การเลือกบอลสกรูในไทย: คู่มือ RFP และ FAT/SAT

การเลือกบอลสกรูไม่ใช่เพียงเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางและลีดจากแคตตาล็อก เครื่องจักรอาจเคลื่อนที่ได้แต่ยังไม่ผ่านข้อกำหนดด้านความแม่นยำ อายุการใช้งาน เสถียรภาพทางความร้อน หรือการบำรุงรักษา สำหรับเครื่องใหม่และงานดัดแปลงในโรงงานไทย ผู้ซื้อควรระบุอุณหภูมิหน้างาน ชั่วโมงทำงานต่อเนื่อง ฝุ่น เศษโลหะ สารหล่อเย็น จาระบีที่จัดหาได้ในประเทศ และความสัมพันธ์กับเซอร์โว แบริ่งรองรับ และรางนำทาง บทความนี้อธิบายวิธีเปลี่ยนข้อมูลเหล่านี้เป็น RFP การคำนวณที่เปรียบเทียบได้ และเกณฑ์ FAT/SAT ที่ตรวจรับได้จริง

เริ่มจากสภาพการทำงาน ไม่ใช่เกรดความแม่นยำ

ลำดับที่ถูกต้องคือ หน้าที่ของแกน โหลด ระยะชัก ความเร็วและความเร่ง duty cycle ทิศทางติดตั้ง ความแม่นยำ อายุ สภาพแวดล้อม การบำรุงรักษา และการทดสอบ หากเลือกเบอร์ก่อน อาจได้สกรูที่ความเร็วเชิงเส้นพอแต่เกิน critical speed หรือเลือกพรีโหลดสูงจนเกิดความร้อนและตำแหน่งไหล แม้ผลคำนวณอายุจะยาวแต่สิ่งสกปรกทำให้เสียก่อนเวลาได้

ISO 3408-1:2006 ครอบคลุมคำศัพท์และการกำหนดชื่อ ส่วนเกรดความแม่นยำควรระบุร่วมกับเงื่อนไขและการทดสอบรับมอบของ ISO 3408-3 และมาตรฐาน/ใบรับรองปัจจุบันของผู้ผลิต เกรดเพียงอย่างเดียวไม่รับประกันความแม่นยำของเครื่อง ต้องรวมบอลสกรู นัท แบริ่ง ราง ฐานเครื่อง อุณหภูมิ และการชดเชยของระบบควบคุมไว้ใน error budget เดียวกัน

ใช้ ISO 3408 ในสเปกอย่างไร

ณ กันยายน 2026 หน้า ISO ระบุว่า Part 1 ว่าด้วยคำศัพท์และการกำหนดชื่อ, ISO 3408-2:2021 ว่าด้วยเส้นผ่านศูนย์กลาง ลีด ขนาดนัทและโบลต์ยึดแบบเมตริก, Part 3 ว่าด้วยเงื่อนไขและการทดสอบรับมอบ, Part 4 ว่าด้วย axial rigidity แบบสถิต และ Part 5 ว่าด้วย static/dynamic axial load rating และอายุใช้งาน ISO 3408-3:2006 ได้รับการยืนยันอีกครั้งวันที่ 8 เมษายน 2026 ส่วน ISO 3408-2:2021 มีสถานะ close of review วันที่ 3 กันยายน 2026 ห้ามสรุปผลสุดท้ายของการทบทวนจากสถานะนี้

หน้า ISO/TC 4/SC 11 ระบุ JWG 7 สำหรับการปรับปรุง ISO 3408 Parts 1–5 ดังนั้นอย่าเขียนเพียง “ตาม ISO 3408” ต้องระบุ Part ฉบับ เกรด รายการตรวจ และใบรับรอง พร้อมกำหนดกระบวนการ change control หากมีฉบับใหม่ระหว่างโครงการ

ขั้นตอนเลือกบอลสกรู 8 ขั้น

ข้อมูลทางการของ THK ครอบคลุมทิศทางติดตั้ง มวล guide แรงเสียดทาน แรงแกน อายุเป้าหมาย stroke ความเร็ว acceleration จำนวนรอบ ความแม่นยำ repeatability backlash minimum feed และข้อมูลมอเตอร์ สามารถจัดเป็น 8 gate ได้ดังนี้

1. กำหนดหน้าที่และกรณีโหลดที่เลวร้ายอย่างสมเหตุผล
2. เลือกลีดและเส้นผ่านศูนย์กลางเบื้องต้น
3. ตรวจ axial load, buckling และแรงดึง/อัดที่ยอมได้
4. ตรวจ critical speed และข้อจำกัด DN
5. เลือก accuracy, axial clearance, preload และ stiffness
6. คำนวณ L10 แล้วแปลงเป็นชั่วโมงและระยะทาง
7. ออกแบบ thermal displacement, lubrication, contamination และ mounting
8. พิสูจน์แกนรวม servo, coupling และ bearing ด้วย FAT/SAT

เอกสารคำนวณต้องเก็บ input หน่วย load case factor รุ่นแคตตาล็อก สูตร margin และผู้อนุมัติ ไม่รับเพียงค่าผลลัพธ์สุดท้ายใน spreadsheet

เส้นผ่านศูนย์กลางและลีด: อย่าดูแค่ takt time

ลีดคือระยะเชิงเส้นต่อการหมุนหนึ่งรอบ ลีดใหญ่ช่วยลด rpm ที่ความเร็วเชิงเส้นเท่ากัน แต่เปลี่ยน torque, minimum feed, resolution, stiffness และแบบนัทที่ใช้ได้ ลีดเล็กให้ resolution ดีแต่ rpm สูงในแกนเร็ว ลีดใหญ่เหมาะกับ fast feed แต่ต้องตรวจ holding, braking และ control resolution

แกนแนวตั้งต้องประเมินการตกเมื่อไฟดับหรือ servo off บอลสกรูมีประสิทธิภาพสูงและถูก back-drive ได้ จึงอาจต้องใช้ mechanical brake, counterbalance หรือกลไกป้องกันการตกตามผล risk assessment ไม่ควรสมมติว่า motor brake เพียงอย่างเดียวเพียงพอ

ขนาดเพลาต้องผ่านทั้ง dynamic load, buckling, permissible tension/compression, critical speed, axial stiffness และความยาวที่ผลิต/รองรับได้ เงื่อนไขปลายเพลาและ effective length ในการคำนวณต้องตรงกับแบบประกอบ

โหลดแกนและ static safety factor

THK ระบุว่าต้องเลือกเพลาที่ไม่ buckling ภายใต้แรงอัดสูงสุด และต้องพิจารณาแรงดึง/อัดที่ยอมได้ซึ่งสัมพันธ์กับ yield stress ด้วย ค่าขั้นต่ำของ static safety factor เทียบกับ C0a ในคู่มือ THK คือ 2 เมื่อไม่มี vibration/impact และ 5 เมื่อมี vibration/impact ตัวเลขนี้เป็นแนวทางที่มีเงื่อนไข ไม่ใช่การรับประกันทั่วไป ต้องพิจารณา acceleration, emergency stop, การชน workpiece และแรงกระบวนการอย่างตรงไปตรงมา

โหลดสูงสุดไม่ใช่แค่มวลคูณความเร่ง ต้องรวมแรงต้าน guide แรงกระบวนการ seal gravity ของแกนตั้ง preload และกรณีหยุดฉุกเฉิน แยก maximum load check ออกจาก equivalent load สำหรับอายุ และให้ผู้ขายระบุว่าเปรียบเทียบกับ C0a, permissible load, buckling หรือ tensile/compressive limit ใด

ความเร็วที่ยอมได้: ใช้ค่าต่ำกว่าระหว่าง critical speed และ DN

หลักเกณฑ์ THK ให้หาความเร็วที่ยอมได้จาก critical speed N1 ของเพลาและค่าที่กำหนดโดย DN คือ N2 แล้วใช้ค่าที่ต่ำกว่า สูตร critical speed ของ THK คูณ safety factor 0.8 ขีดจำกัด DN แตกต่างตามรุ่นและระบบหมุนเวียนลูกบอล จึงต้องใช้ข้อมูลล่าสุดของรุ่นที่เสนอ ไม่ใช้เลข DN เดียวกับทุกแบบ

แม้ servo motor ยังไม่เกิน rated speed บอลสกรูอาจเกิน critical speed หรือ DN ได้ ในทางกลับกัน bearing, grease, seal หรือ coupling อาจเป็นข้อจำกัดก่อน ดูขอบเขตการเลือก drive เพิ่มเติมในบทความ เซอร์โวเทียบกับอินเวอร์เตอร์

เกรดความแม่นยำของบอลสกรู

อย่าเลือก C3 เพราะเป็นเครื่องจักรกลหรือ C7 เพราะเป็นงานขนถ่ายโดยอัตโนมัติ ก่อนอื่นต้องกำหนด absolute positioning, repeatability, reversal error, settling time, จุดวัดและอุณหภูมิ แล้วแบ่ง tolerance ไปยัง lead accuracy, axial clearance, elastic displacement, guide attitude, frame, thermal error, encoder/control และ measurement uncertainty

Axial clearance อาจไม่เห็นในงานเดินทางทิศเดียว แต่จะเป็น backlash เมื่อกลับทิศหรือแรงกลับทิศ ใบรับรองชิ้นส่วนกับผลวัดแกนที่ประกอบแล้วเป็นหลักฐานคนละระดับ ควรกำหนดระยะวัด อุณหภูมิอ้างอิง เครื่องมือ calibration และวัดแกนสมบูรณ์ด้วย laser interferometer หรือวิธีเทียบเท่า

พรีโหลด: stiffness แลกกับความร้อนและอายุ

THK อธิบายว่าพรีโหลดลด axial clearance ให้ต่ำกว่าศูนย์และเพิ่ม rigidity เมื่อกลับทิศโหลดได้ แบบ fixed-position มี double-nut และ offset preload ส่วน constant-pressure ใช้โครงสร้างสปริง

อย่างไรก็ตาม พรีโหลดสร้าง internal load THK ระบุชัดว่าบอลสกรู medium preload ต้องนำพรีโหลดเข้าคำนวณอายุ เพราะนัทรับโหลดภายในอยู่แล้ว พรีโหลดสูงอาจเพิ่ม stiffness แต่เพิ่ม torque และ heat และไวต่อ lubrication/misalignment มากขึ้น สเปกจึงต้องระบุวิธีพรีโหลด ค่า/วิธีควบคุม dynamic torque อุณหภูมิ stiffness และอายุ ไม่ใช่แค่คำว่า “มี preload”

FAT ควรเดิน representative cycle จนอุณหภูมิคงที่ และบันทึกอุณหภูมิ nut, bearing, motor, ambient พร้อม position drift และ drive torque เพราะ bearing preload มากเกินหรือ alignment ผิดก็ทำให้ร้อนได้

การคำนวณอายุ: L10 ไม่ใช่วันหมดประกัน

THK ให้นิยาม L10 เป็นจำนวนรอบรวมที่ 90% ของกลุ่มบอลสกรูเหมือนกันซึ่งทำงานในเงื่อนไขเดียวกันไปถึงได้โดยไม่เกิด flaking ค่า basic dynamic load rating Ca อ้างอิงอายุ 10^6 รอบภายใต้แรงแกนคงที่ L10 ไม่ได้รับประกันชิ้นงานเดี่ยว และไม่ครอบคลุม lubrication ไม่ดี ฝุ่น สนิม การติดตั้งผิด หรือ overload จากอุบัติเหตุ

คำนวณ mean axial load จาก sequence จริงของโหลดและความเร็ว แล้วใช้ load factor ที่มีเหตุผล คู่มือ THK ยกช่วง 1–1.2 สำหรับ vibration/impact น้อยมากที่ V≤0.25 m/s, 1.2–1.5 สำหรับระดับอ่อนที่ 0.252 m/s แต่ตารางนี้ไม่ใช่การเลือกด้วยความเร็วอย่างเดียว ต้องพิจารณากระบวนการและคุณภาพการติดตั้ง

แปลงเป็น L10h ด้วย rpm และ duty จริง หรือเป็นระยะทางด้วยลีดจริง แจ้ง short-stroke reciprocation ให้ผู้ผลิตทราบ เพราะรางเดิมถูกโหลดซ้ำและการกระจายจาระบีอาจต่างจาก stroke ยาว

Thermal displacement: 1°C มีผลจริง

THK ใช้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัว 12×10^-6/°C หมายถึงเพลา 1 m ยืด 12 µm ต่ออุณหภูมิขึ้น 1°C ตัวอย่างความยาวมีผล 1.5 m และอุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่ม 5°C จะยืดตามคำนวณง่าย 90 µm แต่ error จริงขึ้นกับ temperature distribution, support, constraint, frame และจุดวัด

แหล่งความร้อนมีทั้ง nut preload, bearing preload, lubrication drag, seal, speed, misalignment และ motor ในไทยต้องรวมช่วงเปิด/ปิดแอร์ กลางวัน/กลางคืน ประตู enclosure และ coolant อย่าประเมินอุณหภูมิเพลาจาก room temperature อย่างเดียว

มาตรการได้แก่ ลด preload ที่เกินจำเป็น ใช้ลีดใหญ่ขึ้นเพื่อลด rpm เลือก lubricant/ปริมาณที่ถูกต้อง ใช้ oil/air cooling กำหนด negative target ตรวจ shaft tension ตามผู้ผลิต ใช้ linear scale และมาตรฐาน warm-up THK ยกตัวอย่าง negative target -0.02 ถึง -0.06 mm/m สำหรับอุณหภูมิเพิ่ม 2–5°C แต่ต้องทดลองกับ duty จริงก่อนใช้

Lubrication, contamination และการติดตั้ง

อายุที่คำนวณได้ตั้งอยู่บน lubrication และ mounting ที่ดี ในพื้นที่มีเศษโลหะ ผงขัด coolant หรือ wash-down ต้องใช้ seal ร่วมกับ bellows/telescopic cover, drainage และทิศทางติดตั้ง สเปก lubrication ควรรวมชนิด ความเข้ากันได้ ความหนืด ปริมาณแรกเติม/เติมซ้ำ ช่วงเวลา จุดจ่าย วิธี purge ข้อห้ามผสม การเก็บ และการจัดหาในไทย

บันทึก parallelism ระหว่าง guide กับ screw ตำแหน่ง nut housing coaxiality ของ bearing รูปทรงผิวติดตั้ง ลำดับและ torque การขัน และ running torque ตลอด stroke อย่าใช้ flexible coupling เพื่อซ่อน alignment error ที่มากเกินไป

เลือกพร้อม servo, gearbox และ support bearing

ต้องตรวจ continuous/peak torque, speed, reflected inertia, acceleration, holding, regeneration และ brake ของ motor Gearbox ช่วยปรับ inertia หรือ torque ได้ แต่เพิ่ม backlash, torsional compliance, heat และ maintenance เปรียบเทียบ direct drive กับ reduction บนเงื่อนไขเดียวกัน ดูหลักคิดเพิ่มเติมใน คู่มือเลือกเกียร์ทดรอบ

Support bearing กำหนด axial stiffness และ running accuracy ระบุ arrangement/พรีโหลดของ angular bearing ด้าน fixed, locknut, การยอม thermal movement ด้าน supported, grease, seal และวิธีเปลี่ยน ถ้า fixed-fixed ต้องตรวจ axial force ที่เปลี่ยนเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน

Checklist สำหรับ RFP

• Axis, process, workpiece, equipment ID และขอบเขตจัดหา
• Orientation, stroke, effective length, speed, acceleration, jerk และ settling
• Duty diagram, ชั่วโมงต่อปี, mass, process force, emergency stop
• Absolute accuracy, repeatability, reversal, minimum feed และเงื่อนไขวัด
• C0a safety factor, buckling, tensile/compressive limit
• Critical speed, DN limit และ permissible rpm
• Ca, mean load, load factor, preload และ L10/L10h
• Stiffness, elastic/thermal displacement, motor torque/speed/inertia
• Ground/rolled, diameter, lead, grade, nut, seal, cover, bearing, coupling
• Lubricant, ปริมาณ, รอบเติม, ระบบจ่าย และ local availability
• มาตรฐาน/ฉบับ แคตตาล็อก แบบ BOM และ certificate

การเปลี่ยนรุ่น ยี่ห้อ เกรด พรีโหลด lubricant seal หรือ bearing ต้องขออนุมัติพร้อมผลต่างด้านโหลด อายุ ความเร็ว stiffness ความร้อน torque การบำรุงรักษา กำหนดส่ง และขอบเขต retest คำว่า “เทียบเท่า” อย่างเดียวไม่ใช่เกณฑ์รับมอบ

FAT และ SAT: พิสูจน์ด้วยหลักฐาน

แยกผลกลไกก่อน compensation ออกจากผลหลัง compensation SAT ต้องทวนรายการที่ขึ้นกับหน้างานหลังขนส่ง ติดตั้ง ยึดฐาน และเชื่อมต่อ utility ใช้ workpiece จริง cycle จริง วัด drift จาก cold start ถึง steady state ตรวจ interlock, recovery, local lubricant/spares และ continuous run

หากงานเปลี่ยนระบบควบคุม ให้ผูกการทดสอบกับ การตัดสินใจเปลี่ยน PLC และ คู่มือออกแบบ/ผลิตตู้ควบคุม เพื่อให้ I/O, interlock, backup, rollback และความรับผิดชอบ FAT/SAT สอดคล้องกัน

เปรียบเทียบราคาโดยเทียบสมมติฐานเดียวกัน

ราคาขึ้นกับเส้นผ่านศูนย์กลาง ความยาว ลีด เกรด พรีโหลด การกลึงปลาย แบริ่ง cover lubrication จำนวน และกำหนดส่ง ไม่มีข้อมูลยืนยันเพียงพอที่จะประกาศ “ราคาตลาดไทย” เป็นตัวเลขเดียว ควรเทียบ WBS เดียวกัน: ชิ้นส่วน การคำนวณ แบบ กลึง ประกอบ วัด FAT ติดตั้ง ปรับซ้ำ spare ขนส่ง warranty และ training

บอลสกรูรีดไม่ได้ด้อยกว่าเสมอ และ precision ground ไม่ได้ถูกต้องเสมอ เลือกสเปกต่ำสุดที่ผ่าน duty และ acceptance ที่บันทึกไว้ ให้ผู้เสนอราคาระบุ assumption, exclusion, unknown และ alternative

สรุป: เชื่อมการคำนวณกับหลักฐานรับมอบ

คุณภาพของการเลือกบอลสกรูไม่ได้ตัดสินด้วยยี่ห้อหรือเกรดเพียงอย่างเดียว ต้องตรึง operating input ตรวจ maximum axial load, static safety, buckling, ค่าต่ำกว่าระหว่าง critical speed กับ DN, อายุที่รวม preload, stiffness, thermal displacement, lubrication, contamination และ mounting แล้วใช้ requirement เดิมเป็นเกณฑ์ FAT/SAT ค่า 12 µm/m/°C และ static safety factor 2 หรือ 5 มีความหมายเมื่อระบุเงื่อนไขและแหล่งข้อมูล ควรติดตามการปรับปรุง ISO 3408 และล็อก Part/ฉบับในสัญญา

TOMAS TECH ช่วยโครงการในไทยได้ตั้งแต่ก่อนเลือก part number ทั้งการจัดข้อมูลโหลด/ความเร็ว/ความแม่นยำ การทบทวน calculation ของ supplier การทำ RFP และเกณฑ์ FAT/SAT หากโครงการยังอยู่ในขั้นกำหนดสเปก ติดต่อเราได้ที่นี่

FAQ การเลือกบอลสกรู

ควรเลือกความแม่นยำ C3 หรือ C5?

อย่าเลือกจากชื่อ application อย่างเดียว กำหนด absolute, repeatability, reversal, settling และอุณหภูมิ ทำ error budget แล้ววัดแกนประกอบจริง

พรีโหลดสูงกว่าดีกว่าเสมอหรือไม่?

ไม่เสมอ พรีโหลดเพิ่ม stiffness แต่เพิ่ม internal load, torque และ heat และต้องรวมใน life calculation เลือกตาม stiffness/การกลับทิศที่จำเป็นแล้วทดสอบอุณหภูมิและ drift

L10 คือกำหนดเปลี่ยนหรือไม่?

ไม่ใช่ L10 เป็นสถิติ rolling fatigue ที่ 90% ของกลุ่มเหมือนกันถึงจำนวนรอบที่ระบุโดยไม่ flaking ต้องทำแผนบำรุงรักษาแยกสำหรับ lubrication, contamination, corrosion, mounting และ cover

Servo compensation แก้ thermal displacement ได้ทั้งหมดหรือไม่?

ช่วยได้เมื่อ temperature field และ deformation ทำซ้ำได้ ลดความร้อนก่อน วัด screw/nut/bearing/ambient กำหนด warm-up และ validate model งานความแม่นยำสูงอาจใช้ linear scale

RFP ต้องขอ calculation ใด?

Maximum/mean axial load, C0a static safety, buckling, tensile/compressive limit, critical speed, DN, Ca และอายุรวม preload, axial stiffness/displacement, thermal displacement, motor speed/torque/inertia พร้อม input และ revision ของแหล่งข้อมูล

แบ่ง FAT กับ SAT อย่างไร?

FAT ตรวจเอกสาร การประกอบ no-load/loaded performance ความแม่นยำ thermal stability fault และ maintainability ก่อนส่ง SAT ทวนรายการที่ขึ้นกับอุณหภูมิจริง workpiece duty การเชื่อมต่อ และ continuous production ที่ไซต์

แหล่งอ้างอิง

1. ISO 3408-1:2006
2. ISO 3408-2:2021
3. ISO 3408-3:2006 — Acceptance conditions and acceptance tests
4. ISO/TC 4/SC 11 — ISO 3408 revision JWG
5. ISO 3408-4:2006
6. THK — Conditions of the Ball Screw
7. THK — Permissible Axial Load
8. THK — Permissible Rotational Speed
9. THK — Selecting a Nut
10. THK — Static Safety Factor
11. THK — Studying the Service Life
12. THK — Positioning Accuracy and Thermal Displacement
13. NSK — Identify Ball Screw Quality Before It’s Too Late