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关于简单直线滑台机构设计的讨论
发布时间:2018-11-10 10:02:16
直线滑台在工业自动化里面应用的比较广泛,同时也是比较简单和典型的传动结构,只要是涉及到自动化的人都多多少少了解到。
 
1. 问题描述
设计一个直线运动机构,负载2Kg,速度1m/s左右,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+丝杆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,但选用何种丝杆却应该考究一下。提问者说,在一些产品的标准件书上看到丝杆分精密滚珠丝杆、压轧滚珠丝杆、30度梯形丝杆三种,但不明白这3种丝杆具体有什么区别,以及其分别应用的场合。
 
甲回答: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:方便起见,这次的设计应以滚动直线导轨配合滚珠丝杆是不错的选择;目前国产滚珠丝杆和滚珠直线导轨价比较便宜,质量和精度相对国外的也比较成熟。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,成本也低;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,耗时间也耗人工,成本也许更高,而且精度并不高,一些便宜的丝杠和导轨都可以达到要求。
 
直线模组机构
直线滑台机构
 
甲给出了如图设计方案,并解释说,导轨用了两根表面淬火,磨削后镀硬铬的光轴,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;光轴的价格约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400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、简单的;4个位置,两端可以用止位优力胶。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
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。
 
广东北田智能科技有限公司专业研发和生产直线滑台传动产品,官网:www.ihsor.com.tw。有不懂的欢迎咨询~未必没有合作的机会 。
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