잠금기구

이 절의 나머지 논의는 정확하고 정밀한 운동제어를 위한 메커니즘과 작동수단에 대해서 살펴보기로 한다. 그런데 물체의 위치가 일단 결정되고 나면, 그 위치에 고정하는 것이 일반적인 요구조건이다. 물체를 필요한 위치로 이동시키고 나면 잠금기구는 하나 또는 그 이상의 방향으로 부품의 움직임을 유발하지 않아야 한다. 위치 조절을 위한 기구학적 클램프와 기구학적 설계원리에 대한 개념은 살펴보았지만, 이 절에서는 더 영구적인 잠금방법에 대해서 살펴보기로 한다. 무엇보다도, 풀림에서 완전 조임까지의 전환을 더 부드럽게 만들기 위해서 볼트와 너트 사이에 스프링 와셔를 삽입한다. 또한 만일 영구조임이 필요하다면, 진동과 열부하로 인하여 풀림이 발생하는 것을 방지하개 위해서 나사잠금용 접착제를 사용할 수도 있다.
 기구의 조절이나 부품의 정렬이 끝난 후에 이를 견고하게 고정해야 하는 경우라면, 설계 과정은 나사 메커니즘을 사용하거나 외장형 기구를 사용하여 부품의 위치를 조절한 다음에 이를 클램핑하는 두 단계로 구분된다. 다음의 절들에서는 위치 조절과 클램핑에 대해서 각각 논의할 예정이다.
 대부분의 기구와 기계의 안내기구들은 위치 조절이 끝난 다음에 이동 플랫폼을 고정하기 위한 잠금기구를 갖추고 있다. 대부분의 공작기계들에서는 나사식 클램프기구를 사용하여 V-슬라이드(또는 도브테일)의 지브막대를 고정한다. 이 방법이 효과적이며 견고한 고정을 구현해주지만, 잠금 작용력이 부품을 변형시키고, 베어링 표면에 큰 힘을 부가한다. 기계의 상태와 지브의 조절에 따라서 다르지면, 이 고정력으로 인하여 클램프는 안내면에 대해서 20~70마이크로미터 수준 또는 그 이상의 상대운동이 발생한다. 이송나사와 너트를 사용하여 많은 안내면들을 이송한다. 지그보링기의 이송용 캐리지에 대한 클램핑 방법이다. 이 경우, 안내면을 직접 고정하는 대신에, 나사의 회전을 방지하기 위한 체결용 너트가 사용되었다. 이 너트는 이송나사와 너트에 축방향 응력을 부가한다. 그런데 이 힘은 체결 계면에 대해서 대칭형태로 작용하므로, 이 위치에 대해서 이동식 캐리지에 연결된 너트를 고정함녀서도 캐리지의 위치에는 단지 수마이크로미터에 불과할 정도로 매우 작은 영향만을 미치게 된다. 
 그림 7.4에 도시되어 있는 클램프는 디스크 브레이크와 마찬가지로, 판의 한쪽 면이 접촉하며, 나사를 이용하여 이를 고정시키는 평행판 형태의 브레이크이다. 이런 형태의 경우 체결력은 안내면과 이송나사에 골고루 분산된다. 판의 양쪽 면들을 누르는 작용은 나사의 이송방향에 대해서 작은 운동만을 유발할 뿐이다. 그런데 브레이크의 목적은 브레이크와 수직한 방향으로의 움직임을 방지하는 것이다. 따라서 브레이크판과 캐리지에 볼트로 체결되어 있는 스트립 사이에는 얇은 맴브레인을 가공해놓는다. 이 맴브레인은 고정방향에 대해서는 비교적 유연하지만 X-방향으로는 매우 견고하다. 마지막으로 이 안내면은 두 개의 V들로 구성되어 있으며, 캐리지와 안내면은 중간 베어링 소재 없이 직접 접촉한다. 기구학적 관점에서 보면 이는 과도구속되어 있으므로 넓은 면적에 대해서 균일한 접촉을 이루도록 만들기 위해서는 안내면에 대한 래핑과 스크래핑을 수행하여야 한다. 넓은 면적을 접촉하게 되면, 안내면의 마모가 균일하게 발생하며, 강성이 유지되만, 유격의 발생을 방지하기 위해서는 주기적으로 지브를 조절해야 한다.
 비교적 작은 변위를 사용하여 위치 조절이나 정렬을 맞추는 경우, 단순 나사를 사용하여 물체의 위치를 조절하는 메커니즘을 설계할 수 있다. 그림 7.5에서는 일직선으로 배치된 겹판형 플랙셔를 기반으로 하는 직선병진운동 스테이지를 보여주고 있다. 여기서, 이동식 플랫폼은 리프스프링 배치에 의해서 안내되며, 서로 마주보는 나사들에 의해서 위치가 조절된다. 플랫폼이 원하는 위치에 근접하게 되면, 두 나사를 조여 위치를 고정한다. 그런데 이 경우, 나사들이 서로 반대방향에서 플랫폼을 밀어버린다. 최종적인 위치에서, 이 나사들의 밀침에 의해서 탄성변형이 초래된다. 체결력이 증가함에 따라서 접촉강성도 함께 증가하며, 미세운동의 조절이 가능해진다. 위치귀환과 약간의 시행착오를 수행한다면, 이런 유형의 플랫폼을 나노미터의 분해능으로 이송 및 고정할 수 있다. 운동의 안내에 플렉셔를 사용하는 방법에 대해서는 논의할 예정이다. 더 미세한 운동제어를 위해서는 플랫폼을 고정하기 위한 세트스크류와 이 세트스크류를 고정하며, 초미세 위치 조절을 수행하는 두 번째 세트스크류를 사용하는 것이 도움이 된다.
 조동-미동 조절방법의 한 가지 형태가 있다. 이 설게에서 레버의 끝단은 원호운동을 수행한다. 조동나사는 피봇하부에 위치하며 표시되어 있는 것처럼 자유단에 대해서  b/a의 유효 지렛대 작용을 통해서 회전 플랫폼의 본체를 밀어낸다. 미동나사는 피봇 상부에서 유연요소에 힘을 가한다. 조동나사의 고강성 표면접촉에 비해서 비교적 큰 비율의 유연요소 변형을 통해서 조동조절이 구현된다. 이것은 연질 스프링과 경질 스프링을 사용한 동작감쇠 레버의 사례이다.
 앞서 언급했던 방법들은 모두 높은 체결력을 사용하여 최종위치를 결정하며, 움직임을 방지하기 위해서 마찰에 의존한다. 이로 인하여 유발되는 높은 잔류응력은 바람직하지 않으며, 장기간 드리프트나 크리프를 유발할 수도 있따. 이에 대한 대안은 낮은 체력력을 사용하여 두 물체 사이의 거리를 조절하는 것이다. 일단 최중위치가 조절되고 나면, 주변공간에 에폭시를 채워 넣어 이들 두 물체 사이의 간극을 고정하는 것이다. 이를 함침이라고 부르며 안정성이 좋은 다양한 함침용 에폭시들이 판매되고 있다. 전형적으로 금속이나 세라믹(유리) 충진재를 에폭시 속에 섞어 넣어 함침용 에폭시들의 치수 안정성을 구현한다.