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항공부품 제조사 납품 사례 — 서보실린더 다축 EtherCAT 구성과 5.5kW 대용량 축 LM-TW095 / LM-TW180
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![[주문제작] 서보전동실린더 파워실린더 LM-TW095 서보모터/스텝](https://godomall.speedycdn.net/0b1d1d5a8242e9f3d9338acf0040007f/goods/1000035286/image/main/1000035286_main_32.jpg)
[주문제작] 서보전동실린더 파워실린더 LM-TW095 서보모터/스텝
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주문제작품/필요하시면 메일로 견적문의
APPLICATION CASE
항공·복합재 설비에 적용한 서보 전동실린더 구성
다축 동기 구동 / 고추력 단축 / EtherCAT·펄스 제어 / 설치 홀 추가 가공 대응
| 납품 제품 LM-TW095B / LM-TW180B | 제어 인터페이스 EtherCAT / 펄스 지령 | 현장 대응 설치 홀 추가 가공 |
왜 항공·복합재 설비에 서보 전동실린더를 적용할까요?
항공기 구조물과 복합재 부품을 생산하거나 시험하는 설비에서는 큰 힘뿐 아니라 위치, 속도, 하중 인가 순서와 반복성이 중요합니다. 공정마다 같은 조건을 재현하고, 필요한 경우 동작 이력을 데이터로 남겨야 하기 때문입니다.
유압 시스템도 서보밸브, 위치센서와 로드셀을 적용하면 정밀한 위치·하중 제어와 데이터 기록이 가능합니다. 다만 유압유닛, 배관, 누유관리와 유지보수가 필요하고 장비 구성이 커질 수 있습니다.
서보 전동실린더는 서보모터의 회전을 볼스크류 또는 롤러스크류의 직선운동으로 변환합니다. 별도의 유압유닛 없이 전기식으로 위치와 속도를 제어할 수 있고, PLC·모션컨트롤러와 통합하기 쉬워 생산설비의 전동화에 적합합니다.
유압 시스템도 서보밸브, 위치센서와 로드셀을 적용하면 정밀한 위치·하중 제어와 데이터 기록이 가능합니다. 다만 유압유닛, 배관, 누유관리와 유지보수가 필요하고 장비 구성이 커질 수 있습니다.
서보 전동실린더는 서보모터의 회전을 볼스크류 또는 롤러스크류의 직선운동으로 변환합니다. 별도의 유압유닛 없이 전기식으로 위치와 속도를 제어할 수 있고, PLC·모션컨트롤러와 통합하기 쉬워 생산설비의 전동화에 적합합니다.
위치 제어와 힘 제어는 구분해야 합니다.
서보 드라이버는 모터전류 또는 토크지령을 이용해 발생 힘을 추정할 수 있지만, 감속기·스크류 효율과 내부 마찰의 영향을 받습니다. 구조시험이나 정밀 가압처럼 실제 하중값의 정확성과 추적성이 중요하다면 로드셀을 설치하고 하중값을 별도로 측정하거나 폐루프 제어해야 합니다.
서보 드라이버는 모터전류 또는 토크지령을 이용해 발생 힘을 추정할 수 있지만, 감속기·스크류 효율과 내부 마찰의 영향을 받습니다. 구조시험이나 정밀 가압처럼 실제 하중값의 정확성과 추적성이 중요하다면 로드셀을 설치하고 하중값을 별도로 측정하거나 폐루프 제어해야 합니다.
대표 적용 1 — 복합재 성형·접합 설비의 다축 동기 가압
넓은 금형이나 판재를 여러 개의 실린더로 누를 때 각 축의 이동량이 다르면 가압판이 기울거나 특정 위치에 하중이 집중될 수 있습니다.
EtherCAT 기반 모션제어를 적용하면 상위 제어기가 각 서보축의 위치정보를 빠른 주기로 수집하고, 여러 축에 동기 지령을 전달할 수 있습니다. 다만 EtherCAT 통신만 적용한다고 자동으로 평행 가압이 완성되는 것은 아닙니다.
EtherCAT 기반 모션제어를 적용하면 상위 제어기가 각 서보축의 위치정보를 빠른 주기로 수집하고, 여러 축에 동기 지령을 전달할 수 있습니다. 다만 EtherCAT 통신만 적용한다고 자동으로 평행 가압이 완성되는 것은 아닙니다.
다축 동기 가압에 함께 필요한 조건
· 축별 엔코더를 이용한 위치 피드백
· 실린더 설치면과 가압판의 기구 정렬
· 프레임과 가압판의 충분한 강성
· 축별 위치오차 감시와 동기오차 제한
· 정밀 하중분배가 필요한 경우 축별 로드셀 또는 하중센서
· 축 하나에 이상이 생겼을 때 전체를 안전하게 정지하는 인터록
· 축별 엔코더를 이용한 위치 피드백
· 실린더 설치면과 가압판의 기구 정렬
· 프레임과 가압판의 충분한 강성
· 축별 위치오차 감시와 동기오차 제한
· 정밀 하중분배가 필요한 경우 축별 로드셀 또는 하중센서
· 축 하나에 이상이 생겼을 때 전체를 안전하게 정지하는 인터록
이번 구성의 LM-TW095B-R10은 스크류 리드가 10mm인 모델입니다. 모터와 실린더 사이에 감속비 1/10의 유성감속기를 적용하면 모터가 10회전할 때 스크류가 1회전합니다.
모터 1회전당 이론 이동량
= 스크류 리드 10mm ÷ 감속비 10 = 1mm
감속기 출력토크
≈ 모터토크 × 감속비 × 감속기 효율
= 스크류 리드 10mm ÷ 감속비 10 = 1mm
감속기 출력토크
≈ 모터토크 × 감속비 × 감속기 효율
따라서 직결 구성보다 이동속도는 약 1/10로 낮아지고, 실린더 입력토크는 감속기 효율을 반영해 약 10배 미만으로 증가합니다. 실제 추력은 스크류 효율과 감속기 효율, 정격허용토크를 반영해 계산해야 합니다.
대표 적용 2 — 구조 시험기의 하중 인가와 기록
압축·굽힘·정하중 시험에서는 시험편에 정해진 속도와 순서로 하중을 인가하고, 시간에 따른 변위와 하중을 기록해야 합니다.
서보 전동실린더는 위치와 속도 프로파일을 프로그램으로 반복 실행할 수 있습니다. 여기에 로드셀과 변위센서를 조합하면 실제 하중·변위 데이터를 취득하고, 시험조건에 따라 위치제어와 하중제어를 전환할 수 있습니다.
시험장비로 사용할 때는 모터토크의 환산값만 기록하는 것보다 교정된 로드셀을 사용하고, 센서의 정확도·샘플링 주기·교정 이력까지 관리하는 것이 적합합니다.
서보 전동실린더는 위치와 속도 프로파일을 프로그램으로 반복 실행할 수 있습니다. 여기에 로드셀과 변위센서를 조합하면 실제 하중·변위 데이터를 취득하고, 시험조건에 따라 위치제어와 하중제어를 전환할 수 있습니다.
시험장비로 사용할 때는 모터토크의 환산값만 기록하는 것보다 교정된 로드셀을 사용하고, 센서의 정확도·샘플링 주기·교정 이력까지 관리하는 것이 적합합니다.
대표 적용 3 — 조립 지그와 구조물 포지셔너
대형 구조물을 들어 올리거나 각도를 맞추는 지그는 필요한 추력뿐 아니라 속도, 스트로크, 정지 위치 유지와 안전성이 중요합니다.
이번 대용량 단축 구성에는 LM-TW180B-R20, 감속비 1/10의 대형 유성감속기와 5.5kW 서보 세트를 적용했습니다. 다만 모터가 5.5kW라는 사실만으로 실제 실린더 추력을 결정할 수는 없습니다.
이번 대용량 단축 구성에는 LM-TW180B-R20, 감속비 1/10의 대형 유성감속기와 5.5kW 서보 세트를 적용했습니다. 다만 모터가 5.5kW라는 사실만으로 실제 실린더 추력을 결정할 수는 없습니다.
대용량 축에서 반드시 확인할 항목
· 실린더의 정격 동적추력과 허용 정적하중
· 모터의 정격·순간토크와 감속기 허용토크
· 스크류 리드와 허용 회전수
· 스트로크 500mm 조건에서의 스크류 좌굴과 임계회전수
· 수직 설치 시 브레이크와 낙하방지 구조
· 로드에 횡하중이나 모멘트가 걸리지 않는 가이드 구조
· 실린더의 정격 동적추력과 허용 정적하중
· 모터의 정격·순간토크와 감속기 허용토크
· 스크류 리드와 허용 회전수
· 스트로크 500mm 조건에서의 스크류 좌굴과 임계회전수
· 수직 설치 시 브레이크와 낙하방지 구조
· 로드에 횡하중이나 모멘트가 걸리지 않는 가이드 구조
실제 허용추력은 실린더와 감속기 중 더 낮은 허용값을 기준으로 정하고, 정격하중과 가감속 시 피크하중을 각각 검토해야 합니다.
대표 적용 4 — 클램핑·압입 공정의 전동화
전동실린더는 유압배관과 유압유닛 없이 위치와 속도 프로파일을 구성할 수 있어 클램핑과 압입 공정의 전동화에 사용할 수 있습니다.
오일 누유 관리와 정기적인 유압유 교환 부담을 줄이고, 설비 제어기에 위치·속도·알람 정보를 통합하기 쉬운 것이 장점입니다. 압입 공정에 로드셀을 조합하면 압입 위치와 하중의 관계를 저장해 품질 판정에도 활용할 수 있습니다.
에너지 사용량은 장비의 운전패턴과 기존 유압유닛의 제어방식에 따라 달라집니다. 전동식은 필요한 동작 구간에 모터를 구동하는 방식이라 대기시간이 긴 공정에서 유리할 수 있지만, 모든 조건에서 소비전력이 크게 줄어든다고 단정할 수는 없습니다.
오일 누유 관리와 정기적인 유압유 교환 부담을 줄이고, 설비 제어기에 위치·속도·알람 정보를 통합하기 쉬운 것이 장점입니다. 압입 공정에 로드셀을 조합하면 압입 위치와 하중의 관계를 저장해 품질 판정에도 활용할 수 있습니다.
에너지 사용량은 장비의 운전패턴과 기존 유압유닛의 제어방식에 따라 달라집니다. 전동식은 필요한 동작 구간에 모터를 구동하는 방식이라 대기시간이 긴 공정에서 유리할 수 있지만, 모든 조건에서 소비전력이 크게 줄어든다고 단정할 수는 없습니다.
실제 납품 구성
항공·우주 및 복합재 엔지니어링 기업의 생산설비에 다음과 같은 서보 전동실린더 구성을 공급했습니다.
| 구분 | 1차 공급 구성 | 2차 공급 구성 |
| 실린더 | LM-TW095B-R10 스트로크 500mm | LM-TW180B-R20 스트로크 500mm |
| 감속기 | 유성감속기 1/10 | 대형 유성감속기 1/10 |
| 서보 세트 | 1.5kW / EtherCAT 인터페이스 | 5.5kW / 펄스지령 인터페이스 |
| 케이블 | 7m | 3m |
※ 위 표는 실제 공급 조합을 정리한 것이며, 각 구성의 허용추력과 운전속도는 실린더·감속기·서보모터의 개별 사양과 고객 설비조건을 종합해 판단해야 합니다.
EtherCAT은 다축용, 펄스는 단축용으로만 나뉘지 않습니다
이번 사례에서는 다축 구성에 EtherCAT, 대용량 단축 구성에 펄스지령 방식을 적용했지만, 이것이 모든 설비에 그대로 적용되는 고정 규칙은 아닙니다.
EtherCAT은 여러 축의 빠른 주기통신과 상태 모니터링, 동기제어에 유리하고, 펄스지령은 기존 PLC 위치결정 모듈과 비교적 단순하게 연결할 수 있다는 장점이 있습니다.
단축 장비에도 EtherCAT을 사용할 수 있고, 여러 축을 펄스방식으로 제어하는 것도 가능합니다. 실제 선택은 상위제어기, 축 수, 요구 동기정밀도, 배선과 유지관리 방식을 기준으로 정해야 합니다.
EtherCAT은 여러 축의 빠른 주기통신과 상태 모니터링, 동기제어에 유리하고, 펄스지령은 기존 PLC 위치결정 모듈과 비교적 단순하게 연결할 수 있다는 장점이 있습니다.
단축 장비에도 EtherCAT을 사용할 수 있고, 여러 축을 펄스방식으로 제어하는 것도 가능합니다. 실제 선택은 상위제어기, 축 수, 요구 동기정밀도, 배선과 유지관리 방식을 기준으로 정해야 합니다.
현장에서 확인된 설치 홀 조건
설비 조립 단계에서 실린더 설치부와 상대측 구조물의 체결 위치가 맞지 않는 상황이 확인됐습니다.
보유하고 있던 실린더 도면과 고객 설비의 설치조건을 대조하고, 추가 홀 가공이 실린더의 강도와 내부부품, 설치면에 영향을 주지 않는 위치인지 확인한 뒤 가공을 진행했습니다. 가공 및 검사를 마친 제품은 이틀 안에 다시 출고했습니다.
설치 홀 추가는 모든 위치에 임의로 적용할 수 있는 작업이 아닙니다. 내부 스크류와 베어링 위치, 하우징 두께, 체결하중과 보증조건을 확인한 뒤 가능 여부를 판단해야 합니다.
보유하고 있던 실린더 도면과 고객 설비의 설치조건을 대조하고, 추가 홀 가공이 실린더의 강도와 내부부품, 설치면에 영향을 주지 않는 위치인지 확인한 뒤 가공을 진행했습니다. 가공 및 검사를 마친 제품은 이틀 안에 다시 출고했습니다.
설치 홀 추가는 모든 위치에 임의로 적용할 수 있는 작업이 아닙니다. 내부 스크류와 베어링 위치, 하우징 두께, 체결하중과 보증조건을 확인한 뒤 가능 여부를 판단해야 합니다.
이 사례에서 확인한 선정 기준
· 카탈로그 최대추력만 보지 말고 정격 동적추력과 실제 듀티를 확인해야 합니다.
· 리드와 감속비는 이동속도·분해능·필요 모터토크를 동시에 바꿉니다.
· 모터 1회전당 이동량은 스크류 리드를 감속비로 나눠 계산할 수 있습니다.
· 정밀 힘 제어와 하중 기록에는 모터토크 추정값보다 로드셀 실측값이 적합합니다.
· EtherCAT 적용만으로 다축 평행가압이 보장되지는 않으며 기구강성과 축별 피드백이 필요합니다.
· 수직축에는 브레이크와 낙하방지 대책을 별도로 검토해야 합니다.
· 설치 홀 변경은 도면과 강도·간섭을 확인한 뒤 진행해야 합니다.
선정 시 알려주시면 좋은 조건
- 필요 추력과 실제 이동 하중
- 목표 속도와 가감속시간
- 필요 스트로크와 시간당 동작 횟수
- 수직·수평·경사 설치 여부
- 위치 반복정밀도와 허용 백래시
- 힘 제어 및 로드셀 적용 필요 여부
- 단축 또는 다축 구성과 동기제어 필요 여부
- 상위제어기와 통신·지령 방식
- 정전 시 위치 유지와 낙하방지 조건
- 설치도면과 허용 외형 크기
비슷한 조건의 전동실린더 축을 검토하고 계신가요?
부하, 속도, 스트로크, 설치 자세와 제어조건을 알려주시면 실린더·감속기·서보모터 조합을 함께 검토해 드립니다. 도면 등재와 사양 근거가 필요한 산업용 설비도 조건에 맞춰 대응합니다.
#서보전동실린더 #서보실린더 #전동실린더 #EtherCAT #다축동기제어 #복합재설비 #항공부품설비 #로드셀 #유압대체 #모션제어
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