Linear Motion FAQ ... 리니어 모션 적용 가이드
Linear Motion FAQ ... 리니어 모션 적용 가이드
  • 오현식 기자
  • 승인 2017.04.11 09:19
  • 댓글 0
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스마트 팩토리를 위한 기술들 ④

 
Q. 리니어 모션시스템의 주요 구성요소는?
A. 기본적인 리니어 모션시스템을 위해서는 구조적 지원이 필요하다. 장비의 뼈대(프레임)에 통합하거나, 압출 성형 혹은 가공된 알루미늄 플레이트 등 별도의 구성을 포함하고 있어야 한다. 리니어 베어링 시스템은 지지 구조물에 장착되며, 베어링을 앞뒤로 움직이는 구동계와 역시 함께 장착된다.
완성도 있는 시스템을 위해서는 씰을 비롯한 다양한 액세서리 역시 필요하다.

Q. 리니어 모션시스템에 쓰이는 베어링의 유형은?
A. 직선운동을 위한 베어링의 선택사항으로는 평 베어링·샤프트와 볼 부싱·고정륜(Track Roller)·프로파일 레일 시스템·비 순환 베어링 등이 있다.
(기본적으로 두 개의 미끄럼면을 가지고 있는)평 베어링은 가장 저렴한 솔루션이며, 충격부하를 가장 잘 처리하는 베어링이기도 하다. 평 베어링은 레이스웨이의 볼이 없기 때문이다. 볼은 높은 스트레스를 만드는 원인이므로, 이것이 없는 평 베어링은 스트레스가 적다. 샤프트와 볼 부싱의 조합은 잠재적으로 시스템의 구조로서 기능할 수 있어 비용을 절약할 수 있다.
고정륜은 고유한 장점을 바탕으로 샤프트를 압연(Rolled)할 수 있는 압출(Extrusion)을 만들 수 있다. 이러한 구조 및 베어링 시스템은 매우 경제적이며, 케이을 숨길 수 있는 채널 및 공정장치를 위한 T슬롯 등 다양한 기능을 포함하고 있다. 프로파일 레일 볼 혹은 롤러 레일 형태로 제공되는데, 어느 쪽이든 협소한 공간에서도 높은 정확도를 자랑한다. 하지만 보다 많은 가공 공정 및 장착면 준비가 필요한 것이 단점이다. 이는 비용 증가로 이어진다.

Q. 리니어 모션시스템에 쓰이는 리니어 드라이브의 종류는?
A. 기본적으로는 나사(스크루)·랙 앤 피니언·벨트·리니어 모터 등이 있다. 나사에는 엄지나사(리드 스크루), 볼나사(볼 스크루), 롤러 나사(롤러 스크루) 등이 있다.

 
엄지나사는 저렴한 선택사항이며, 사용빈도가 낮은 응용사례에 적절한 선택이다. 볼나사는 엄지나사보다 높은 정확도와 반복성 그리고 기계적 강성을 제공한다. 롤러 나사가 가진 주요 이점은 동급의 볼나사와 비교했을 때 두 배에서 다섯 배가량 높은 힘을 만들 수 있다는 점이다. 유압 시스템을 대체할 수 있는 비결이기도 하다. 하지만 특유의 부하 분할 특성을 위해서는 생산 시 정밀한 공차를 필요로 하며, 따라서 제조비용이 비싸다. 이 문제를 해결하기 위해 업체들은 다양한 방면으로 노력하고 있다. 일례로 셰플러는 차동 롤러 나사(Defferential Roller Screw)를 개발했는데, 볼나사와 유사한 가격으로 기존 롤러 나사만큼의 높은 힘을 출력할 수 있다.
벨트 구동은 특히 긴 거리를 필요로 하는 응용사례에서 비용효율적인 솔루션이다. 하지만 시스템 구동을 위해 여타 솔루션 대비 더 많은 토크가 필요하는 등 기계적인 장점이 뚜렷하지 않다. 리니어 모터는 높은 정밀도와 높은 가속을 필요로 하는 응용사례에 가장 적합한 제품이다. 하지만 특유의 복잡성으로 인해 가격 또한 높다.

Q. 필요한 액세서리는?
A. 리니어 모션시스템에서 가장 중요한 액세서리는 모터다. 일반적으로 DC 브러시 모터나 스테퍼 모터 혹은 브러시리스 모터 중 하나를 활용한다.
브러시 모터가 가진 주요 장점은 낮은 비용이다. 단점으로는 낮은 효율성과 브러시의 마모 등이 있다. 고급 모션시스템에서 브러시 모터를 배제하는 이유이다. 브러시리스 모터는 보다 높은 성능 및 신뢰성을 제공한다. 하지만 보다 복잡하고 비용이 많이 드는 전자적 제어를 필요로 한다. DC 브러시 모터와 브러시리스 모터 모두 정밀 제어를 위해 피드백 장치가 필요하다.
스테퍼 모터는 피드백 장치를 필요로 하지 않는다. 따라서 위치제어가 필요하지만 비용상의 문제로 피드백 장치를 구매하기 꺼려하는 응용사례에 적절한 선택이다.
액세서리로 기어박스를 필요로 하는 경우도 존재한다. 모터와 벨트 드라이브 사이에 기어박스를 장착한다.

 
Q. 맞춤형 리니어 모션시스템을 구축하는 이유는?
A. 시장에서 판매하는 제품을 사용하는 데 조금이라도 불편함을 느낀다면, 수정을 거친 맞춤형 시스템을 설계·제작할 때다. 하지만 설계 업체에 개발을, 제조업체에게 제조를 각각 맡긴다면 형편없는 결과를 만들 위험이 있다. 설계자가 아닌 타인이 제품을 제조하게 되기 때문. 사용자의 요구사항을 정확하게 파악하고 이를 충족할 수 있는 리니어 시스템 제조업체와 협력하는 것이 바람직한 이유이다. 기성품에 대한 수정이 가능하며, 동시에 “당신의 적은 무엇인가?”라고 물을 수 있는 업체와 함께하는 것이 바람직하다.
이러한 접근법은 일거양득의 효과를 불러온다. 기술 전문가가 당신의 시스템에 가장 적절한 설계를 도우며, 경험과 실력을 겸비한 제조 전문가가 당신을 위한 대규모 생산을 보장한다.

Q. 온라인 도구를 사용하기 앞서 알아야 할 사항은?
A. 기성품을 구입하거나 제삼자 설계 시스템에 투자하는 것 모두가 여의치 않으며, 그럼에도 불구하고 사용자의 입맛에 맞는 설계사항을 적용하고자 하는 경우가 있다. 이 경우 주요 리니어 시스템 제조업체가 제공하는 온라인 선정 도구가 좋은 대안이다.
선정 도구를 실행하기 앞서, 시스템 요구사항을 명확히 알아야 한다. 이동하는 부하의 양이나 베어링과의 상대적 위치, 이동 속도가 고정적인지 가속도가 붙는지, 시스템이 작동하는 환경 상의 요건, 이동 프로파일, 캐리지 사이의 간격, 이동 방향, 사용률, 시스템 예상 수명 등이 대표적이다.



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