선형 레일 가이드의 일반적인 적용 분야

선형 레일은 수많은 산업 분야의 핵심 구성 요소로서, 수 그램에서 수천 킬로그램에 이르는 하중을 지탱할 수 있는 낮은 마찰력과 높은 강성을 제공합니다. 다양한 크기, 정밀도 등급 및 예압을 통해 선형 레일은 사실상 모든 성능 요구 사항에 적합합니다.

선형 레일을 사용하는 이유는 다양하지만, 다른 유형의 가이드에 비해 가장 뚜렷한 장점은 하중 지지력, 이동 정밀도 및 강성입니다. 예를 들어, 원형 샤프트 가이드는 하향 하중이나 들어올림 하중만 견딜 수 있는 반면, 선형 레일 가이드는 하향/넘어짐 하중과 모멘트 하중 모두를 견딜 수 있습니다. 또한 이동 거리가 1미터 이하로 제한되는 경우가 많은 크로스 롤러 가이드와 달리, 선형 레일은 매우 긴 이동 거리를 제공할 수 있습니다. 일반 베어링 가이드와 비교했을 때, 선형 레일은 더 높은 강성과 견고성을 가지며, 일반적으로 하중/수명 특성도 더 우수합니다.

선형 가이드는 레일의 한쪽 또는 양쪽 가장자리를 정밀하게 가공하여 기준면으로 활용함으로써 높은 수준의 이동 정밀도를 제공합니다. 또한 구형 볼 또는 원통형 롤러로 구성된 2열, 4열 또는 6열의 구름 요소를 사용하여 높은 강성을 확보하고 베어링 블록의 변형을 최소화합니다. 이러한 모든 특징이 결합되어 높은 정밀도, 높은 강성 및 긴 수명이 요구되는 응용 분야에 완벽하게 적합한 선형 가이드 시스템을 제공합니다.

【단일 레일 적용】

선형 레일은 레일 양쪽에 하중을 지지하는 볼(또는 롤러)이 있어 레일 하나만 사용하더라도 돌출 하중을 견딜 수 있습니다. (반면, 원형 샤프트 선형 가이드는 돌출 하중이 발생할 경우 반드시 두 개를 함께 사용해야 합니다.) 이러한 특징 때문에 많은 응용 분야에서 공간 절약이나 시스템 내 다른 구성 요소 간의 정렬 불량 문제를 방지하기 위해 단일 선형 레일을 사용합니다. 다음은 단일 선형 레일을 사용하는 몇 가지 응용 사례입니다…

선형 액추에이터 – 선형 레일은 모멘트 하중을 견딜 수 있는 능력 때문에 벨트, 스크류 또는 공압 실린더로 구동되는 액추에이터에 자주 사용되는 가이드 메커니즘입니다. 또한 최대 5m/s의 이동 속도를 지원할 수 있어 벨트 또는 공압 구동 시스템에서 중요한 요소입니다.

가공 운송 시스템 – 가공 운송 시스템에서 흔히 볼 수 있듯이, 하중이 레일과 베어링 블록 아래에 집중될 경우 선형 레일은 안내 장치로 적합한 선택입니다. 높은 하중 지지력 덕분에 무거운 하중을 운송할 수 있으며, 선형 레일의 강성은 전체 시스템의 안정성을 높여줍니다.

갠트리 로봇의 가장 큰 특징은 두 개의 X축(경우에 따라 두 개의 Y축과 두 개의 Z축)을 가지고 있다는 점입니다. 각 축은 일반적으로 하나의 선형 레일을 사용하며 스크류 또는 벨트-풀리 시스템으로 구동됩니다. 두 축이 병렬로 작동할 때(예: X축과 X'축) 각 축에 하나의 선형 레일만 있더라도 매우 우수한 모멘트 용량을 구현할 수 있습니다.

【듀얼 레일 적용】

높은 모멘트 하중이 작용하는 경우, 선형 레일을 두 개씩 짝지어 사용하면 모멘트 하중을 베어링 블록에 작용하는 힘으로 분산시킬 수 있습니다. 이러한 구성에서는 구동 메커니즘을 선형 레일 사이에 장착할 수 있어 전체 시스템을 매우 소형화할 수 있습니다. 이중 선형 레일의 적용 사례는 다음과 같습니다.

선형 스테이지 – 스테이지는 일반적으로 매우 정밀한 시스템으로, 높은 이동 정확도와 최소한의 처짐이 무엇보다 중요합니다. 하중이 스테이지 중앙에 집중되고 모멘트 하중이 거의 없거나 전혀 없는 경우에도 강성과 베어링 수명을 극대화하기 위해 이중 선형 레일이 자주 사용됩니다.

공작기계는 스테이지와 마찬가지로 고품질 부품 생산을 위해 매우 높은 수준의 이동 정밀도와 강성이 요구됩니다. 일반적으로 레일당 두 개의 베어링 블록을 사용하여 두 개의 레일을 평행하게 배치하면 처짐을 최소화할 수 있습니다. 또한 공작기계는 매우 높은 하중을 받기 때문에 네 개의 베어링 블록에 하중을 분산시키면 베어링 수명을 극대화할 수 있습니다.

카르테시안 로봇 – 카르테시안 로봇은 일반적으로 축당 하나의 선형 시스템만 사용하기 때문에 각 축이 높은 모멘트 하중을 견딜 수 있어야 합니다. 이것이 바로 대부분의 카르테시안 로봇 축이 두 개의 선형 가이드가 병렬로 연결된 선형 액추에이터로 구성되는 이유입니다.

로봇 이송 장치 – 6축 로봇은 다양한 방향으로의 도달 및 회전이 필요한 작업에 유연한 움직임을 제공합니다. 하지만 로봇이 다른 작업대나 작업 영역으로 이동해야 할 경우, 이중 레일 시스템은 "제7축" 역할을 하여 로봇 전체를 새로운 위치로 이송할 수 있습니다. 이러한 용도에서 선형 레일의 중요한 이점은 여러 개의 레일을 연결하여 15미터가 넘는 매우 긴 이동 거리를 구현할 수 있다는 점입니다.

물론, 선형 레일이 모든 용도에 완벽한 해결책은 아닙니다. 예를 들어, 선형 레일은 일반적으로 비용 문제 때문에 도어 가이드나 서랍 슬라이드와 같은 소비자 가전 분야에는 적합하지 않습니다. 또한, 선형 레일은 높은 이동 정밀도를 활용하고 베어링 블록의 걸림을 방지하여 수명 단축을 막기 위해 매우 정밀한 장착면이 필요합니다. 선형 샤프트 시스템처럼 끝단만 지지하는 방식이 아니라, 선형 레일은 전체를 지지해야 합니다. 따라서 선형 레일은 일반적으로 원형 샤프트나 일반 베어링 시스템보다 초기 구매 비용이 높을 뿐만 아니라, 준비 및 설치 비용 또한 더 높습니다.

선형 레일은 다른 베어링 유형에 비해 주행감이 매끄럽지 않거나 "뻑뻑한" 느낌을 줄 수 있습니다. 이는 하중을 전달하는 볼(또는 롤러)과 궤도면 사이의 접촉 때문입니다. 강성을 높이기 위해 선형 레일 시스템에 예압을 가하면 베어링 블록이 레일을 따라 이동할 때 이러한 "뻑뻑한" 느낌이 더욱 심해질 수 있습니다. (이러한 현상은 베어링에 하중이 가해지면 사라지지만, 그 느낌은 종종 남아 있습니다.)

선형 레일의 하중 지지력, 강성 또는 이동 정밀도가 필요하지 않은 응용 분야의 경우 원형 샤프트 시스템, 일반 베어링 가이드 또는 교차 롤러 슬라이드와 같은 다른 선형 가이드가 적합하고 비용도 저렴할 수 있습니다.