บอลสกรู (Ball screw) เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่ สามารถแบ่งออกเป็น 1. การทำงานปกติ (Normal operation) เป็นการเปลี่ยนการเคลื่อนที่แบบหมุน (Rotary motion) ให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้น (Linear motion) 2. การทำงานย้อนกลับ (Back-drive) เป็นเปลี่ยนการเคลื่อนที่เชิงเส้นให้เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน โดยในปัจจุบันได้มีการนำบอลสกรูไปใช้ในหลากหลายประเภท เช่น เครื่องจักร CNC, เครื่องฉีดพลาสติก, เครื่องบินโดยสาร, เครื่องบินขับไล่, รถไฟ, หุ่นยนต์อุตสาหกรรม, โรงไฟฟ้านิวเคลียร์, ระบบเบรคในรถยนต์ไฟฟ้า หรือเป็นอุปกรณ์ลดแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหวสำหรับอาคารสูง และที่ประเทศญี่ปุ่นได้มีการใช้บอลสกรูของ NSK เป็นระบบช่วยป้องกันอาคารสั่นไหวจากแผ่นดินไหว
ตัวอย่างการใข้งานบอลสกรู
เปรียบเทียบบอลสกรูกับการเคลื่อนที่เชิงเส้นประเภทอื่น
- Pneumatic vs Ball screw บอลสกรูสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่าและมีความแม่นยำสูงกว่า
- Hydraulic vs Ball screw บอลสกรูมีความแม่นยำมากกว่าโดยไม่ต้องใช้ถัง ของเหลว ตัวกรอง ท่อ และการบำรุงรักษาที่ืั้ยุ่งยากเหมือนระบบไฮดรอลิก
- Rack & Pinion vs Ball screw บอลสกรูมีระยะคลอน (backlash) น้อยกว่าแร็คแอนด์พีเนียน อีกทั้งยังมีความแม่นยำและเที่ยงตรงสูงกว่า
- Linear motor vs Ball screw บอลสกรูสามารถเคลื่อนย้ายโหลดที่หนักกว่าได้ และมีราคาถูกกว่า
- Acme feed screw vs Ball screw บอลสกรูเป็นการเคลื่อนที่โดยเม็ดบอลทำให้มีแรงเสียดทานน้อยกว่า และประสิทธิภาพการทำงานมากกว่า
ส่วนประกอบของบอลสกรูประกอบไปด้วย แกนเพลา หัวนัท เม็ดบอล และอุปกรณ์ในการกลับเม็ดบอล ทั้งหมดเหล่านี้เป็นส่วนประกอบหลักของบอลสกรูสำหรับการเคลื่อนที่ของลูกบอลอย่างต่อเนื่องภายในบอลสกรู ประสิทธิภาพของบอลสกรูวัดได้จากปัจจัยพื้นฐาน 4 ประการ ได้แก่ เกรดความแม่นยำ (Accuracy grade), เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา (Shaft diameter), ระยะลีด (Lead) และระยะชัก (Stroke)
ส่วนประกอบบอลสกรู
ประเภทหัวนัทบอลสกรูและรูปแบบการหมุนกลับเม็ดของหัวนัทบอลสกรู
- End deflector ท่อกลับเม็ดจะอยู่บริเวณหน้าแปนหัวนัทบอลสกรู ข้อดีของหัวนัทประเภทนี้คือมีหัวนัทมีขนาดเล็ก เสียงเบา สามารถใช้กับงานความเร็วรอบสูงได้
- Ball return tube type สามารถสังเกตุเห็นท่อกลับเม็ดได้จากภายนอก ข้อดีของหัวนัทบอลสกรูประเภทนี้คือสามารถปรับเปลี่ยน ขนาดเพลา ระยะลีด จำนวนปากของเพลา ทำให้หัวนัทบอลสกรูชนิทนี้เป็นที่นิยมและมีมากในเครื้องจักรและอุปกรณ์ต่างๆ
- Deflector (bridge) type หัวนัทบอลสกรูประเภทนี้มีการออกตัวกลับเม็ดแบบเกือกม้าไว้ที่หัวนัทแล้ว ทำให้หัวนัทมีขนาดเล็กมากได้ ข้อดีของหัวนัทบอลสกรูชนิทนี้คือขนาดของหัวนัทที่มีขนาดเล็ก เหมาะกับงานที่มีเนื้อที่จำกัดและต้องการความละเอียดในการเคลื่อนที่สูง
- End cap type เม็ดบอลจะถูกกลับเม็ดที่หัวและท้ายของนัทบอลสกรู หัวนัทบอลสกรูประเภทนี้เหมาะกับงานประเภทต้องการระยะลีดสูง เนื่องจากความซับซ้อนของระบบกลับเม็ดทำให้หัวนัทนี้ไม่เป็นที่นิยม
ตัวอย่างประเภทหัวนัทบอลสกรูของ NSK
ความแม่นยำของระยะลีด (Lead accuracy)
ความแม่นยำของระยะลีดเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญของบอลสกรู เนื่องจากบอลสกรูมักถูกนำไปใช้ในงานที่ต้องการความผิดพลาดน้อย โดยบอลสกรูความเที่ยงตรงสูงของทาง NSK นั้นมีค่าความแม่นยำของระยะลีดตั้งแต่ C0 ถึง C5 โดยมีการควบคุมโดย JIS standards การเลือกความแม่นยำของระยะลีด (Lead accuracy) ที่ผิดอาจจะส่งผลต่อการทำงานของเครื่องจักรได้ ค่าที่มีความสำคัญกับความแม่นยำของระยะลีดมีดังนี้
- νu พิสัยค่าความแม่นยำภายในระยะเกลียววิ่งทั้งหมด
- ν300 พิสัยค่าความแม่นยำภายในระยะ 300 มม. วัดจากเคลื่อนที่บริเวณใดๆภายในระยะเกลียววิ่ง
- ν2π พิสัยค่าความแม่นยำที่เกี่ยวข้องกับการหมุน 1 รอบบริเวณใดๆภายในระยะเกลียวิ่ง
สำหรับงานที่ให้ความสำคัญกับค่าความเที่ยงตรงของชิ้นงานสูงให้เลือกใช้บอลสกรูที่มีค่า Accuracy grade ตั้งแต่ C5 ขึ้นไป เช่น เครื่องเจียระไน (Grinding machine) เป็นต้น สำหรับงานที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น งานประเภทขนย้ายชินงาน เป็นต้น สามารถเลือกบอลสกรูที่มีค่า Accuracy grade เป็น Ct7 หรือ Ct10 ได้ ค่า Accuracy grade ยิ่งสูง (ค่า C น้อย) ราคาบอลสกรูจะยิ่งมีราคาที่สูง เนืองจากการผลิตบอลสกรูจะมีความซับซ้อนและต้องใช้เครื่องจักรที่มีเทคโนโลยีขั้นสูงในการผลิตกว่าบอลสกรูที่มีค่า Accuracy grade น้อย (ค่า Ct)
ตารางแสดงค่า ν300 ของบอลสกรู NSK ในแต่ละค่า Accuracy grade
ตาราง Accuracy grade ที่แนะนำตามชนิดของเครื่องจักรและแกนติดตั้งบอลสกรู
ตาราง Accuracy grade ที่แนะนำตามประเภทอุตสาหกรรมและการทำงาน