〖實(shí)例16〗簡(jiǎn)單直線滑臺(tái)的設(shè)計(jì)

鬼魅道長(zhǎng)

〖實(shí)例16〗簡(jiǎn)單直線滑臺(tái)的設(shè)計(jì)

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

1.    問(wèn)題描述

想設(shè)計(jì)一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)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(dòng)絲杠來(lái)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(dòng)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(wèn)者說(shuō)，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(chǎng)合,。

甲回答說(shuō)，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(lái)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(méi)有很高精度要求的場(chǎng)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(dòng)從滑動(dòng)變成了滾動(dòng),，所以可以高速輕巧動(dòng)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(shuō),，方便起見(jiàn)，這次的設(shè)計(jì)應(yīng)以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌配合滾珠絲桿為宜,；直線運(yùn)動(dòng)器件和滾珠絲桿都可以很方便在市場(chǎng)購(gòu)得,，東西小，所費(fèi)也有限,；如果采用滑動(dòng)導(dǎo)軌和30度梯形絲杠,，不會(huì)有現(xiàn)成的，恐怕都要設(shè)計(jì)和逐一加工出來(lái),，費(fèi)時(shí)費(fèi)工,，代價(jià)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(shuō),，導(dǎo)軌用了兩根表面淬火,，磨削后鍍硬鉻的光桿，配合加長(zhǎng)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(jià)格約100元/米,，直線軸承幾十元一個(gè),，軸承幾元一個(gè),，加上其它，代價(jià)不會(huì)超過(guò)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(zhǎng)工作壽命。

提問(wèn)者擔(dān)心三角螺紋的牙型不規(guī)范,，且螺距較小,，運(yùn)動(dòng)起來(lái)速度不太理想，甲回應(yīng)說(shuō)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(dòng),。

丙同意甲的觀點(diǎn)，牙型在這種輕負(fù)荷場(chǎng)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(huì)有問(wèn)題；即使增加一個(gè)消除螺紋配合間隙的結(jié)構(gòu),，也是低代價(jià)和容易的,；4個(gè)位置，兩端可以用止位擋塊,。中間兩個(gè)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(wú)反饋,，丟步在所難免,。每次循環(huán)后清零應(yīng)無(wú)大礙。

丙同時(shí)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(dòng)更為便宜,。二個(gè)很便宜的定位氣缸定兩個(gè)位,，終點(diǎn)用擋塊，起點(diǎn)當(dāng)然什么也不用了,。氣缸的總價(jià)格不會(huì)很高,。另一種選擇是一種行程125mm的氣動(dòng)滑臺(tái),，又簡(jiǎn)潔又便宜，只是定位精度問(wèn)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(shí)間不大于0.3毫秒和三位五通閥電磁鐵最短勵(lì)磁時(shí)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(jià)格太高,。

丁說(shuō),，若擔(dān)心精度問(wèn)題，其實(shí)還可以用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)固定在工作臺(tái)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(wèn)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(shí)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(shí)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(zhǎng)真給力,。我們一般用壓軋滾珠絲杠,，便宜呀。

LXK445604

簡(jiǎn)單實(shí)用的結(jié)構(gòu),，精典的案例分析,，通俗易懂的對(duì)話講解，這個(gè)值得頂,！

peace80

小滑臺(tái)大學(xué)問(wèn)啊,，這里面涉及機(jī)構(gòu)、材料,、氣動(dòng),、傳感、電磁,、伺服步進(jìn)等知識(shí),。

水水5

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

925269815

感謝道長(zhǎng),，案例分析很好,，很實(shí)在

天達(dá)國(guó)際

案例學(xué)習(xí)比自己看書研究?jī)r(jià)值高，謝謝

bruciegao

想問(wèn) 一個(gè)速度也是要考慮進(jìn)去的,，還有一個(gè)螺桿壽命

風(fēng)雨1998

感謝分享,。 對(duì)各種傳動(dòng)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