고급 자동화 설계에서 엔지니어는 종종 상당한 예산을 C3 등급 볼 스크류에 할당합니다. 목표는 간단합니다. 서브 마이크론 정밀도입니다.
하지만 현장에서 우리는 종종 실망스러운 역설에 직면합니다. 평범한 성능을 제공하는 프리미엄 스크류 기계는 불과 몇 달 만에 진동, 발열, 위치 오차가 크게 발생합니다.
수백 개의 선형 모션 시스템 문제를 해결한 결과, 우리는 범인이 스크류 자체인 경우는 거의 없다는 것을 발견했습니다. 대신, 종종 간과되는 "하드웨어"인 볼 스크류 지지대와 샤프트 엔드 가공를 충족하도록 샤프트 끝을 재연마했습니다.
이 사례 연구는 실제 실패 뒤에 숨겨진 데이터를 분석하고 강성과 기하 공차를 진정한 방어선으로 삼아야 하는 이유를 설명합니다.
반도체 장비 제조업체는 웨이퍼 검사 스테이지(X축)를 업그레이드하고 있었습니다. 정확성을 보장하기 위해 C3 접지 스크류로 전환했습니다. 그러나 레이저 간섭계 테스트 결과 허용 한도를 훨씬 초과하는 ±0.015mm의 위치 오차가 나타났습니다. 더 나쁜 것은 저속에서 모터 부하가 불규칙한 스파이크를 보였다는 것입니다. 이는 "스틱-슬립"과 시스템 강성 불량의 전형적인 징후입니다.
일반 "표준 등급" 지지대를 고강성 정밀 장치(BK15/FK15 표준에 따라 참조)로 교체했습니다. 차이점은 데이터에 있었습니다.
지지대는 단순히 브래킷이 아닙니다. 드라이브 트레인의 앵커입니다. 다음은 문제를 해결한 기술적 비교입니다.
많은 일반 지지대는 표준 딥 그루브 볼 베어링을 사용합니다. 정밀 모션의 경우 축 방향 유격으로 인해 치명적인 결함입니다. 고성능 장치는 특정 예압이 있는 매칭된 P4 앵귤러 컨택트 볼 베어링(ACBB)을 사용해야 합니다.
표준 15mm(No.15) 정밀 장치의 사양을 살펴보겠습니다.
클린룸 또는 습한 환경에서 작동하는 기계의 경우 표준 흑색 산화물 마감은 불충분합니다. 오일이 증발하면 베이스에서 미세 부식이 시작되어 중심 높이(h)를 충족하도록 샤프트 끝을 재연마했습니다.
다음 두 가지 이유로 무전해 니켈 도금을 권장합니다.
최고의 지지대라도 스크류 샤프트가 제대로 가공되지 않으면 실패합니다. 지지대는 샤프트와 "푸시 핏"에 의존합니다.
고장난 기계의 샤프트 끝을 ISO/JIS 기하 공차 표준에 따라 측정했습니다. 결과는 충격적이었습니다.
| 검사 항목 | 결함 기계(측정) | 정밀 표준(대상) | 결과 |
|---|---|---|---|
| 베어링 시트 O.D. | -0.015 mm | h5 / g6 (-0.002 ~ -0.008) | 간격이 너무 헐거움; 내륜이 미끄러짐(백래시). |
| 숄더 직각도 | 0.012 mm | 최대 0.003 mm | 너트를 조일 때 스크류가 구부러지도록 합니다. |
| 동심도 | 0.020 mm | 최대 0.005 mm | 고속 RPM에서 진동 및 원심 런아웃을 유발합니다. |
"결정적 증거": 직각도를 살펴보십시오. 샤프트 숄더가 0.012mm 벗어났습니다. 잠금 너트를 조이면 기울어진 숄더가 정밀 베어링을 기울게 하여 스크류 샤프트에 "강제 굽힘"을 생성했습니다. 이것은 C3 정확도를 즉시 파괴했습니다.
수리는 3단계 프로토콜을 포함했습니다.
결과: 위치 정확도가 ±0.003mm로 안정화되었습니다. 모션 리플이 사라지고 기계 소음이 크게 감소했습니다.
28 kgf/µm 강성에서 0.003mm 가공 공차까지, 이 숫자는 "이동"과 "정밀 모션" 사이의 경계를 정의합니다.
일반 지지대가 고정밀 시스템의 병목 현상이 되지 않도록 하십시오. 치수뿐만 아니라 데이터를 기반으로 구성 요소를 평가하십시오.
일반 지지대가 C3 스크류 성능을 저하시키지 않도록 하십시오. 당사 엔지니어링 팀은 샤프트 도면을 검토하고 완벽한 예압 매치를 권장할 수 있습니다.
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