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No.000031 高精度X-Yテーブルユニット

オーバーラン保護付、X-Yテーブル

inCAD Componentsエコノミーシリーズ特集

高精度X-Yテーブルユニット

精密ボールねじ

精密ボールねじ
商品名精密ボールねじ  軸径φ15 リード5・10・20
型番BSS1505-500
特徴類似品比較ポイント:高負荷荷重・高頻度駆動でご使用の場合、本商品からご検討ください
※下記表内のオレンジ着色部分は本事例で使用した型式に該当する仕様です

選定根拠

中程度の精度を求める直動駆動として適当

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選定可能サイズ

■精密ボールねじ(スタンダードナット)-精度等級C5-

ねじ軸ナット
材質硬度ねじ径リード全長材質硬度
SCM415浸炭焼入
58~62HRC
φ82100-210SCM420浸炭焼入
58~62HRC
φ102100-315
AISI4150高周波焼入
58~62HRC
4150-380
10150-450
SCM415浸炭焼入
58~62HRC
φ122150-445
AISI4150高周波焼入
58~62HRC
4150-400
5150-450
10200-600
φ155150-1095
10200-1095
20230-1095
φ205200-1000
10250-1500
20
φ255300-995
10300-1500
20

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選定順序

■ボールねじの選定手順

使用条件を決定
(移動体質量、送り速度、運転パターン、ねじ軸回転速度、取付姿勢(水平or垂直)、寿命時間、位置決め精度)

ボールねじの仕様を仮選定
(使用条件に応じて、ボールねじの精度等級(C3~C10)、ねじ軸径、リード、ねじ軸全長を仮選定します。)

基本的な安全性の確認
  • ●許容軸方向荷重
  • ●許容回転速度
  • ●寿命

要求性能に応じた検討
  • ●ねじ軸の剛性
  • ●温度による寿命変化

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精度情報

■ボールねじの精度

精度等級:C5(mm)
ねじ軸径リード軸方向
すきま
ねじれ
方向
ナットインロー
公差
(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)
振れ公差
(最大)
振れ公差
(最大)
直角度公差
(最大)
直角度公差
(最大)
振れ公差
(最大)
φ820.005以下-0.007/-0.0200.0110.0110.0050.010 0.012
φ102・4・10
φ122・4・5・10
φ155・10・20-0.009/-0.0250.0120.0120.011 0.015
φ205・10・20
φ255・100.0130.0130.013 0.019
20-0.010/-0.029

(mm)

ねじ軸径(8)振れ公差(最大)/ねじ軸全長
-125126-200201-315316-400401-500501-630631-800801-10001001-12501251-
φ80.035 0.050 0.065 -------
φ100.040 0.055 0.065 0.080 0.090
φ12
φ15-0.045 0.055 0.060 0.075 0.090 0.120 0.150 0.190
φ20
φ25-0.040 0.045 0.050 0.060 0.070 0.085 0.100 0.130

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速度・荷重(負荷情報)

■ボールねじの定格荷重

ねじ軸径リード基本定格荷重
C(動)kNC₀(静)kN
φ821.952.6
φ1022.253.3
43.355.9
102.23.5
φ1222.454.1
43.66.75
55.959.8
103.855.9
φ1556.912.5
10・204.47.9
φ2058.3517.5
1013.525.1
209.216.2
φ2559.422.2
1016.133.4
2010.420.1

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技術計算

■ボールねじの寿命計算

ボールねじの寿命時間は以下式により算出されます

  • C:基本動定格荷重(N)
  • Pm:軸方向平均荷重(N)
  • Nm:平均回転数(min⁻¹)
  • fw:運転係数
  • 衝撃のない静かな運転 fw=1.0~1.2
  • ふつうの運転       fw=1.2~1.5
  • 衝撃を伴う運転      fw=1.5~2.0

-基本動定格荷重の定義-
基本動定格荷重とは一群の同じボールねじを運転した時にそのうちの90%が剥離を
起こさずに回転できる寿命が100万回転(10⁶)になるような軸方向荷重をいいます

-軸方向平均荷重、平均回転数の算出について-
運転パターンに合わせて算出する必要があります。
運転パターン、荷重等の条件を正確に求めることは非常に難しいと思われますが、
寿命は荷重の大きさの3乗で反比例しますので
できるだけ正確に求めるとボールねじの選択範囲が広がります

-運転パターン例- (T1+T2+T3=100%)

運転
パターン
軸方向荷重回転数時間
割合
AP1NN1min⁻¹t1%
BP2NN2min⁻¹t2%
CP3NN3min⁻¹t3%

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ボールねじ用ストッパ

ボールねじ用ストッパ
商品名ボールねじ用ストッパ
型番BSTS12
特徴ボールねじ用メカストッパとしてご利用いただけます
※下記表内のオレンジ着色部分は本事例で使用した型式に該当する仕様です

選定根拠

オーバーラン対策として適切

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選定可能サイズ

■ボールねじ用ストッパ(薄肉タイプ)

材質硬度適合
ボールねじ径
ストッパ
板厚
ねじ軸
中心高さ
エーテル系
ポリウレタン
ショアA90φ81517
φ101822・25
φ121823・25
φ152026・28・30
φ202030
φ252035

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リニアガイド

リニアガイド
商品名中荷重用リニアガイド
型番SV2R-MX24-520-WC
特徴業界標準規格。選定の際はこちらのタイプから検討下さい
※下記表内のオレンジ着色部分は本事例で使用した型式に該当する仕様です

選定根拠

直動ガイドとして最も一般的

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選定可能サイズ

■リニアガイド(中荷重用・普通すきま・2ブロック・潤滑ユニット付・標準ブロック)

材質硬度全高レール長さ
炭素鋼
(SCM等合金鋼)
58HRC~24160-1480
28220-1960
33220-1960

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選定順序

■リニアガイドの選定手順

使用条件を決定
(移動体質量、送り速度、運転パターン、寿命時間)

リニアガイドの仕様を仮選定
(使用条件に応じて、リニアガイドの荷重タイプ、
全高、レール長さを仮選定します。)

基本的な安全性の確認
  • ●許容荷重
  • ●寿命
  • ●予圧荷重

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精度情報

■予圧と精度基準(標準ブロック・軽予圧・上級)

(μm)

Hの寸法許容差±100
Hのペア相互差20
W2の寸法許容差±100
W2のペア
相互差
H24・2820
H3330

(μm)

レール長さ
-250251-400401-500501-630631-800801-10001001-12501251-16001601-2000
走り
平行度
71214182123252728.5

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速度・荷重(負荷情報)

■リニアガイドの定格荷重(中荷重用・普通すきま・並級)

全高基本定格荷重静的許容モーメント
C(動)kNC0(静)kNMA・MB
N・m
Mc
N・m
245.08.233357
287.212.158135
3311.719.6109225

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技術計算

■リニアガイドの寿命計算

●寿命
リニアガイドが荷重を受けて直線往復運動をする場合には、たえず繰返し応力が転動体(鋼球)や転送面(レール)に作用しますので、材料の疲れによるフレーキングと呼ばれる、うろこ状の損傷が現れます。この最初のフレーキングが発生するまでの総走行距離を、リニアガイドの寿命といいます。
●定格寿命
定格寿命とは、一群の同じリニアガイドを、同じ条件で個々に走行させたとき、そのうちの90%がフレーキングを起こすことなく到達できる総走行距離をいいます。定格寿命は基本動定格荷重とリニアガイドに加わる荷重から次のように求めることができます。
実際にリニアガイドを使用する場合には、まず荷重計算を行わなければなりません。直線往復運動における荷重は、運動中の振動や衝撃、更にはリニアガイドに対する分布状況も十分に考慮する必要があり計算で求めることは容易ではありません。また使用温度なども、寿命に大きく影響を与えます。これらの条件を加味すると前記の計算式は次のようになります。
  • L : 定格寿命(km)
  • fH : 硬度係数(図-1参照)
  • fT : 温度係数(図-2参照)
  • fC : 接触係数(表-1参照)
  • fW : 荷重係数(表-2参照)
  • C : 基本動定格荷重(N)
  • P : 作用荷重(N)
●硬度係数(fH)

リニアガイドの使用に際しては、ボールが接触する軸についても十分な硬度が必要です。適切な硬度が得られない場合は、許容荷重が減少することになり、結果として寿命が短くなります。
定格寿命を硬度係数で補正してください

●温度係数(fT)

リニアガイドの温度が100℃を超えると、リニアガイド及び軸の硬度が下がり、常温で使用する場合より許容荷重が減少し、寿命も短くなります。定格寿命を温度係数で補正してください。
*リニアガイドは、各商品ページの耐熱温度の範囲内でご使用ください

●接触係数(fC)

表-1. 接触係数

1本の軸に組付けられるベアリング数接触係数fc

11.00
20.81
30.72
40.66
50.61

実際のリニアガイドの使用に当っては、一本の軸に対し2ヶ以上のリニアガイドを使用する場合が一般的です。この場合、それぞれのリニアガイドにかかる荷重は加工精度によって変化し、等分布荷重にはなりません。その結果、一軸当りのリニアガイド数によってそのリニアガイド1ヶあたりの許容荷重が変化します。定格寿命を表-1の接触係数で補正してください

●荷重係数(fW)

表-2. 荷重係数

使 用 条 件fw
外部からの衝撃振動もなく
速度も遅い場合 15m/min以下
1.0-1.5
特に著しい衝撃振動もなく
速度も中速の場合 60m/min以下
1.5-20
外部から衝撃振動があり
速度は高速の場合 60m/minを超えるもの
2.0-3.5

リニアガイドに作用する荷重を計算する場合、物体の重量のほかに運動速度に原因する慣性力、あるいはモーメント荷重、さらには各々の時間的変化なども正確に求めることが必要です。しかし、往復運動においては常に起動、停止の繰返しが伴う以外にも、振動・衝撃の要素が考えられ、正確な計算は困難です。したがって、表-2の荷重係数を用い、寿命計算を簡素化します

●作用荷重Pの算出方法
ブロック単体にモーメント荷重が掛かる場合は次の計算式によってモーメント荷重を作用荷重に換算してください。
  • P:作用荷重(N)
  • F:下向荷重(N)
  • Co:静定格荷重(N)
  • MA:静的許容モーメントーピッチング方向(N.m)
  • MC:静的許容モーメントーローリング方向(N.m)
  • Lp:ピッチング方向の荷重点距離(m)
  • Lr:ローリング方向の荷重点距離(m)

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IDEA NOTE購入部品の有効活用によるコストダウン

リニアガイドの取付けに購入部品の高さ調整ブロックを活用することで設計工数を低減できる。
購入部品のボールねじとボールねじ用サポートユニットを標準品にて活用することで設計工数を低減できる

  • SolidWorks,IGES,Parasolid,SATなどの3D CADとDXFの2D CADデータをダウンロードできます。
    CADデータ利用規定
    1.データの利用目的
    株式会社ミスミ(以下「当社」といいます)が本サイトに掲載するCADデータ(3DCADデータ、3DCAD中間データおよび2DCADデータをいいます)は、CADを用いたレイアウト設計において、当社または当社取り扱いメーカーの製品(以下、製品といいます)の干渉・形状等を簡便に確認のためにご利用いただくことを目的として提供しております。
    また本サイトの各事例ページで記載された部品を組み合わせた場合の品質・正確性・機能・安全性・信頼性等の一切の保証は致しかねますので予めご了承ください。
    2.データの特性
    CADデータのうち、公差・表面の粗さ・面取り等については、実際の製品の形状と異なる場合があります。また、CADデータの容量を軽くし、安定したデータの提供を維持するため、一部の製品につきましては油溝形状やネジ、バネ形状等を省略したデータとなっている場合がございます。あらかじめご了承のうえご利用ください。
    3.免責事項
    当社は、CADデータの作成にあたり十分な注意をしておりますが、上述のデータの特性により、CADデータの正確性を保証するものではありません。また、当社は予告なしにCADデータを変更、追加または削除することがあります。当社は、理由の如何に関わらず、CADデータの利用、変更および削除により生じるいかなる損害に対しても責任を負うものではありません。
    4.著作権
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    CADデータに関する留意事項

    1. アセンブリデータは構想設計段階の組立図で、構造を説明するためのものです。従って、詳細な部品形状は、各種設計条件を加味して仕上げられたものではありません。
      データの一部を流用される際は、ご設計中の条件に適合した仕様に編集してください。
    2. ユニットのアセンブリCADデータは、いくつかのサブアセンブリで構成されています。
      サブアセンブリ単位で流用、編集できるように構成することを意図しています。
    3. ※枠で囲われた部分がサブアセンブリ単位

    4. 製作部品は寸法や形状を編集しやすいスケッチ、ヒストリーを心がけて作成しています。
    5. ユニットに使用している他社購入品CADデータは、カタログを参照し、ミスミ監修にてオリジナルで作成しています。

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  • 高精度X-Yテーブルユニットの部品リストをCSV形式でダウンロードできます。
  • ※ユニットのアセンブリCADデータは、いくつかのサブアセンブリで構成されています。
       サブアセンブリ単位で流用、編集できるように構成することを意図しています。

仕様

目的・動作

  • 中荷重、中低速タイプのX-Yテーブルユニット

環境・操作性

  • クラス100のクリーンルーム内でプリント基板に検査などの作業をする
  • テーブルには、パレット位置決めのためのピンを備えている

対象ワーク

  • プリント基板 / トレイ外形寸法:W160×D100×H10[mm] / 質量:430[g]

特徴

動作仕様・寸法

  • 外観寸法:W300×D690×H128[mm]
  • X軸ストローク:340[mm]
  • Y軸ストローク:295[mm]

必要精度・荷重

  • X軸ユニット
    位置決め精度:±0.05/500[mm]
    移動部質量:(製品+パレット+Y軸ユニット)=10[kg]
  • Y軸ユニット
    位置決め精度:±0.05/500[mm]
    移動部質量:(製品+パレット)=2[kg]

主要部品の選定根拠

  • 位置決め精度:±0.05/500[mm]を満たすためにボールねじを選定

設計ポイント

主要部品の計算工程

  • 負荷トルクに耐え得るモータを選定する
  • モータの選定
    • 負荷トルクの算出(X軸)
    • 使用条件:ボールねじの駆動
    • 条件値:外力:F=0[N]
      ワーク質量:W=10[kg]
      摺動面摩擦係数:μ=0.1
      重力加速度:g=9.8[m/s²]
      ボールねじリード:P=5×10⁻³[m]
    • T=1/(2π)×P(F+μ・W・g)[N・m]より
      =1/(2π)×5×10⁻³(0+0.1×10×9.8)
      =7.7×10⁻³[N・m]
    • よって負荷トルク:T=7.7×10⁻³[N・m]を満足するものを選定する
    • 選定したモータの定格トルク:0.64[N・m]より
    • モータ定格トルク>実際にかかるトルク であり問題ない
    • Y軸用モータの定格トルク:0.19[N・m]も上記負荷トルクより大きく、問題ない

構造の作り込みと設計の勘所

  • ワークの位置決めが重要なため、テーブルにワーク用位置決めピンを配置
  • オーバーラン時の部品損傷を避けるためボールねじ用ストッパを配置
  • 可動部に配線があるため、その取り回し・ケーブルの保護(ケーブルキャリア取付)にも注意する
  • リニアガイドは取付面精度が悪い場合、摺動がシブるなどの現象が発生するため、部品精度・剛性に注意する
  • 可動部に対する安全対策(ボールねじカバー等)も考慮。必要に応じ、ストローク用原点、±リミットセンサ等を取付ける
  • リニアガイドとボールねじとの取付精度(平行度)には注意が必要(ボールねじ寿命低下のおそれ)

技術計算リンク

  • 検索コード:#UL31

部品リスト

高精度X-Yテーブルユニット 構成部品
No. 部品名 イメージ写真 ミスミ型式
(商品詳細は下記型式をクリック)
数量
1 リニアガイド用高さ調整ブロック リニアガイド用高さ調整ブロック ABETA28-640-20 1
2 リニアガイド用高さ調整ブロック リニアガイド用高さ調整ブロック ABETE28-640-20 1
3 リニアガイド リニアガイド SV2R-MX28-640-WC 2
4 サポートユニット固定側 サポートユニット固定側 BSW12 1
5 精密ボールねじ 精密ボールねじ BSS1505-500 1
6 サポートユニット支持側 サポートユニット支持側 BUN12 1
7 ボールねじナットブラケット ブロックタイプ ボールねじナットブラケット ブロックタイプ BNFA1505S-23 1
8 ボールねじ用ストッパ ボールねじ用ストッパ BSTS12 2
9 カップリング ディスク形 カップリング ディスク形 CPDW32-10-11 1
10 リニアガイド用高さ調整ブロック リニアガイド用高さ調整ブロック ABETA24-520-24 1
11 リニアガイド用高さ調整ブロック リニアガイド用高さ調整ブロック ABETE24-520-24 1
12 リニアガイド リニアガイド SV2R-MX24-520-WC 2
13 サポートユニット固定側 サポートユニット固定側 BSW10S 1
14 サポートユニット支持側 サポートユニット支持側 BUN10 1
15 精密ボールねじ 精密ボールねじ BSS1205-450 1
16 ボールねじナットブラケット ブロックタイプ ボールねじナットブラケット ブロックタイプ BNFA1205S-23 1
17 ボールねじ用ストッパ ボールねじ用ストッパ BSTS10 2
18 カップリング ディスク形 カップリング ディスク形 CPDW25-8-8 1
19 ノックピン ノックピン MS4-10 2
  • 上記の部品リストには、ミスミ部品のみをご案内しております。
    部品リストダウンロード(CSV)では、ミスミ部品以外の他社メーカー品、加工品のリストもダウンロード頂けます。
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    2.データの特性
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    2. ユニットのアセンブリCADデータは、いくつかのサブアセンブリで構成されています。
      サブアセンブリ単位で流用、編集できるように構成することを意図しています。
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    4. 製作部品は寸法や形状を編集しやすいスケッチ、ヒストリーを心がけて作成しています。
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