대부분의 선형 운동 응용 분야에서는 기존의 벨트 구동식 또는 스크류 구동식 시스템이 잘 작동합니다. 그러나 더 긴 선형 거리가 필요한 경우에는 문제가 발생할 수 있습니다.

긴 직선 이동이 필요한 경우 벨트 구동 시스템이 적합한 선택입니다. 비교적 간단한 이 시스템은 풀리 구동 장치를 사용하여 벨트에 장력을 발생시키고, 빠르게 고속으로 회전시킬 수 있습니다. 그러나 이동 거리가 길어질수록 벨트 처짐 문제가 발생할 수 있습니다. 시스템 전체 길이에 걸쳐 장력을 일정하게 유지하기 어렵기 때문입니다.

또한 고무나 플라스틱 벨트 자체의 유연성 때문에 시스템에 본질적으로 상당한 탄성이 존재합니다. 시스템 전체에 걸친 이러한 유연성은 진동이나 탄성을 유발하여 캐리지에 채찍질과 같은 충격을 줄 수 있습니다. 특정 공정에서 이러한 현상을 감당할 수 없다면 스크류 구동 시스템이 더 나은 선택일 수 있습니다. 스크류 구동 시스템은 고정된 기계 요소를 통해 캐리지를 항상 완벽하게 제어하고 정확한 정지 및 위치 조정을 보장합니다.

스크류 구동 시스템의 또 다른 장점은 안전성입니다. 벨트 구동 시스템은 벨트가 끊어질 가능성이 있어 안전성이 떨어집니다. 벨트 파손은 제어할 수 없는 상황을 초래할 수 있으며, 특히 수직으로 설치되는 경우 하중이 떨어져 기계나 인명 피해를 발생시킬 수 있습니다. 스크류 구동 시스템은 이러한 문제가 없습니다. 설령 벨트가 파손되더라도 스크류 구동 시스템은 하중의 낙하를 막아 안전을 확보합니다.

역사적으로 스크류 구동 시스템의 문제점은 긴 스트로크 길이를 구현하기 어렵다는 것이었습니다. 스크류 구동 시스템은 일반적으로 베어링 블록 쌍을 사용하여 스크류를 지지하고 고속 회전 시 발생하는 흔들림 현상을 방지함으로써 최대 6미터 길이까지 구현할 수 있습니다. 저속에서도 긴 스크류는 자체 무게로 인한 굽힘 현상에 대한 지지가 필요합니다. 이러한 베어링 블록 지지 시스템은 전통적으로 막대나 와이어로 연결된 한 쌍의 블록으로 구성됩니다. 이 블록 쌍은 선형 운동 시스템을 따라 함께 움직입니다.

시스템에 더 긴 스트로크가 필요한 경우, 스크류를 길이 방향으로 일정한 간격으로 지지하기 위해 베어링 블록 쌍을 추가할 수 있습니다. 최대 3쌍 또는 4쌍까지 함께 사용하는 것이 실용적일 수 있지만, 그 이상이 되면 블록 사이의 로드나 와이어를 연결하는 것이 어려워집니다.

더 긴 스트로크

스트로크 길이를 늘리는 데 있어 첫 번째 과제는 더 긴 스크류를 지지할 수 있는 지지점을 더 많이 확보하는 시스템을 구축하는 것입니다. 한 가지 해결책은 블록들을 연결하는 기존의 방식을 없애고, 필요에 따라 블록들이 서로 접혔다가 분리되는 시스템을 사용하는 것입니다. 블록들은 설정된 위치에 도달하면 그 자리에 고정되어 스크류를 안내하고 지지합니다. 이러한 시스템에서는 베어링 블록 쌍을 이용하여 10개, 12개, 심지어 13개까지 지지점을 확보할 수 있습니다. 볼스크류 또는 리드스크류에 이러한 지지 시스템을 적용하면 스크류가 휘거나 흔들리지 않고 긴 거리를 이동할 수 있습니다.

길이가 6미터를 넘으려면 더 긴 나사를 만들어야 합니다. 하지만 원자재 수급의 제약으로 인해 나사는 보통 6미터까지만 생산됩니다. 그렇다면 10미터가 넘는 스트로크 길이는 어떻게 구현할 수 있을까요? 해답은 두 개의 나사를 연결하고 정밀한 제조 기술을 활용하는 데 있습니다.

리드스크류와 볼스크류는 롤링 라인에서 제조되며, 각 부품은 리드 편차가 미세하게 다를 수 있습니다. 따라서 두 부품을 결합하려면 리드 편차의 차이를 극복해야 합니다. 두 스크류를 성공적으로 결합하려면 편차가 최소화된 최고 수준의 정밀도를 가진 볼스크류를 사용해야 합니다. 볼스크류는 정밀 가공되어야 하며, 열이 부품 내부로 전달되어 직경이나 리드 형상이 변형되지 않도록 해야 합니다. 0.01mm 또는 0.001mm 정도의 미세한 편차조차도 최종 시스템에 문제를 일으킬 수 있습니다.

가공 후, 나사는 탭과 구멍을 이용하여 두 리드 사이의 편차를 최소화하면서 결합됩니다. 마지막으로 고강도 접착제를 사용하여 고정합니다. (나사를 용접하면 형상이 다시 변형되어 문제가 발생할 수 있습니다.)

접이식 지지 블록 시스템과 정밀하게 제작된 스크류를 사용하는 스크류 구동 시스템은 10.8미터 이상의 길이로 제작할 수 있습니다. 스트로크 길이가 2~3미터인 시스템은 최대 약 4,000rpm의 회전 속도를 낼 수 있습니다. 일반적으로 시스템 길이가 길어질수록 흔들림을 방지하기 위해 회전 속도를 상당히 낮춰야 합니다. 하지만 추가 지지대를 사용하면 최대 10미터 길이의 스크류 구동 시스템도 4,000rpm으로 작동할 수 있습니다.

장기 적용

긴 스트로크 길이를 가진 스크류 구동 시스템은 정밀한 직선 위치 제어를 위해 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 금속 파이프 및 튜브용 자동 용접 시스템이 좋은 예입니다. 용접 노즐을 긴 이동 거리에 걸쳐 정확하게 위치시키는 것이 필수적입니다. 티타늄과 같은 고품질 소재를 용접하는 경우, 금속의 산화를 방지하기 위해 진공 상태에서 작업이 수행됩니다.

자동차 산업의 많은 응용 분야에서는 긴 이동 거리가 요구됩니다. 예를 들어, 6축 로봇은 용접이나 기계 조작 작업 시 긴 스트로크의 선형 액추에이터에 장착되는 경우가 많습니다. 로봇 팔을 이동시킬 때 속도는 중요한 요소가 아닐 수 있지만, 긴 이동 거리와 매우 정밀한 위치 제어는 필수적입니다.

광케이블 제조는 생산되는 광섬유의 품질을 저하시키지 않고는 중단할 수 없는 고속 연속 공정입니다. 케이블은 대형 릴에 감겨 있는데, 릴 하나가 가득 차면 제품 손실을 최소화하기 위해 신속하게 교체해야 합니다. 따라서 정밀도와 속도는 공정 효율에 매우 중요합니다. 긴 스크류 구동 시스템은 이러한 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 릴의 무거운 하중을 처리할 수 있는 능력까지 제공합니다.

수직 방향으로 무거운 장비를 이동시켜야 하는 모든 응용 분야에서는 선형 스크류의 강성과 안전성이 큰 도움이 됩니다. 예를 들어 항공 산업에서는 고정밀 카메라를 위아래로 움직이는 데 스크류가 사용됩니다. 스크류는 무거운 하중을 안전하고 정확하게 지탱합니다. 이러한 응용 분야에서는 동적 하중 모멘트를 흡수하기 위해 직경이 큰 볼을 사용하는 특수 볼 가이드 시스템이 사용됩니다.

기존 시스템 개선

많은 장거리 선형 운동 응용 분야에서 볼스크류는 완전히 열린 상태로 사용됩니다. 이러한 시스템에는 두 가지 일반적인 문제가 있습니다. 첫째, 시스템이 원하는 속도로 작동할 수 없습니다. 둘째, 열린 스크류에 먼지와 이물질이 달라붙어 볼 너트의 조기 고장을 방지하기 위해 정기적인 청소가 필요하므로 유지 관리가 어렵습니다.

이러한 용도에서 적층형 베어링 블록 구조가 제공하는 추가적인 지지력 덕분에 스크류를 훨씬 더 빠른 속도로 작동시킬 수 있습니다. 밀폐형 시스템을 사용하여 스크류를 보호함으로써 청소 및 신뢰성 문제를 해결하고 유지보수 요구 사항을 크게 줄일 수 있습니다. 밀폐된 스크류는 먼지와 이물질의 유입으로부터 보호되며, 정기적인 청소 없이도 최적의 성능과 신뢰성을 유지할 수 있습니다.

이러한 시스템에서는 캐리지에 드릴로 뚫은 채널을 장착하고 그리스 니플에 연결할 수 있습니다. 이를 통해 케이스를 열지 않고도 한 곳에서 윤활이 가능합니다. 장치를 열 필요가 없기 때문에 먼지나 물이 시스템 내부로 침투할 가능성이 매우 낮습니다. 따라서 가장 오염된 환경에서도 보호됩니다.