전기와 공압

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에너지

기계는 스스로 움직이지 않는다. 부품은 기계를 움직이게 하는 요소 일 뿐이며, 에너지가 공급이 되어야 비로소 움직이게 된다.

이 에너지로 사용되는 것이 전기와 공압이며, 기계설비는 공장의 유틸리티를 통해 전기와 공압을 공급받게 된다. 보통 설비를 셋업 할 때 자리를 잡고 나서 제일 먼저 하는 일이 이 전기와 공압을 연결하는 일이다.

전기 에너지와 압력 에너지를 우리가 원하는 운동 에너지로 변환 시켜주는 부품이 있는데 이것이 각각 모터와 실린더이다. 전기는 모터에 공급하고, 공압은 실린더에 공급하게 된다.

모터 (전기에너지 사용)

여담이지만(기록으로 남겨 두기 위해서) 현역 때는 미쯔비시나 야스카와 모터를 주력으로 사용했고, 50w, 100 나 200w 급을 많이 사용했다. 직교 로봇에서는 750w 급까지 써본 기억이 난다. 스트로크 길이를 2000mm 이상 제작해야 할 일이 있어서 주문 제작 했었다.

전기 에너지를 사용하는 것 중에 펌프류도 있으나 범위가 너무 넓어져서 여기서는 모터까지만 다루는 게 좋겠다. 또 AC모터, 서보모터, 스텝모터, 초소형 모터냐에 따라 주변 부품 구성이 달라지는데 기계설계에서 기본적으로 들어가는 서보모터를 기준으로 글을 이어 가도록 하겠다.

전기는 정격 용량에 따라 많은 에너지가 공급이 가능하다. 이 말은 무거운 물체를 들어올리거나, 빠른 속도로 움직이게 할 때 아주 적합하다는 뜻이다. 또 서보모터의 경우 모터 드라이버와 함께 사용하여 아주 정밀하게 컨트롤 할 수 있다.

반면에 단점은 설치 공간과 다수의 부품을 필요로 한다. 모터는 회전체이기 때문에 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 주는 기계 부품들이 필요하다. 볼 스크류나 타이밍 벨트 풀리와 같은 부품들을 사용한다.

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[볼 스크류] 정밀하다고 알려진 THK(삼익)를 많이 사용했었다.

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[타이밍 벨트]

볼 스크류의 경우 정밀도나 강성을 보강하기 위해서 LM 가이드(정밀도 향상)나 부시(강성)를 같이 사용하기도 한다.

또 모터의 움직임을 제어하기 위해 모터 드라이버도 필요하게 되는데, PLC 슬롯의 자리까지 차지하게 되므로 전기패널의 레이아웃까지 여러모로 고려해야 할 사항이 많아 진다.

공압기기 (압력 에너지 사용)

실린더는 압력 에너지를 사용해서 직진 운동을 하는 부품이다.

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실린더는 비용적인 측면에서 모터보다 훨씬 유리하다. 조립되어 나오기 때문에 설계 비용이나 조립비용이 들지 않는다. 또 공간을 적게 차지하기 때문에 설계하기도 훨씬 쉬워진다.

따라서 정밀한 위치 제어가 필요없고, A와 B 위치 사이의 왕복 운동을 고려한다면 실린더를 우선적으로 고려한다.

실린더 메이커는 SMC를 많이 사용했었는데, 처음 설계할 때만 해도 품번을 보고 피팅 품번 까지 찾아서 발주를 넣어야 해서 조금 짜증이 날때가 있었다. 현장에서 그냥 찾아서 조립해도 되지만, 혹시나 없으면..

설계를 그만 두기 전에는 Tool에서 해당 실린더의 피팅까지 자동 옵션으로 선택할 수 있게 해주는 기능이 있었던 걸로 기억한다.

다른 메이커로는 Festo와 국산 메이커가 여럿 있었던 걸로 기억한다.

공압실린더라고 해도 사실 공압만 들어가는 것은 아니다. 실린더가 전진했는지 후진했는지 상태를 알아야만 프로그래밍을 할 수 있기 때문에 실린더에 마그네틱 센서를 달아야 한다.

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마무리