〖实例16〗简单直线滑台的设计
〖实例16〗简单直线滑台的设计直线滑台是工业应用里比较广泛的一种典型机构。1. 问题描述想设计一个直线运动机构，负载2Kg，中等速度，往复行程大约120mm，除原点外有3次停留，定位误差0.1mm左右，初步考虑使用步进电机驱动丝杠来完成，有哪些需要注意的地方？另外还有别的更好更便宜的方案吗？
2. 讨论电机+丝杠的组合在直线运动单元中应该是应用最广泛的一种，其原理不用怀疑，但选用何种丝杠却应该考究一下。提问者说，在一些产品的标准件书上看到丝杠分精密滚珠丝杠、压轧滚珠丝杠、30度梯形丝杠三种，但不明白这几种丝杠具体有什么区别，以及其分别应用的场合。
甲回答说，前两种都是滚珠丝杆：最初滚珠丝杆的丝杆体用圆钢切削成型，因切削表面光洁度不够，再用成型砂轮磨出螺旋槽。后来工艺发展，丝杆体可以不再需要切削，直接压轧而成，并且压轧后具有相当的精度尺寸和光洁度，在没有很高精度要求的场合，可以直接使用，于是就有了“压轧滚珠丝杠”这一种类；目前压轧工艺制作的滚珠丝杆体还不能达到很高精度，精密滚珠丝杠还必须采用磨削工艺，滚珠丝杆的螺母螺旋槽和丝杆螺旋槽间置有钢球，把螺母和丝杆间旋合移动从滑动变成了滚动，所以可以高速轻巧动作；30度梯形丝杠是传统的机械结构，普通车床的丝杆就是很好的例子。
乙补充说，方便起见，这次的设计应以滚动直线导轨配合滚珠丝杆为宜；直线运动器件和滚珠丝杆都可以很方便在市场购得，东西小，所费也有限；如果采用滑动导轨和30度梯形丝杠，不会有现成的，恐怕都要设计和逐一加工出来，费时费工，代价也许更高。况且精度要求并不高，一些便宜的丝杠和导轨都可以达到要求。
甲给出了如图16-1的设计方案，并解释说，导轨用了两根表面淬火，磨削后镀硬铬的光杆，配合加长直线轴承，滑块和导轨支架用硬铝块以线切割制作；丝杆用市售普通M12X1.75三角螺纹螺柱改制，螺母用青铜相配，丝杆与支座间用618系列的深沟球轴承支承，51000推力轴承和圆螺母消除轴向间隙；光杆的价格约100元/米，直线轴承几十元一个，轴承几元一个，加上其它，代价不会超过500元，这样的结构，完全可以适应要求的工况并有极长工作寿命。
提问者担心三角螺纹的牙型不规范，且螺距较小，运动起来速度不太理想，甲回应说如果有这样的担心，可以做一根4头的，导程7mm，应该够了，也比较适合步进马达传动。
丙同意甲的观点，牙型在这种轻负荷场合关系不大，为加工方便，仍以普通三角为宜；行程控制应该和用滚珠丝杆一样，差别在滚珠丝杆可以预紧消间隙，而在这里的普通螺纹配合有间隙，正反转有空档。但达到工况所要求的精度不会有问题；即使增加一个消除螺纹配合间隙的结构，也是低代价和容易的；4个位置，两端可以用止位挡块。中间两个只好按计算的步进电机步数了。用步进电机，无反馈，丢步在所难免。每次循环后清零应无大碍。
丙同时提出，这样低的精度要求，使用电机+丝杠的组合怕是浪费了，不若使用气缸驱动更为便宜。二个很便宜的定位气缸定两个位，终点用挡块，起点当然什么也不用了。气缸的总价格不会很高。另一种选择是一种行程125mm的气动滑台，又简洁又便宜，只是定位精度问题需要考虑。使用磁性开关和三位五通阀结合，由磁性开关响应时间不大于0.3毫秒和三位五通阀电磁铁最短励磁时间0.05秒看，虽精度较差，但只要重复性好，也许可用。而带有传感器的精密气缸价格太高。
丁说，若担心精度问题，其实还可以用步进电机驱动固定在工作台上的同步带，使用直线导轨导向，每次回原点清零，定位误差可以确实地控制在0.1mm之内。
3. 结论
因为身处微电子行业，需要设备具有快速响应和运行能力，最终提问者采取了甲的最后一套方案，实际定位精度在±0.02左右，完全满足要求。这套设计因为要求极低，所以把成本放在了第一位，如果精度要求很高的时候，则电机+滚珠丝杠+直线导轨的组合就不能避免了，加上合适的传感器，效果非常好，装配时再调整好平行度和间隙，就可以达到很高的精度。
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案例分析，道长真给力。我们一般用压轧滚珠丝杠，便宜呀。 简单实用的结构，精典的案例分析，通俗易懂的对话讲解，这个值得顶！ 小滑台大学问啊，这里面涉及机构、材料、气动、传感、电磁、伺服步进等知识。 4头的三角螺纹得专门加工吧，成品不好买吧？
我觉得还是梯形丝杠更合适，这个市场上应该比4头的三角螺纹常见的多。 感谢道长，案例分析很好，很实在 案例学习比自己看书研究价值高，谢谢 想问 一个速度也是要考虑进去的，还有一个螺杆寿命 感谢分享。 对各种传动机构的精度不了解咋办 望大师案例可以出的多些快些 很给力