〖實(shí)例16〗簡單直線滑臺的設(shè)計(jì)

鬼魅道長

〖實(shí)例16〗簡單直線滑臺的設(shè)計(jì)

直線滑臺是工業(yè)應(yīng)用里比較廣泛的一種典型機(jī)構(gòu)。

1.    問題描述

想設(shè)計(jì)一個直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，負(fù)載2Kg，中等速度，往復(fù)行程大約120mm，除原點(diǎn)外有3次停留，定位誤差0.1mm左右，初步考慮使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠來完成，有哪些需要注意的地方？另外還有別的更好更便宜的方案嗎？

2.    討論

電機(jī)+絲杠的組合在直線運(yùn)動單元中應(yīng)該是應(yīng)用最廣泛的一種，其原理不用懷疑，但選用何種絲杠卻應(yīng)該考究一下。提問者說，在一些產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)件書上看到絲杠分精密滾珠絲杠、壓軋滾珠絲杠、30度梯形絲杠三種，但不明白這幾種絲杠具體有什么區(qū)別，以及其分別應(yīng)用的場合。

甲回答說，前兩種都是滾珠絲桿：最初滾珠絲桿的絲桿體用圓鋼切削成型，因切削表面光潔度不夠，再用成型砂輪磨出螺旋槽。后來工藝發(fā)展，絲桿體可以不再需要切削，直接壓軋而成，并且壓軋后具有相當(dāng)?shù)木�度尺寸和光潔度，在沒有很高精度要求的場合，可以直接使用，于是就有了“壓軋滾珠絲杠”這一種類；目前壓軋工藝制作的滾珠絲桿體還不能達(dá)到很高精度，精密滾珠絲杠還必須采用磨削工藝，滾珠絲桿的螺母螺旋槽和絲桿螺旋槽間置有鋼球，把螺母和絲桿間旋合移動從滑動變成了滾動，所以可以高速輕巧動作；30度梯形絲杠是傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，普通車床的絲桿就是很好的例子。

乙補(bǔ)充說，方便起見，這次的設(shè)計(jì)應(yīng)以滾動直線導(dǎo)軌配合滾珠絲桿為宜；直線運(yùn)動器件和滾珠絲桿都可以很方便在市場購得，東西小，所費(fèi)也有限；如果采用滑動導(dǎo)軌和30度梯形絲杠，不會有現(xiàn)成的，恐怕都要設(shè)計(jì)和逐一加工出來，費(fèi)時費(fèi)工，代價也許更高。況且精度要求并不高，一些便宜的絲杠和導(dǎo)軌都可以達(dá)到要求。

甲給出了如圖16-1的設(shè)計(jì)方案，并解釋說，導(dǎo)軌用了兩根表面淬火，磨削后鍍硬鉻的光桿，配合加長直線軸承，滑塊和導(dǎo)軌支架用硬鋁塊以線切割制作；絲桿用市售普通M12X1.75三角螺紋螺柱改制，螺母用青銅相配，絲桿與支座間用618系列的深溝球軸承支承，51000推力軸承和圓螺母消除軸向間隙；光桿的價格約100元/米，直線軸承幾十元一個，軸承幾元一個，加上其它，代價不會超過500元，這樣的結(jié)構(gòu)，完全可以適應(yīng)要求的工況并有極長工作壽命。

提問者擔(dān)心三角螺紋的牙型不規(guī)范，且螺距較小，運(yùn)動起來速度不太理想，甲回應(yīng)說如果有這樣的擔(dān)心，可以做一根4頭的，導(dǎo)程7mm，應(yīng)該夠了，也比較適合步進(jìn)馬達(dá)傳動。

丙同意甲的觀點(diǎn)，牙型在這種輕負(fù)荷場合關(guān)系不大，為加工方便，仍以普通三角為宜；行程控制應(yīng)該和用滾珠絲桿一樣，差別在滾珠絲桿可以預(yù)緊消間隙，而在這里的普通螺紋配合有間隙，正反轉(zhuǎn)有空檔。但達(dá)到工況所要求的精度不會有問題；即使增加一個消除螺紋配合間隙的結(jié)構(gòu)，也是低代價和容易的；4個位置，兩端可以用止位擋塊。中間兩個只好按計(jì)算的步進(jìn)電機(jī)步數(shù)了。用步進(jìn)電機(jī)，無反饋，丟步在所難免。每次循環(huán)后清零應(yīng)無大礙。

丙同時提出，這樣低的精度要求，使用電機(jī)+絲杠的組合怕是浪費(fèi)了，不若使用氣缸驅(qū)動更為便宜。二個很便宜的定位氣缸定兩個位，終點(diǎn)用擋塊，起點(diǎn)當(dāng)然什么也不用了。氣缸的總價格不會很高。另一種選擇是一種行程125mm的氣動滑臺，又簡潔又便宜，只是定位精度問題需要考慮。使用磁性開關(guān)和三位五通閥結(jié)合，由磁性開關(guān)響應(yīng)時間不大于0.3毫秒和三位五通閥電磁鐵最短勵磁時間0.05秒看，雖精度較差，但只要重復(fù)性好，也許可用。而帶有傳感器的精密氣缸價格太高。

丁說，若擔(dān)心精度問題，其實(shí)還可以用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動固定在工作臺上的同步帶，使用直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，每次回原點(diǎn)清零，定位誤差可以確實(shí)地控制在0.1mm之內(nèi)。

3.    結(jié)論

因?yàn)樯硖幬㈦娮有袠I(yè)，需要設(shè)備具有快速響應(yīng)和運(yùn)行能力，最終提問者采取了甲的最后一套方案，實(shí)際定位精度在±0.02左右，完全滿足要求。這套設(shè)計(jì)因?yàn)橐�求極低，所以把成本放在了第一位，如果精度要求很高的時候，則電機(jī)+滾珠絲杠+直線導(dǎo)軌的組合就不能避免了，加上合適的傳感器，效果非常好，裝配時再調(diào)整好平行度和間隙，就可以達(dá)到很高的精度。

https://zhuanlan.zhihu.com/c_1051171562501287936

lbbmx

案例分析，道長真給力。我們一般用壓軋滾珠絲杠，便宜呀。

LXK445604

簡單實(shí)用的結(jié)構(gòu)，精典的案例分析，通俗易懂的對話講解，這個值得頂！

peace80

小滑臺大學(xué)問啊，這里面涉及機(jī)構(gòu)、材料、氣動、傳感、電磁、伺服步進(jìn)等知識。

水水5

4頭的三角螺紋得專門加工吧，成品不好買吧？
我覺得還是梯形絲杠更合適，這個市場上應(yīng)該比4頭的三角螺紋常見的多。

925269815

感謝道長，案例分析很好，很實(shí)在

天達(dá)國際

案例學(xué)習(xí)比自己看書研究價值高，謝謝

bruciegao

想問 一個速度也是要考慮進(jìn)去的，還有一個螺桿壽命

風(fēng)雨1998

感謝分享。 對各種傳動機(jī)構(gòu)的精度不了解咋辦

liuyanxue

望大師案例可以出的多些快些 很給力