리니어 모션 기술
열 안정성
Schwäbische Werkzeugmaschinen(SW)은 고정밀 공작물 가공을 새로운 차원으로 끌어올려 공간과 비용을 모두 절약합니다. 어떤 방식으로 구현될까요? Bosch Rexroth의 새로운 TCRS 온도 제어 옵션을 사용하면 가능합니다. 이 옵션은 리니어 가이드에 직접 통합되어 추가 구성 요소가 필요하지 않습니다.
SSW의 BA W06 및 BA W08은 시장에서 가장 빠른 가공 센터 중 하나입니다. 항공기 및 차량 부품, 배터리 하우징과 같은 고정밀 알루미늄 합금 부품을 순식간에 생산할 수 있습니다. 모노블록 박스 인 박스 설계의 3축 유닛, 메인 가공과 동시에 적재 및 하역이 가능한 회전식 고정 장치 캐리어 등 검증된 설계로 최소 사이클 타임을 구현합니다. 이를 통해 SW는 경량 설계로 기계 강성을 확보하고 비생산 시간을 최소화합니다.
당면 과제: 높은 열 입력, 낮은 질량
고성능 리니어 모터로 3축 고속 위치 결정을 수행합니다. 그러나 이로 인해 상당한 폐열이 발생하며, 이를 기계에서 제거해야 합니다. "박스 인 박스 설계의 얇은 용접 구조로 무게를 최적화한 3축 유닛은 열을 거의 흡수하지 못하기 때문에 효율적인 열 균형이 매우 중요합니다." 라고 SW 개발 책임자 마르쿠스 믹스너(Marcus Mixner)는 설명합니다. "온도 제어가 없다면 리니어 모터의 동적 출력이 열 변형을 빠르게 유발할 것입니다."
솔루션: 리니어 가이드를 통한 열 방출
SW는 위치 정확도를 지속적으로 향상시키기 위해 기존 정밀 냉각 회로를 통한 열 안정성 개선에 수년간 집중해 왔습니다. "정밀 가공에서 열 정확도는 핵심 경쟁 우위 요소입니다" 라고 믹스너는 말합니다. "작업 공간에 진입하는 Z 캐리지에 대한 초기 시험 및 최적화를 거친 후, 현재는 X 캐리지 및 Z 캐리지를 지지하는 수직 메인 축의 가이드 온도 제어에 집중하고 있습니다."
경제적이면서도 공간을 차지하지 않는 구현을 위한 결정적인 해결책은 오랜 리니어 모션 기술 파트너인 Bosch Rexroth에서 내놓았습니다. 바로, 특허 받은 열 보상 레일 시스템(Thermo Compensating Rail System, TCRS) 이 선택한 롤러 또는 볼 레일 시스템 에 온도 제어 기능을 옵션 기능으로 직접 통합하는 것입니다. 원리는 간단하지만 효과적입니다. TCRS 옵션 적용 시 가이드 레일 하단에 두 개의 홈이 제공되며, 여기에 표준 파이프를 장착하여 기계의 냉각 회로와 연결합니다. 리니어 가이드로부터의 직접적인 열 방출로 열적 영향을 쉽게 보상할 수 있어 공정 중 치수 변동을 줄이고 불량률을 낮출 수 있으며, 재료 절약과 사이클 타임 추가 단축이 가능합니다.
검증된 협업을 통해 기존 기계 대비 열 정확도를 2배 향상시켜 새로운 글로벌 기준을 수립했습니다.
Marcus Mixner(마르쿠스 믹스너)
SW 개발 책임자
설계 및 조립 비용 절감
추가 설치 공간 없이 온도를 제어하는 이 옵션이 없었다면, 냉각 핀 등의 추가 부품이 필요하여 설계와 조립이 훨씬 복잡해졌을 것입니다. Bosch Rexroth의 통합 솔루션은 배관 외에는 별도 작업이 필요하지 않으며, 기계 베드에 대한 작업도 불필요하므로 SW는 최소한의 건설 및 운영 비용으로 열 보상을 실현할 수 있습니다. TCRS 가이드 레일은 표준 버전과 치수가 동일하므로 추가 설계 및 조립 작업이 최소화됩니다. 설치 역시 평소처럼 간단하며, 클립온 커버 스트립과 같은 Rexroth 특유의 기능으로 추가 시간을 절약할 수 있습니다.
온도 제어 기능이 통합된 RSHP 롤러 레일 시스템: 열 보상 레일 시스템(TCRS)은 마찰 및 리니어 모터로 인해 발생하는 손실 열을 삽입된 배관을 통해 리니어 가이드에서 직접 방출합니다. 추가 공간이 필요 없는 이 경제적인 솔루션 덕분에 더욱 정밀하고 안정적이며 효율적으로 생산할 수 있습니다. (이미지: Bosch Rexroth)
최대 정밀도: SW BA W08 머시닝 센터에서 열적 안정성을 확보하여 제조된 기어 하우징. (이미지 출처: SW)
궁극의 정밀도
Bosch Rexroth의 온도 제어 가이드 레일을 장착한 두 머시닝 센터는 스마트한 열 관리로 다양한 응용 분야에서 요구되는 높은 정밀도를 달성합니다. 공작물과 공정에 관계없이, 통합 냉각 라인이 메인 축의 롤러 레일 시스템에서 발생하는 손실 에너지를 배출합니다. 이러한 안정화된 온도 수준 덕분에 BA W06 및 BA W08 머시닝 센터는 ISO 230-2에 따라 주축에서 0.006mm 미만의 뛰어난 위치 정확도 A(X/Y/Z)와 0.004mm 미만의 반복 정확도 R을 달성합니다.
소량 배치로 고품질 부품을 대량 생산
마르쿠스 믹스너(Marcus Mixner)는 양품 생산 속도 향상도 주요 고객 이점으로 꼽으며, "시장은 소량 배치 생산 기계를 점점 더 요구하고 있습니다. 따라서 우리는 시간 상수를 가능한 한 짧게 유지해야 합니다."고 말합니다. 이를 위해서는 열적 안정성이 필수적입니다. 2년간 수집한 측정 데이터를 바탕으로 SW는 고속 작동 중 발생하는 온도 피크를 "냉각 제거"하는 복잡한 냉각수 온도 제어 시스템을 개발하는 데 성공했습니다. 이를 통해 전체 공정에서 불량률을 최소화할 수 있게 되었습니다. "BA W06 및 BA W08 머시닝 센터의 시장 출시 이후 현장으로부터 긍정적인 피드백만 받고 있습니다." 라고 믹스너는 보고합니다.
지속적인 혁신
통합 온도 제어 솔루션을 통해 SW는 변화하는 시장 요구 사항을 지속적으로 충족하는 능력을 다시 한번 입증했습니다. Bosch Rexroth와의 파트너십은 RSHP 롤러 레일 시스템 도입과 같은 사례를 통해 이미 과거에도 이러한 측면에서 중요한 역할을 해왔습니다. 이 볼 런너 블록은 특허받은 런인 존을 통해 롤링 요소에 힘을 점진적으로 전달하여 저펄스 운동을 구현합니다. 새로운 TCRS 가이드 레일과 결합함으로써 SW 고객은 품질과 성능 향상의 혜택을 다시 한번 누릴 수 있습니다.
믹스너가 보기에 유연한 온도 제어 옵션은 잠재력을 막대합니다. 믹스너는 "우리는 이미 추가 응용 분야를 연구 중"이라고 밝혔습니다. "또한 공작기계 및 자동화 분야에서 Bosch Rexroth의 맞춤형 조언과 전문성을 높이 평가합니다."라고 말했습니다. 믹스너는 특히 추가 공간 없이 가이드 레일에 측정 기능을 통합할 수 있다는 점에 관심을 보입니다. Bosch Rexroth는 바로 이러한 목적을 위해 IMS 통합 측정 시스템을 제공합니다.
"특히 현재의 시장 상황에서, Bosch Rexroth와 같은 혁신적인 솔루션과 경험 많은 파트너는 기술적, 경제적 측면 모두에서 경쟁력을 유지하는 데 매우 중요합니다."라며, "검증되고 개방적인 협업을 통해 기존 기계 대비 열 정확도를 두 배로 향상시켜 국제적으로 새로운 기준을 세우는 데 성공했습니다."
라고 덧붙입니다.어떤 과제에 직면해 있나요?
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글쓴이: Klaus Mandau
직책: Bosch Rexroth AG의 리니어 모션 기술 영업, Account Development Manager