[기계] LM 가이드는 무엇일까? (Feat. 리니어 부시, 볼 스플라인) / LM가이드의 종류

기계쟁이입니다 2020. 5. 19.

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.

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.