 의해 볼이 이동하고 원래의 위치로 되돌아가 무한 운동을 하게 됩니다. 디플렉터 타입은 가장 콤팩트한 타입입니다. 디플렉터에 의해 나사축의 외주경을 따라 볼이 이동하여 원래 위치로 이동해 무한 운동을 하게 됩니다. 앤드캡 타입은 볼은 앤드캡에 의해 이동되며 너트의 관통 캡에 의해 이동하여 원래 위치로 돌아가 무한 운동을 하게 됩니다. 고속 운동에 적합한 타입입니다.

 

백 래시

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출처 : https://www.youtube.com/watch?v=H1BkeO4o70Y

 

백 래시란 한쌍의 기어를 맞물렸을 때 치면 사이에 생기는 틈새를 말합니다. 한 쌍의 기어를 매끄럽게 회전시키기 위해서는 적절한 백래시는 꼭 필요한 존재입니다. 하지만 백래시가 너무 적으면 윤활이 불충분하게 되기 쉬워서 치면끼리의 마찰이 커지며 백래시가 너무 크면 기어의 맞물림이 나빠져 기어가 파손되기 쉽습니다.

 

 

볼 스크류도 결국 기어의 일종으로 볼 수 있기 때문에 백래시가 발생합니다. 위에서 말씀드린 바와 같이 백 래시는 무조건 있어야 하는 공간이기 때문에 이 백래시에 맞게 클리어런스를 선정해야 합니다.

 

 

볼스크류의 예압

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우선 예압이란 볼이 지나가는 통로에 볼과 통로사이의 틈이 생기면 볼의 움직임에 불규칙성이 생겨 클리어런스를 확보할 수 없습니다. 따라서 이를 방지, 개선하기 위해서 통로보다 큰 볼을 넣어서 미리 볼에 압력을 주는 방식입니다.

 

 

예압의 방식

1. 정위치 예압 방식
2. 정압 예압 방식
3. 오버 사이즈 예압 방식

 정위치 예압 방식은 간좌를 2개의 너트 사이에 삽입하여 예압을 부여하는 더블 너트 방식과 1개의 너트에 홈피치를 변경해서 예압을 부여하는 옵셋 예압 방식이 있습니다. 정압 예압 방식은 스프링 구조가 너트의 중앙에서 홈피치를 변경하여 예압을 부여하는 방식입니다. 오버 사이즈 예압 방식은 볼의 크기를 조절하여 예압을 부여하는 방식입니다.

 

볼스크류의 장점과 단점

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볼스크류의 장점

1. 이송 효율이 좋다.
2. 먼지 및 이물에 대한 손상이 적다. (상대적)
3. 백래시를 작게 할 수 있다.
4. 윤활에 크게 주의할 필요가 없다.
5. 고정밀을 유지하기 유리하고 수명이 길다.

볼스크류의 단점

1. 자동 체결이 힘들다.
2. 피치가 커져 공정의 크기가 커진다.
3. 고속에서 소음이 발생한다.
4. 가격이 비싸다.
5. 탈부탁이 힘들어 파손 시 보전성은 떨어진다.

위 글을 읽고 어느정도 볼스크류에 대해서 이해도 생겼고 볼스크류의 선정 기준에 대해서 느낌이 오셨다면 다음 글의 볼 스크류(볼나사)의 설치 및 지지 방법에 대해서 알아보면 좋을 것 같습니다.

 

[기계] 볼스크류(볼나사) 지지 및 설치방법 / 볼스크류의 서포트 유닛

 

부족한 글 읽어주셔서 감사합니다.