이 글에서는 구조적 지지 시스템, 가이드 기술, 구동 기술, 밀봉, 윤활 및 부속품을 포함한 선형 시스템 설계의 기본 사항을 설명합니다. 먼저 리드 스크류 드라이브, 볼 스크류 드라이브, 벨트 드라이브, 볼 가이드, 슬라이드 가이드, 휠 가이드와 같은 다양한 기술의 장단점을 살펴봅니다. 그런 다음 자체 설계 및 제작하는 선형 시스템과 표준 구성 요소를 사용하여 구성하는 시스템의 장단점을 비교합니다. 마지막으로 경제적인 표준 구성 요소를 기반으로 선형 시스템의 크기를 결정하고 선택하는 단계별 웹 기반 프로세스를 설명합니다.

선형 시스템의 구성 요소는 구조 지지 시스템, 구동 시스템, 안내 시스템, 밀봉 장치, 윤활 장치 및 부속품입니다. 구조 지지 시스템의 주요 구성 요소는 일반적으로 최대 12미터 길이의 알루미늄 압출재입니다. 베이스의 장착면은 정밀한 위치 지정이 필요한 용도에 맞게 가공할 수 있습니다. 정밀도가 낮은 운송용 용도의 베이스 압출재는 일반적으로 가공하지 않습니다. 운송용 베이스는 하중 하에서의 굽힘 저항성과 압출 공정 중 변형에 대한 저항성을 최적화하여 시스템이 양쪽 끝에서만 지지될 수 있도록 설계되었습니다.

주요 가이드 유형으로는 볼 가이드, 휠 가이드, 슬라이드 또는 프리즘 가이드가 있습니다. 볼 가이드는 최대 38,000뉴턴(N)의 높은 하중과 최대 27.60뉴턴미터(Nm)의 높은 모멘트 하중을 견딜 수 있습니다. 또한 마찰이 적고 강성이 높다는 장점이 있습니다. 볼 가이드는 단일 레일 또는 이중 레일 구성으로 제공됩니다. 단점으로는 비교적 높은 비용과 소음 수준이 있습니다. 휠 가이드의 주요 장점은 최대 10m/s의 매우 빠른 속도로 작동할 수 있다는 것입니다. 휠 가이드는 또한 마찰이 적고 강성이 매우 높습니다. 반면, 휠 가이드는 충격 하중에 대한 저항력이 상대적으로 낮습니다. 슬라이드 가이드는 프로파일 표면에서 직접 작동하는 프리즘 모양의 폴리머 부싱을 사용하여 매우 조용한 작동을 제공하고 높은 충격 하중을 견딜 수 있습니다. 슬라이드 가이드의 주요 장점은 오염된 환경에서도 작동할 수 있다는 것입니다. 슬라이드 가이드는 볼 가이드나 휠 가이드보다 속도 및 하중 용량이 낮습니다.

가장 널리 사용되는 구동 기술로는 볼 스크류 드라이브, 리드 스크류 드라이브, 벨트 드라이브가 있습니다. 볼 스크류 드라이브는 볼 스크류와 볼 너트, 그리고 볼 베어링 순환 장치로 구성됩니다. 정밀 연삭 및 예압 가공된 볼 스크류는 매우 높은 위치 정밀도를 제공합니다. 볼 스크류에 가해지는 하중은 다수의 볼 베어링에 분산되어 각 볼에 상대적으로 낮은 하중이 가해집니다. 그 결과 0.005mm의 높은 절대 정밀도, 최대 40kN의 높은 추력, 그리고 높은 강성을 얻을 수 있습니다. 절대 정밀도는 예상 위치와 실제 위치 사이의 최대 오차로 정의됩니다. 볼 스크류 드라이브는 일반적으로 90%의 기계적 효율을 제공하므로 초기 구매 비용이 높지만, 전력 소모를 줄여 상쇄하는 경우가 많습니다. 볼 스크류의 임계 속도는 스크류의 루트 직경, 지지되지 않은 길이, 그리고 단부 지지대 구성에 따라 결정됩니다. 볼 스크류 지지대를 사용하면 최대 12m의 스트로크와 3,000rpm의 입력 속도를 가진 스크류 구동 장치를 사용할 수 있습니다. 리드 스크류 드라이브는 볼 스크류 드라이브만큼 높은 절대 위치 정밀도를 제공하지는 못하지만, 0.005mm의 우수한 반복 정밀도를 제공합니다. 반복성은 위치 결정 시스템이 작동 중 동일한 방향에서 동일한 속도 및 감속률로 접근할 때 원래 위치로 복귀하는 능력을 의미합니다. 리드 스크류 드라이브는 저부하에서 중부하 사이클의 위치 결정 애플리케이션에 사용되며 소음 수준이 낮습니다. 벨트 드라이브는 최대 10m/s의 속도와 최대 40m/s²의 가속도를 갖는 고속, 고처리량 이송 애플리케이션에 사용됩니다. 가이드 시스템과 구동 시스템 모두 일반적으로 윤활이 필요합니다. 윤활 피팅에 쉽게 접근할 수 있으면 예방 정비가 간편해집니다. 효과적인 방법 중 하나는 캐리지에 제르크 피팅을 사용하여 볼 스크류와 선형 베어링 시스템에 윤활유를 공급하는 네트워크를 구축하고, 설치 시 및 주기적인 정비 시 윤활을 제공하는 것입니다. 프리즘 가이드 시스템은 유지 보수가 필요 없습니다. 폴리머 자체의 윤활성 외에도 윤활 처리된 펠트 와이퍼가 매 스트로크마다 윤활유를 보충합니다. 밀봉 기술은 많은 애플리케이션에서 중요합니다. 마그네틱 스트립 씰은 장력을 유지하기 위해 스프링으로 장착된 스테인리스 스틸 마그네틱 밴드로 구성됩니다. 양쪽 끝은 시스템의 엔드 플레이트에 고정되고, 커버 밴드 또는 밀봉 스트립은 캐리지의 홈을 통해 연결됩니다. 캐리지가 시스템의 길이를 따라 이동하면서 스트립이 자석에서 들어 올려져 캐리지가 통과할 수 있게 됩니다.

또 다른 밀봉 기술인 플라스틱 커버 밴드는 지퍼백처럼 베이스 압출재와 맞물리는 유연한 고무 스트립을 사용합니다. 맞물리는 "혀와 홈" 프로파일은 미로형 밀봉 구조를 형성하여 입자 유입을 효과적으로 방지합니다. 유연한 모터 마운트는 선형 시스템을 자동화 어셈블리에 쉽게 통합할 수 있도록 해줍니다. 사용자는 표준 NEMA 모터 마운트를 요청하거나, 모터에 특화된 장착 정보를 제공하거나, 모터 제조업체의 이름과 부품 번호를 제공할 수 있습니다. 하우징과 커플링은 고객 모터의 주요 특성(모터 플랜지의 볼트 크기 및 볼트 원 직경, 모터 파일럿 직경, 모터 샤프트 직경 및 길이)에 맞춰 공통 블랭크에서 가공됩니다. 이를 통해 슬라이드는 거의 모든 모터에 수평, 수직, 경사 또는 역방향으로 쉽게 장착할 수 있으며, 정확한 정렬이 보장됩니다.

모든 구동 방식과 가이드 방식의 조합이 적합한 것은 아닙니다. 실제 응용 분야에서 사용되는 7가지 기술 그룹에는 리드 스크류 구동 및 볼 가이드, 리드 스크류 구동 및 슬라이드 가이드, 볼 스크류 구동 및 볼 가이드, 볼 스크류 구동 및 슬라이드 가이드, 벨트 구동 및 볼 가이드, 벨트 구동 및 슬라이드 가이드, 벨트 구동 및 휠 가이드가 있습니다. 스파이더 다이어그램은 이러한 각 기술의 상대적인 장단점을 보여줍니다. 볼 스크류 구동 및 볼 가이드 기술은 높은 반복 정밀도, 높은 강성, 그리고 높은 힘과 모멘트를 처리할 수 있는 능력을 제공합니다. 이 기술은 공작 기계에서 기어 블랭크를 적재 및 하역하는 데 사용되는 선형 시스템과 같이 높은 하중과 높은 작동 주기를 요구하는 정밀 위치 지정 응용 분야에 사용됩니다. 벨트 구동식 볼 가이드 장치는 무거운 하중과 높은 모멘트 하중을 견디는 고속 및 가속 응용 분야에 맞게 설계되었습니다. 이 기술 그룹은 간격을 가로지르며 양 끝단 또는 간헐적으로 지지되는 응용 분야에 적합합니다. 대표적인 응용 분야는 캔 팔레트 적재입니다. 벨트 구동식 슬라이드 가이드 선형 시스템은 중간 속도 및 가속 기능을 제공합니다. 슬라이드 가이드는 충격 하중을 견딜 수 있지만 선형 속도에는 다소 제한이 있습니다. 이러한 조합은 비용 효율적이고 소음이 적으며 유지 보수가 거의 필요 없는 솔루션을 제공합니다. 자석 커버 밴드를 추가하면 이 솔루션은 판금 스프레이 처리와 같이 입자 함량이 높고 세척이 필요한 환경에 이상적입니다. 벨트 구동식 휠 가이드 장치는 적당한 비용, 낮은 소음 및 비교적 낮은 유지 보수 요구 사항과 함께 높은 선형 속도 및 가속 기능을 제공합니다. 일반적인 적용 분야는 포장 및 충전 기계입니다.

자체 개발 vs. 구매? 선형 시스템을 자체 개발할지 구매할지 결정할 때는 설계에 필요한 엔지니어링 시간과 전문 지식을 고려하는 것이 중요합니다. 시스템 설계에는 선형 및 레이디얼 베어링 수명, 볼 스크류 수명, 볼 스크류의 임계 속도, 지지 프로파일의 처짐, 윤활유 선택, 커버 설계 등과 같은 엔지니어링 계산이 포함됩니다. 설계 시간을 단축하기 위해 선형 시스템의 크기를 키우는 방식은 비용과 설치 공간이 증가하고, 기본적인 엔지니어링 작업은 여전히 ​​필수적이라는 단점이 있습니다. 선형 시스템을 구매할 경우, 표준 카탈로그 제품이 적용 분야의 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 발생할 수 있습니다. 이 경우, 표준 제품을 대폭 수정하거나 완전히 새로운 설계를 하는 것이 실행 가능한 대안이 될 수 있습니다. 다양한 제품과 엔지니어링 역량을 갖춘 파트너와 협력하면 시간과 비용을 절감하고 개발 주기를 단축하면서 문제를 해결할 수 있습니다.