캐리지 유연성을 고려한 LM 볼가이드 수직강성에 관한 연구

Abstract

LM (Linear Motion) 볼가이드는 고정된 레일과 움직이는 캐리지 사이 삽입된 볼이 순환하는 구조로 되어있어 낮은 마찰 특성과 높은 정밀도를 가지는 직선운동 요소이다. 이러한 특성 때문에 LM볼가이드는 반도체 장비 및 공장기계 등 정밀 기계 산업 분야에 널리 사용된다. 정밀기계의 높은 정밀도를 보장하기 위해 기계 설계 단계에서 LM 볼가이드의 정확한 특성을 반영한 설계가 필요하며 LM볼가이드의 정확한 강성 해석 모델이 필요하다. 본 연구에서는 캐리지의 유연성을 고려해 LM 볼가이드의 강성 특성을 예측할 수 있는 모델을 제안한다. 이를 위해 캐리지를 하나의 보로 가정하고 볼의 접촉부를 지지점으로 사용해 보의 처짐을 계산하고 접촉각 변화를 고려한 유연체 모델을 제시하고 강체 모델과 비교한다. 또한, 모델의 타당성을 위해 LM 볼가이드 수직 정강성 측정 실험장비를 이용해 실험을 진행하고 획득한 데이터에 포함된 불필요한 수평 및 회전 에러를 제거하기 위해 동차변환행렬 (Homogeneous Transform matrix)을 사용해 오차분리 (Error separation)를 수행한다. 제안한 모델과 실험의 결과를 유한요소해석 (finite element analysis, FEA) 모델을 사용한 강성 해석과 비교해 타당성을 검증한다.|LM (Linear Motion) Ball Guide is a linear motion element with low friction characteristics and high precision as the ball inserted between the fixed rail and the moving carriage circulates. Because of these characteristics, the LM Ball Guide is widely used in the precision machinery industry such as semiconductor equipment and factory machinery. In order to ensure the high precision of precision machines, a design that reflects the precise characteristics of the LM Ball Guide in the machine design stage is required, and an accurate rigidity analysis model of the LM Ball Guide is required. In this study, we propose a model that can predict the stiffness characteristics of an LM Ball Guide considering the flexibility of the carriage. To this end, assuming that the carriage is a single beam, the deflection of the beam is calculated using the contact part of the ball as a support point, and a flexible body model considering the contact angle change is presented and compared with the rigid model. In addition, for the validity of the model, the experiment was conducted using the LM ball guide vertical stiffness measurement experimental equipment, and in order to remove unnecessary horizontal and rotational errors included in the acquired data, the error separation (Homogeneous Transform matrix) was used. error separation). The validity of the proposed model and experimental results are compared with the stiffness analysis using the finite element analysis (FEA) model to verify the validity