직동 슬라이드 테이블의 기본
직동 슬라이드 테이블의 기본
  • 윤진근 기자
  • 승인 2018.07.08 11:07
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규격품으로 공급하는, 일체형 디자인 솔루션
일체형 직동 슬라이드 테이블은 설계 엔지니어 또는 제조업체들이 응용사례에 적합한 부품을 찾고 설계해야 하며, 각 부품들의 구매·설계도 구성·조립 등에 필요한 인원을 고려하는 데 드는 시간과 비용을 절감해준다. 특히 저속의 위치 조절과 빈번한 움직임을 가진 응용사례는 이 제품이 식품 포장기 등을 포함한 다양한 환경에서 사용될 수 있다는 것을 입증하고 있다.

직동(선형) 슬라이드 테이블에는 일반적으로 엄지나사(리드스크루) 또는 벨트 구동 방식 등 두 가지 타입이 있다. 엄지나사 시스템은 큰 토크를 전달하기 때문에 고 하중 응용사례에 적합하다. 하지만, 너트에서 마찰열이 발생하기 때문에 저속 응용사례에만 적용 가능하다. 반면 벨트 구동 시스템은 고속·높은 사이클을 가진 저 하중부터 중 하중의 응용사례에 적합하다.

설계자들은 이 시스템을 핸드 휠 또는 엄지나사를 통해 수동으로 구동할 수 있다. 또한 모터를 통해 자동으로 구동할 수도 있다. 예를 들면, 스텝모터를 활용하면 어떻게 프로그래밍하느냐에 따라 다양한 모션을 수행한다. DC모터는 리미트 스위치와 함께 간단한 모션을 제어할 수 있다. 

엄지나사 테이블
엄지나사 너트 타입의 직동 슬라이드 테이블은 회전 동작을 직동(선형) 동작으로 바꾸어준다. 나사는 시계 또는 반시계 방향으로 회전하며, 너트의 회전 방향에 따라 베어링 캐리지가 앞뒤로 이동하게 한다.

이구스 등의 업체는 오일·그리스·급유가 필요 없는 특수 플라스틱 재질의 너트를 제공한다. 이 너트는 내 부식성(耐腐食性)을 가지고 있다. 급유가 필요 없어 먼지 및 이물질이 달라붙지 않아 분진에 영향을 덜 받는다. 거친 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있는 비결이다.

엄지나사가 새 제품일 때의 위치 정밀도는 통상적으로 약 0.1㎜~0.35㎜ 가량이다. 엄지나사 테이블을 높은 사이클로 사용할 경우 마모가 발생할 수 있는데, 이는 백래시 및 클리어런스(틈새 혹은 간격이라고 번역한다. 편집자 주)가 증가하고 정밀도가 떨어지는 원인이 된다. 이구스는 클리어런스 감소를 위해 제품을 안정적으로 유지하는 안티 백래시 너트를 제공한다.

엄지나사 테이블의 스트로크는 직경에 따라 달라진다. 이구스는 최대 1천㎜까지 제공한다. 나사가 길어질수록 휘어짐이 생기고 마찰력 및 토크가 증가하여 원치 않는 공명이나 소음이 발생할 수 있다. 이는 수동 응용사례에서는 중요하진 않지만, RPM이 높은 모터 구동 응용사례 등에서는 문제가 될 수 있다.

엄지나사 테이블은 속도가 빠르고, 긴 스트로크의 응용사례에서 모터와 함께 수직으로 적용할 경우 원치 않는 소음을 일으키는 경향이 있다. 이러한 응용사례에는 벨트 구동 시스템을 사용하는 것이 더욱 적합하다. 더 타이트한 애크미(ACME) 및 사다리꼴을 포함한 엄지나사의 기하학적 형상은 피치가 최대 하중에서 약 1m/min의 속도로 제한되지만, 고 나사산 또는 다줄 나사산은 그 이상도 구현할 수 있다. 일반적으로 고속용으로는 벨트 구동 시스템이 더욱 적합한 선택이다. 

엄지나사 슬라이드 테이블은 컨베이어 가이드용 센서 또는 포맷 조정 등, 하드웨어의 위치 조정에 주로 사용된다.
음료 산업에서는 다양한 크기를 가진 병에 음료를 채우는 충진 라인에서 병이 적절히 채워지는지 확인하기 위해 머신비전을 활용하고는 한다. 이 경우 카메라의 상하 조절에 슬라이드 테이블을 적용할 수 있다. 작업자는 현재 채워지고 있는 병의 크기에 맞추어 카메라의 위치를 손쉽게 조정할 수 있다. 위치 조절 인디케이터 또는 클램프와 같은 액세서리를 장착하면 캐리지의 정확한 위치 조정에 도움이 된다.

벨트 구동 테이블
엄지나사 테이블과 마찬가지로, 벨트 구동 타입의 직동 슬라이드 테이블은 운반장치(이동 캐리지) 및 간편하게 장착 가능한 고정 클램프가 포함된 직동 가이드 시스템으로 구성된다. 

타이밍 벨트는 일반적으로 깊은 홈 볼 베어링을 사용한 풀리 메커니즘에 따라 작동한다. 이러한 볼 베어링은 소음이 적고 급유 이탈을 방지하는 씰을 포함하는 것이 일반적이다. 

구동 시 마찰열이 발생하는 엄지나사와는 달리, 벨트에는 고속 및 높은 사이클에서 마찰 문제가 발생하지 않는다. 물류 응용사례에 적합한 이유다. 

벨트 구동 시스템은 시험기·자동판매기·금융자동화기기·방송기기 등 다양한 응용사례에서 사용할 수 있다. 또한 먼지와 분진이 심하지 않은 공장에서의 자동화도 수행할 수 있다. 벨트 방식은 엄지나사와 달리 수직 응용사례에서 소음을 만들지 않는다.
 
재질 
엄지나사와 벨트 구동 시스템은 다양한 재질로 제작할 수 있다. 레일은 부식에 영향을 미치는 정도에 따라 경질 또는 연질 아노다이징으로 처리된 알루미늄 압출 제품으로 만들 수 있다. 캐리지 베어링은 아연 사각 하우징에 엔지니어링 플라스틱 재질로 구성된다. 아연 재질의 하우징이 환경에 제약을 받는다면 스테인리스강 하우징이라는 선택도 있다. 

직동 슬라이드에 사용되는 엄지나사 또한 다양한 재질로 만들 수 있다. 가장 일반적인 재질은 강철이다. 대부분의 응용사례에서 작동하면서도 비용 대비 가장 효율적이다. 스테인리스 스틸 나사는 내 부식성 및 내 화학성이 우수하며, 알루미늄 엄지나사는 가벼운 무게를 자랑한다. 두 제품 모두 비 자성체를 요구하는 응용사례에서 활용한다.  

직동 슬라이드 테이블은 모듈형으로 다양하게 구성할 수 있다. 엄지나사를 통해 이동하는 두 개의 테이블(자동 조정Self-Centering이라 한다)의 경우, 한 개의 테이블을 한 쪽에는 왼 나사를, 다른 쪽에는 오른 나사를 사용해 구성할 수 있다. 이는 테이블이 장치의 중심으로부터 동일한 거리를 유지한 채 동시에 또는 각자 움직이도록 한다. 또한 슬라이드 테이블 두 개를 수직으로 조합하여 XY축 스테이지로 구성할 수도 있다.

벨트 구동 시스템은 전형적으로 철심이 들어간 폴리우레탄 또는 유리 섬유로 보강된 네오프렌 벨트를 사용한다. 풀리 시스템에는 씰링(밀봉) 처리된 볼 베어링을 사용한다. 극한 환경 또는 수중 사용 등에서는 스테인리스강 또는 플라스틱 볼 베어링을 사용하기도 한다. 

베어링
엄지나사와 벨트 구동 방식의 슬라이드 테이블의 직동 베어링 캐리지(또는 테이블)는 하나 또는 두 개의 가이드 레일 또는 샤프트에 의해 지지된다. 많은 공급업체는 테이블에 금속 볼 베어링을 사용할 수 있다. 하지만 이는 유지보수 작업을 필요로 한다. 일부 기술자들이 지속적으로 급유를 해서 성능과 마찰을 보장하는 볼 베어링을 필요로 하는 이유다.

하지만 이러한 베어링에 급유를 정기적으로 하지 않으면, 샤프트가 손상되어 궁극적으로 베어링 시스템에 결함이 발생한다. 또한 물청소 등이 필요한 공정에서 장치가 부식될 수도 있다. 분진이 많은 환경에서는 그리스나 오일이 고착화되어 베어링의 결함을 초래한다.

이구스는 금속 볼 베어링에 대한 대안으로 마모에 강한 플라스틱 면 마찰 방식의 직동 베어링 라이너를 제공한다. 이구스 라이너는 아연·경질 아노다이징 알루미늄·스테인리스강 등의 다양한 하우징 재질에서 사용할 수 있으며, 교체도 간편하다. 이구스의 직동 베어링은 볼이 장착된 롤링 대신 면 마찰 방식으로 슬라이딩하기 때문에 레일에 골링을 비롯한 여타 손상을 일으키지 않는다. 저렴한 연질 샤프트 또는 레일에서도 사용할 수 있으며 기계의 정지시간(다운타임)을 줄이는 데에 도움을 준다.

이구스는 iglidur J 및 J200 재질의 고성능 폴리머 재질 라이너를 제공한다. 고체 윤활제를 포함하고 있어 별도의 급유가 필요 없으며, 대부분의 응용사례에서 사용할 수 있고, 수중에서도 적용할 수 있다. 또한 소음에 민감한 실험실 및 병원과 같은 환경에도 적합하다. 

급유를 하게 되면 먼지와 분진이 볼 베어링에 쉽게 달라붙어 마찰 특성의 변화를 일으키고 움직임을 방해할 수 있다. 반면 이구스 직동 베어링은 먼지와 분진이 쌓이더라도 라이너의 면 접촉 운동에 의한 와이퍼 기능을 활용해 이물질을 접촉면에서 외부로 배출한다. 먼지가 많은 환경에서도 사용할 수 있는 이유다.

라이너는 내마모성이 우수하다. 경질 아노다이징 레일에서 최대 15㎧의 속도로 이동할 수 있다. 
 
응용사례
개별 응용사례에 적합한 직동 슬라이드 테이블을 찾는다면 업체의 온라인 툴을 사용해보자. 이구스에서도 이러한 기능을 제공하고 있다. 하중·속도·스트로크 등의 자료만 입력하면 온라인 툴이 적합한 제품 및 시스템을 제시하여 설계자 및 제조업체의 제품 선정을 돕는다.

직동 테이블을 선정할 때는 무게 중심의 위치와 한쪽 레일의 베어링 간격 또한 고려해야 한다. 이 때 적용되는 것이 2:1 법칙이다. 이는 중심축인 두 개의 베어링 간격을 1 이라고 할 때, 구동부(F)와 고정(Fix)베어링 사이의 간격이 2를 넘으면 안 된다는 것을 말한다. 이를 무시할 경우, 소음이 발생하거나 끼임 현상이 발생해서 움직임이 매끄럽지 않게 된다. 마찰과 관성 때문에 발생하는 현상으로, 고속 및 높은 가속이 필요로 하는 벨트 구동 시스템에서는 반드시 확인해야 하는 요소다.

이구스는 다양한 재질과 디자인을 조합한 수많은 직동 슬라이드 테이블 제품과 수많은 실제 적용 사례를 보유하고 있다. 설계 엔지니어 및 현장 엔지니어에게 편리함과 다양함을 선사하는 이구스의 일체형 디자인 솔루션을 만나보자.

 


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