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[기계] LM 가이드는 무엇일까? (Feat. 리니어 부시, 볼 스플라인) / LM가이드의 종류
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볼스크류와 LM가이드 그리고 스핀들 : 네이버 블로그
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[기계] LM 가이드는 무엇일까? (Feat. 리니어 부시, 볼 스플라인) / LM가이드의 종류
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안녕하세요.
저번 글에 볼스크류에 대한 설명을 하였습니다. 오늘은 볼스크류와 함께 이송을 도와주는 역할을 하는 LM가이드에 대한 설명을 해볼까 합니다. 볼스크류와 볼 너트만으로는 이송이 힘들거나 불가능한 공정이 많이 있기 때문에 볼스크류의 직진력을 이용해서 이송하는 LM가이드가 탄생하였습니다.
우선 LM가이드의 탄생부터 살펴보겠습니다.
LM가이드 기계
LM가이드의 탄생
과거에는 아래의 그림과 같이 무거운 물건을 운반하는 일이 굉장히 어려웠을 것입니다. 어마어마한 정지 마찰력와 운동 마찰력을 이겨내고 더 큰 힘으로 물건을 밀어야 하기 때문에 고생이 이만저만이 아녔을 것입니다.
그래서 아래와 같이 바퀴를 밑에 달아서 운반을 하게 됩니다.
이것이 바로 구름 운동의 원리입니다. 볼스크류에 볼을 끼워서 이송을 하는 원리도 이와 같은 구름 운동이라고 볼 수 있습니다. 이런 원리를 이용해서 개발된 것이 리니어부쉬입니다.
리니어 부시
리니어 부시는 샤프트, 외통, 부하 볼로 구성되어 있습니다.부하 볼은 샤프트와 외통에 점 접촉을 하고 있어 이송에서의 유리한 이점을 가지고 있습니다. 세계 최초로 만들어진 리니어 부쉬는 적은 마찰로 직선운동을 가능하게 하여 오늘날에도 자동 기록 장치, 디지털 3D 측정기기 등 산업 속에서 다양하게 사용되고 있습니다. 하지만 이런 리니어 부시는 볼의 움직임을 제어할 수 없기 때문에 정밀함이 떨어지고 볼들의 마찰로 인해서 안정성 또한 떨어지게 되었습니다.
볼 스플라인
위에서 설명드린 리니어 부시의 단점을 보완하기 위한 1971년 일본에서 볼스플라인이 개발되었습니다. 볼스플라인은 120도로 위치한 3개의 전동 돌기부를 가지게 됩니다. 이런 전동 돌기부를 따라서 볼이 정렬 되어서 전동 돌기부를 지지하게 됩니다. 볼은 스플라인 안에 포함되어 있는 리테이너에 의해 지지 되어서 부드럽게 움직이고 회전하게 됩니다. 하지만 장비가 대형화 되거나 스트로크가 길어지게 되어 양끝이 휘는 문제가 발생하게 되었습니다.
LM가이드
이런 단점을 보완하기 위해 만든 것이 LM가이드입니다. 왼쪽의 그림이 개발 초기의 LM가이드 LSR 모델입니다. LM가이드는 샤프트를 H빔 형으로 만들어서 휨 모멘트에 대한 강성을 가지게 만들었습니다. 이로써 고정밀도와 콤팩트화로 획기적인 직선운동 시스템을 완성하였습니다. 스트로크가 길어져도 안정성 있게 사용할 수 있고 이송체의 무게가 무거워져도 볼 스플라인보다 오랫동안 정밀도 있게 사용할 수 있게 되었습니다. 시간이 지남에 따라 여러 모델들이 개발되었고 현재 산업 현장에서 다양하게 적용되어 쓰이고 있습니다.
아래와 같이 LM가이드는 LM블록, LM레일, 볼로 구성되어 있습니다. 또한 LM블록 내부에 볼이 무한으로 순환 운동할 수 있도록 앤드 플레이드(End Plate)라는 순환 용이 부품이 있고 내부로 이물이 들어오지 못하도록 하는 앤드 씰(End Seal)이 장착 되어 있는 것이 특징입니다.
출처 : 삼익 THK
물론 앤드씰 말고도 이너 씰, 사이드 씰 등이 선택적으로 장착되어 있어 볼 내부로 이물이 들어가는 것을 막아주게 됩니다. 또한 최적의 상태로 오랜 수명을 지키기 위해서 LM가이드에 구리스나 급유를 가능하게 하는 구리스 니플이 존재합니다.
블랙과 레일에는 기준 측면과 반기준 측면이 있습니다. 이는 조립 시 기준이 되는 부분을 말합니다. 기준치 면에 맞춰 조립해야 하며 인발 가공으로 생성된 선이 있어 쉽게 확인할 수 있습니다.
LM가이드의 종류
서큘러 아크 홈
고딕 아치 홈
서큘러 아크 홈 구조는 왼쪽 그림과 같은 2점 접촉 구조이고 고딕 아치 홈 구조는 4점 접촉 구조입니다.
서큘러 아크 홈 구조는 2점 접촉으로써 상대적으로 장착면의 오차를 흡수할 수 있어 부드러운 움직임을 보이게 됩니다. 또한, 모멘트의 발생에 따른 내부 하중의 차이가 크지 않고 오차 흡수율이 우수하게 됩니다.
고딕 아크 홈 구조는 2점 접촉 구조로써 가공 베이스를 고정도로 할 필요가 있습니다. 또한, 1축 적용 시 모멘트 강성이 우수한 특징이 있습니다.
부족한 글 읽어주셔서 감사합니다.
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볼스크류와 LM가이드 그리고 스핀들
볼스크류와 LM가이드 그리고 스핀들
보통 직성운동으로 볼스크류와 LM가이드를 사용한다.
볼스크류의 정밀도는 공작기계의 정밀도에 직접 영향을 미치기 때문에
피치오차나 누적오차 등은 매우 중요하며,
또한 필요시에는 NC 장치를 이용하여 보정을 하여야 한다.
NC공작기계가 아닌 일반 공작기계에서는 볼스크류 이송요소 대신에 리드스크류를 이용한다.
볼스크류가 리드스크류에 비해 마찰손실 등이 훨씬 작지만 고속에서는 발열이 발생하여 오차가 발생하기 때문에
설계 시에 사전인장을 부여하는 방법 등을 이용하여 대책을 마련하고 있다.
또한 볼스크류의 지지방법에 따라서 오차의 영향을 최소화할 수 있기 때문에 설계 시에 베어링의 조합과 더불어
세심한 주의가 필요하다.
볼스크류(ball screw)의 핵심은 백래쉬를 제거하는 것이고 강구회전으로 마찰을 줄여준다.
정회전과 역회전시 발생되는 백래쉬 오차를 제어하는 것으로 수나사와 암나사 사이이 steel ball을 넣어
2회전반 혹은 3회전반에 돌다가 튜브속을 통하여 시작점으로 돌아오고 이런 행위를 반복한다.
볼스크류는 THK, PMI 등이 있는데 10만원에서 100만원으로 다양하다.
LM가이드는
리니어 모션을 만드는 가이드로 일반적으로 1개당 3만~20만원으로 다양하다.
스핀들은 회전시 충격이나 기타부분을 온충시키는 기계뭉치로 주로모터와 연결하여 사용한다.
모터가 결합된 회전하는 기계뭉치로 스핀들모터가 있고 하드디스크의 스핀들이나 밀링, 연마기등에 사용된다.
http://www.kospin.com/
구조는 축에 베어링이 여러개 적용되어 각각의 역할을 한다.
또한 스핀들의 끝에 공구를 붙이고 반대편에는 모터가 붙는다.
스핀들모터는 이것이 일체화 되어 있다.
작성중~~
By 수수깡
Linear Guide, Ball Screw 올바른 설치방법
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유튜브에서 NSK를 검색하면 베어링에 대한 자료들이 많이 나와 있습니다.
Linear guide(LM가이드) / 볼스크류에 대한 설치방법
자세히 나와 있어 올려봅니다.
방법을 숙지하고 교체하면 부품들의 수명과
교체 시 문제점을 줄일 수 있지 않을까요~~~
교육 자료라 그런지 정도가 완벽하네요~~
0:16 숫돌과 걸레를 사용하여 바닥 장착 표면에서 버를 제거합니다. (항상 설치면을 청소하십시오) 0:34 받침대 중간에 직선 모서리를 놓습니다. (모서리를 직선으로 사용하고 장착 표면의 정확도가 충분하다면 이 과정을 건너 갈 수 있습니다.) 0:45 레일 장착 직진을 확인하십시오. (반대편에 대해 반복) (시공 가장자리를 사용하지 않고 장착 표면의 정확도가 충분하다면이 과정을 건너 갈 수 있습니다) 0:58 레일 장착면의 직진성을 확인하십시오. (반대편에 대해 반복) (시공 가장자리를 사용하지 않고 장착 표면의 정확도가 충분하다면이 과정을 건너 갈 수 있습니다) 1:16 리니어 가이드 레일 장착면을 청소하십시오. (항상 설치면을 청소하십시오) 1:47 리니어 가이드 레일을 장착하십시오. 카탈로그 또는 도면에서 마스터 레일 (KL) 및 기준면의 방향을 확인하십시오. 2:16 느슨하게 레일 장착 볼트를 설치하십시오. 2:45 측면판을 느슨하게 설치 한 다음 지정된 토크로 조입니다. 3:03 레일 장착 볼트를 아래로 돌립니다. 올바른 조임 순서를 따르십시오. 3:26 마스터 레일의 직진도 (측면)를 확인하십시오. 3:38 2차 레일의 직진도 (측면)와 레일의 평행도를 확인하십시오. 직선 가장자리를 움직이지 마십시오. 3:55 마스터 레일과 두 번째 레일 사이의 높이 오차를 확인하십시오. 직선 가장자리를 움직이지 마십시오. 4:48 직선이없는 경우 다음 방법을 사용하여 마스터 및 두 번째 레일의 평행도를 확인하십시오. 5:10 정밀도 요구 사항에 대해서는 카탈로그를 참조하십시오. 5:22 무빙 테이블을 부착하십시오. 테이블이 부드럽게 움직이는 지 확인하십시오. 6:31 테이블 중심에서 직진도 (수직)를 확인하고 요구 사항 범위 내에 있는지 확인하십시오. (직선 모서리를 사용하지 않고 장착 표면의 정확도가 충분하면이 과정을 건너 뛸 수 있습니다) 7:03 Linear guide가 올바르게 설치되었습니다.
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