〖實例16〗簡單直線滑臺的設(shè)計

鬼魅道長

〖實例16〗簡單直線滑臺的設(shè)計

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

1.    問題描述

想設(shè)計一個直線運動機構(gòu),，負載2Kg,，中等速度,，往復行程大約120mm,，除原點外有3次停留，定位誤差0.1mm左右,，初步考慮使用步進電機驅(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+絲杠的組合在直線運動單元中應(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)品的標準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?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)的機械結(jié)構(gòu)，普通車床的絲桿就是很好的例子,。

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

甲給出了如圖16-1的設(shè)計方案，并解釋說,，導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。

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

丙同意甲的觀點，牙型在這種輕負荷場合關(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。中間兩個只好按計算的步進電機步數(shù)了,。用步進電機,，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+絲杠的組合怕是浪費了，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,，終點用擋塊,，起點當然什么也不用了。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,，若擔心精度問題，其實還可以用步進電機驅(qū)動固定在工作臺上的同步帶,，使用直線導軌導向,，每次回原點清零，定位誤差可以確實地控制在0.1mm之內(nèi),。

3.    結(jié)論

因為身處微電子行業(yè),，需要設(shè)備具有快速響應(yīng)和運行能力，最終提問者采取了甲的最后一套方案,，實際定位精度在±0.02左右,，完全滿足要求。這套設(shè)計因為要求極低,，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+滾珠絲杠+直線導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

小滑臺大學問啊,，這里面涉及機構(gòu)、材料,、氣動,、傳感、電磁,、伺服步進等知識,。

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,，很實在

天達國際

案例學習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去的，還有一個螺桿壽命

風雨1998

感謝分享,。 對各種傳動機構(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