3 장 - 메카트로닉스 기계시스템

1. 3장-메카트로닉스 기계시스템 www.samickco.co.kr www.daekhon.co.kr www.wmberg.com www.newport.com 직선운동/이송요소 감속기 및 회전요소 기타 OA 부품들

2. 직선이송 시스템-베어링방식

3. 직선이송 시스템-이송방식

4. 직동시스템(LM가이드) • 다수 볼의 구름접촉에 의해 직선운동을 가이드하는 직선운동 베어링 요소 • 로봇, 공작기계, 반도체 생산기기 등에 사용이 늘고있음 • 고강성, 저마찰, 고정밀 직선운동 보장

5. 정격수명 • LM 가이드의 크기와 유형 선정시 부하용량과 수명 계산  이 값들이 사용조건을 만족하는가를 판단한다. • 직동시스템의 기본정격하중에는 정적 허용한계를 정하는 기본정정격하중 (Co) 과 수명산출에 사용하는 기본동정격하중 (C)으로 2종류가 있다. • 기본정정격하중 Co :직동시스템이 정지 혹은 운동하고 있는 상태에서 과대한 하중을 받거나 큰 충격하중을 받는 경우에 전동면과 전동체와의 사이에 국부적인 영구변형이 발생한다. 기본정정격하중이란 최대응력을 받고 있는 접촉부에서 전동체의 영구변형량과 전동면의 영구변형량의 합이 전동체 직경의 0.0001배가 되는 방향과 크기가 일정한 정지하중을 말한다 • 기본 동정격하중 C :기본동정격하중 (C)라는 것은 1군의 같은 직동시스템을 동일 조건으로 각각 운동 시켰을때 정격수명(L)이 볼을 사용한 직동시스템에서는 L = 50 Km, 로울러를 사용한 경우에는 L = 100 Km 가 되는방향과 크기가 변동하지 않는 하중을 말한다. 기본동정격하중 (C) 는 직동시스템이 하중을 받고서 운동하는 경우의 수명계산에 사용한다. • 직동시스템의 수명 : 직동시스템을 동일조건으로 각각 운동 시켰을때 그 중 90% 가 플레이킹을 일으키지 않고 도달 가능한 총주행거리를말한다. 직동시스템의 정격수명 (L) 은 기본동정격하중(C) 와 부하하중 (P) 로부터 다음의 식으로서 구한다. • 볼을 사용한 직동시스템의 경우 • 롤러를 사용한 직동시스템의 경우 • L : 정격수명(km) • C: 기본동정격하중(N) • P : 부하 하중(N)

6. 마찰계수 • 직동시스템은 전동면 사이에 볼 혹은 로울러 등의 전동체를 삽입시켜 구름운동을 하므로 마찰저항이 미끄럼 안내에 비하여 1/20 ~ 1/40 정도의 값을가진다. 특히 정마찰은 대단히 작고 동마찰과의 차이도 거의 없으므로 스틱 슬립이 발생하지 않는다.따라서 서브 미크론의 이송도 가능하게 된다.직동시스템의 마찰저항은 직동 시스템의 형식, 예압량, 윤활제의 점성저항, 직동시스템에 작용하는 하중 등에 따라서 변화한다.특히 모멘트 하중이 부하되는 경우나 강성을 향상시키기 위하여 예압(Pre Load)을 건 경우에는 마찰저항은 증가한다.

7. 윤활 • 직동 시스템을 사용할 때에는 양호한 윤활을 할 필요가 있다. 무급유 상태에서 사용하게 되면 구름운동부의 마모가 증가 하거나 수명이 단축되는 원인이 될 수 있다, 윤활제로는①각 운동부의 마찰을 작게 하고 눌어붙음을 방지하며 마모를 적게 한다②구름면에 유막을 형성시켜 표면에 작용하는 응력을 완화하고 구름피로수명을 길게 한다③금속표면을 유막으로 덮어 녹 발생을 방지한다.

8. LM 가이드의 종류와 특징

9. 안내구조의 설계

11. LM 가이드의 선정

12. 강성설계 • 레이디얼 클리어런스 : LM레일을 고정하고 LM레일 길이 방향의 중앙부에서 LM블록을 상하로 가볍게 움직였을 때의 LM블록 중앙부에서 레이디얼 방향의 이동량을 말한다. • 예압(Pre Load) : LM블록의 강성을 높이고 클리어런스를 없애는 등의 목적으로서 미리 전동체에 주는 내부 하중을 말한다. -기호 C1, C0

13. 정밀도등급 • LM가이드의 정도는 주행 평행도, 높이·폭의 치수 허용차, 1축으로 여러 개의 LM블록을 사용하는 경우나 동일 평면상에 여러 축을부착하는 경우에 필요로 하는 높이·폭의 페어 상호차를 각 형번마다 규정하고 있다.

14. 기타부속품

15. LM 가이드 선정 계산사례

16. LM 가이드를 사용한 로봇 예

17. 기타 직선 가이드

18. 미니어쳐 가이드/리니어스테이지 www.wmberg.com www.newport.com

19. 스테이지 응용사례 웨이퍼 위치결정 시스템 26자유도 자동얼라이너 웨이퍼 검사용 스테이지

20. 볼나사 • 볼나사는 다양한 용도에 맞게 최적의 제품을 선택할 수 있도록 풍부한 종류가 표준화되어 있다. 볼의 순환방식은 리턴 파이프 타입, 디플렉터 타입, 엔드캡 타입이 있고 예압 방식은 정위치 예압(더블 너트 방식, 옵셋 예압 방식), 정압 예압이 있어 용도에 맞게 적절한 타입을 사용하고 있다. • 나사 축은 고정도로 연삭 가공된 정밀볼나사(정도등급은 C0 ~ C7까지의 6등급)와 고정도의 전조가공으로 성형된 전조볼나사(정도등급은 C7~C10까지의 3등급)이 있다. • 볼나사 주변기기로서 사용상 필요한 지지베어링을 조합한 서포트 유니트, 너트 브라켓, 로크 너트도 표준화되어 있다.

21. 볼나사의 분류

22. 볼나사 주변기기

23. 미니어쳐 리드스크루

24. 볼 스크류 선정 계산사례 • THK 카탈로그 C-20 참조

27. 기어

28. 감속기 • 감속기는 감속 장치의 일종으로써, 일련의 기어 장치와 기계요소인 축, BEARING을 조합하여, CASING 내에 조립된 하나의 감속 장치의 기능을 가지고 있으며, 치차감속 장치의 감속기를 치차 감속기(GEAR REDUCER), 일반적으로 줄여서 감속기(REDUCER)라 부른다 • 치차 감속기는 원동기의 회전력을 정해진 감속비로 감속시켜 피동기에 전달하는 장치로써, 감속기능 외에 동력 전달 장치이면서 회전력(TORQUE)을 감속비 만큼 증폭 시킨다. 이러한 감속기의 종류와 명칭은 형태상, 축의 상대적인 방향성, 취부 방법, 기어의 종류 및 피동기계의 종류 등에 따라 다양한 명칭을 가지고 있다. • 일반 기어의 1단 감속비는 3:1이하 –고감속비 사용의 경우에는 이뿌리원의 간섭현상에 의한 치차 손상 발생 • 종류: (1) 2축이 평행한 경우 : 평치차, 헬리컬치차, 내치차 등.(2) 2축이 한점에서 교차하는 경우 : 베벨치차 등.(3) 2축이 엇갈리는 경우 : 나사치차, 워엄치차 등 • 고감속비 기어 : 유성치차, 워엄치차, 하모닉 드라이브 등 • 주의!! –감속기 설계는 매우 전문적인 분야임. 필요시 감속기 조립체를 구매하여 사용하는 것이 바람직

30. 감속기

31. 벨트/체인

32. 타이밍 벨트 • 일반 V 벨트는 마찰에 의해 동력전달  타이밍 벨트는 물림에 의해 동력전달 • 체인이나 V 벨트에 비해 저가, 저소음, 높은 동력전달 성능 • 정밀도가 높은 동기전동이 가능하여 정밀 제어가 요구되는 로봇, 공작기계, OA/FA 기기 등에 적용 확대 • 피치길이에 따라 표준화 • 다축구동 등을 위하여 다양한 형상이 개발되어 있음

33. 커플링

34. 미니어쳐 베어링

35. 캠기구 • 캠을 이용한 인덱스 드라이브(간헐기구) • 기구가 간소하고 강성이 높으며, 운동의 재현성이 확실하며 동특성이 뛰어나고 제어가 간단 • 단점 : 자유도가 없음 • 종류 : 평행캠, 롤러기어 캠, 인덱스밸브 캠

36. http://www.technologystudent.com/cams/camdex.htm Pear Cam Drop Cam Circular Cam Crank and Slider Quick Return Cam Ratchet Mechanism

37. 링크 기구 자세한 내용은 기구학에서…

38. 연습문제 • 기계적인 정밀도를 보장하면서 회전운동을 직선운동으로 바꾸어주기 위해 다양한 기구들이 고안되었다. 이러한 기구들에 대하여 조사하고 그 응용사례를 살펴본다. • PC용 스캐너에서는 스테핑 모터의 동력을 사용하며, 다양한 기구방식을 사용하여 PSD(광감지소자)를 이송한다. 이 이송기구에 사용된 요소들을 살펴보고 설계도를 스케치하여 본다. • 기어를 사용하여 회전속도를 감속하면 동력은 그에 비례하여 증가하지만 마찰손실이 존재한다. 스퍼기어와 헬리컬 기어 및 베벨 기어의 의 동력전달 원리 및 마찰손실에 대하여 살펴본다. • 유성기어와 하모닉드라이브는 협소한 공간 내에서 최대의 감속비를 얻을 수 있어 매우 효과적인 감속기이다. 그 작동원리를 설명하시오