리니어 가이드란?
리니어 가이드는 직선 운동의 마찰을 줄여 부품을 안내하는 기계 요소로, JIS 용어로는 ‘볼[롤러] 순환 리니어 베어링'(영어: recirculating ball [roller] linear bearing), 공작기계공업회에서는 ‘리니어 가이드웨이’라고 부르고 있습니다. THK주식회사에서는 LM 가이드(Linear Motion Guide)라고 부르며, 등록 상표로 등록되어 있습니다.
마찰을 줄이기 위해 일반적으로 금속 볼을 사용합니다. 롤러나 고기능성 엔지니어링 플라스틱을 사용하는 것도 있습니다. 볼은 반송대와 직선 레일 사이를 회전하며 무게를 지탱하면서 레일 위를 이동한다. 볼은 반송대 안에서 순환할 수 있도록 되어 있습니다.
리니어 가이드는 작은 힘으로 부드럽게 움직일 수 있습니다. 정밀 가공된 가이드 레일과 볼은 덜컹거림이 적고, 볼의 회전이 정확하게 반송대 이동에 전달되어 높은 위치 결정 정밀도를 얻을 수 있습니다. 리니어 가이드 자체에는 추진력이 없기 때문에 반송대를 원하는 방향으로 이동시키기 위해 볼스크류나 실린더 등의 기구와 조합하여 사용합니다.
리니어 가이드의 사용 용도
리니어가이드는 정확한 직동안내가 필요한 곳에 사용됩니다. 공작기계 등의 테이블, 반송장치, 검사기, 로봇 등에 사용됩니다. 또한, 목재 가공기, 건설기계, 자동화 기계 등에도 사용되고 있습니다. 직선 운동부의 롤러화는 메카트로닉스 기기의 고정밀화, 고속화, 노동력 절감 등 기계 성능을 향상시키고 있습니다.
액정 제조라인, 철도차량, 복지차량, 의료용 기기, 고층빌딩 및 주택의 면진제진장치, 놀이기구, 드론, 프린터 등에도 사용이 확대되고 있습니다. 정확한 직선 운동이 필요한 경우에는 2개의 가이드 레일을 사용합니다. 그리고 리니어 가이드의 설치면은 정밀하게 가공되어 있어야 합니다.
리니어 가이드의 원리
리니어 가이드는 가이드 레일, 반송대 블록, 볼 및 볼 리테이너, 리턴캡 등으로 구성됩니다. 구조부재에 장착된 가이드 레일 위를 반송대 블록이 볼에 의한 구르는 운동으로 이동합니다.
가이드 레일의 구름면에 볼의 직경과 유사한 R자형 홈을 설치합니다. 구름면과 볼의 접촉이 점접촉에서 면접촉에 가까워져 허용하중과 수명이 크게 향상됩니다. 여러 줄로 볼을 받는 구조로 급격한 가감속 시 모멘트 하중이나 장시간 연속 운전 등 가혹한 가동 조건에서도 정밀도를 유지할 수 있습니다.
가동 시 볼이 굴러가면서 볼 사이의 거리가 변화하여 가동에 불균형이 생기는 것을 방지해야 합니다. 이를 위해 리테이너를 설치하여 볼 간 거리를 일정하게 유지하면서 가동할 수 있도록 하였습니다. 리니어 가이드에는 볼과 가이드 레일의 정밀도에 따라 등급이 나뉘어져 있습니다.
정확도 등급이 높아질수록 사용 환경이 제한되므로 사용 시 하중을 계산하여 정격 수명을 고려하여 사용해야 합니다. 가이드 레일의 볼이 굴러가는 홈의 형태가 오프셋 고딕 아치형 홈인 것도 있습니다. 정적 하중 용량이 높은 장점이 있습니다.
리니어 가이드의 종류
리니어 가이드에는 ‘미니어처 타입’과 ‘중/중하중 타입’ 등이 있습니다.
1. 미니어처 타입
가이드 레일의 궤도면과 4점에서 접촉하는 볼을 2열로 배치한 타입입니다. 특별히 큰 하중이 걸리지 않는 상황에서 사용됩니다.
2. 중/중하중 타입
가이드 레일의 궤도면과 2점 접촉하는 볼을 4조 열로 배치한 타입입니다. 중절삭을 하는 공작기계 등에 사용됩니다. 볼이 회전하는 홈을 가이드 레일에 설치하여 허용 하중이 커집니다.
3. 기타 타입
볼을 사용하지 않는 타입도 있습니다. 롤러, 고기능성 엔지니어링 플라스틱, 오일리스 메탈 등이 슬라이딩부에 사용됩니다. 볼 방식에 비해 내하중이 크고, 먼지 등 이물질 환경에 강하다는 특징이 있습니다. 단점은 마찰력이 크다는 점입니다.
또한, 직선 레일 외에도 크로스 가이드, R 가이드 등의 종류가 있습니다. 또한, 고강성을 필요로 하지 않는 경우에는 스테인리스 강판을 U자형으로 정밀 성형하여 궤도부와 설치면을 일체화한 소형, 경량, 저가격의 정밀 볼 슬라이드가 있습니다.
리니어 가이드의 기타 정보
리니어 가이드의 특징
순환 볼 타입의 리니어 가이드는 높은 강성, 긴 수명, 높은 정밀도, 조용하고 부드러운 작동, 우수한 진동 특성 등의 특징을 가지고 있습니다. 볼을 사용하지 않는 슬라이딩 방식의 리니어 가이드는 볼 방식에 비해 최대 40% 정도 저렴합니다. 유지보수가 필요 없고, 윤활유가 필요 없으며, 분진이나 습기에 강하고, 내식성이 우수하고, 위생적이며, 저소음, 경량화 등의 장점이 있습니다.