一般來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)精確線性定位的一個(gè)常用方法是將電機(jī)（旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）和滑動(dòng)絲桿副配對(duì)制成一套線性定位系統(tǒng)。基于該線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可構(gòu)建許多與之相關(guān)的不同結(jié)構(gòu)。這里我們將討論幾種不同的方法，通過(guò)滑動(dòng)絲桿副和步進(jìn)電機(jī)創(chuàng)建線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)是運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中的常用選項(xiàng)，因?yàn)椴僮髡_的話，它是不需要位置反饋就可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的經(jīng)濟(jì)解決方案。　　直線步進(jìn)電機(jī)有三種常用類型，分別是外部驅(qū)動(dòng)式、貫通軸式和固定軸式。　　一，外部驅(qū)動(dòng)式 見圖1

　　圖1，外部驅(qū)動(dòng)式直線步進(jìn)電機(jī)，57000步進(jìn)電機(jī)

　　該結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的方法是將絲桿副直接作為電機(jī)軸。螺桿上的螺母必須限制旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，該類型直線步進(jìn)電機(jī)通常被稱為外部驅(qū)動(dòng)式。　　行程是一個(gè)重要考慮因素，在60~500mm行程的線性滑動(dòng)系統(tǒng)中一般選擇外部驅(qū)動(dòng)式電機(jī)。這種情況下，線性滑塊和螺母連接以防止螺母旋轉(zhuǎn)，同時(shí)支撐負(fù)載，保證螺母不受潛在的側(cè)向力影響。常用的導(dǎo)軌有線性滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠導(dǎo)軌兩種，下圖展示了不同類型的導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

　　圖2 滑動(dòng)組件線性導(dǎo)軌，RGS06+57000步進(jìn)電機(jī)

　　圖3 循環(huán)滾珠導(dǎo)軌，BGS06+57000步進(jìn)電機(jī)

　　長(zhǎng)絲桿確實(shí)會(huì)帶來(lái)一些風(fēng)險(xiǎn)，最大的風(fēng)險(xiǎn)是在行程中的某些位置執(zhí)行器和絲桿會(huì)產(chǎn)生共振，這不會(huì)影響性能但會(huì)導(dǎo)致明顯的噪音。在某些極端情況下，噪音或振動(dòng)大到使電機(jī)失步從而導(dǎo)致位置偏差。采用細(xì)分，設(shè)置加減速等驅(qū)動(dòng)技術(shù)可降低噪音，同時(shí)在設(shè)計(jì)上采用螺桿端部加軸承支撐的方案也有助于降低噪音。　　電機(jī)和負(fù)載的安裝也需要重點(diǎn)關(guān)注。如果電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)線性模組，將電機(jī)安裝于模組的一側(cè)不僅有利于接線方便以及螺母和滑塊在導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而且也利于平臺(tái)高度的最小化。如果采用貫通式結(jié)構(gòu)，則需要考慮電機(jī)的寬度是否可以接受，導(dǎo)軌的滑塊高度是否會(huì)太高，因?yàn)楝F(xiàn)代工業(yè)的設(shè)計(jì)一直在尋求尺寸微型化的理念.　　二，貫通軸直線步進(jìn)電機(jī) 見圖4

　　圖4 57000貫通軸直線步進(jìn)電機(jī)

　　將螺母內(nèi)置與電機(jī)中，絲桿可穿過(guò)電機(jī)作線性運(yùn)動(dòng)。該設(shè)計(jì)中絲桿需限制轉(zhuǎn)動(dòng)以產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)。　　貫通軸（絲桿貫穿）電機(jī)通常的應(yīng)用行程是30-200mm，對(duì)比外部驅(qū)動(dòng)軸式電機(jī)，貫通軸電機(jī)的優(yōu)勢(shì)是允許更大的安裝同軸度誤差。線性模組的絲桿和螺母如果與導(dǎo)軌平行度不好，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)問(wèn)題產(chǎn)生，盡管螺母允許一定徑向間隙，但對(duì)于整個(gè)模組來(lái)說(shuō)，是不夠的；貫通軸式電機(jī)的螺母徑向間隙可以允許絲桿的傾斜度1゜以內(nèi)，可以容忍更大的系統(tǒng)誤差。　　另一個(gè)只有貫通軸電機(jī)能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用是將電機(jī)作為滑動(dòng)部件，與導(dǎo)軌滑塊連接，絲桿兩端固定。該應(yīng)用的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是絲桿不做旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此沒有臨界速度的限制；第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在同一根絲桿上可安裝多個(gè)電機(jī)，電機(jī)不能互相“通過(guò)”，但是其運(yùn)動(dòng)是互相獨(dú)立的。　　如上文所指貫通軸式電機(jī)的優(yōu)勢(shì)是允許系統(tǒng)有一定的安裝不同心，但它不僅僅適用于安裝誤差稍大的應(yīng)用，同時(shí)也適用于諸如活塞泵這樣的精確定位和安裝的應(yīng)用。螺桿自定心的設(shè)計(jì)可使其隨導(dǎo)向適應(yīng)不同心的安裝，也可以避免對(duì)活塞密封件產(chǎn)生側(cè)向力　　三，固定軸電機(jī) 見圖5

　　圖5 57000固定軸式電機(jī)

　　在一些無(wú)法提供螺母或螺桿防轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置的應(yīng)用場(chǎng)合，可選用第三種類型的電機(jī)。這種類型與貫通軸式電機(jī)一樣螺母內(nèi)置于機(jī)身，螺桿軸與花鍵軸連接，花鍵和電機(jī)前端的花鍵套配合防止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的線性運(yùn)動(dòng)。該類型電機(jī)被稱為固定軸式電機(jī)。　　在短行程要求的應(yīng)用，例如小于50mm，且無(wú)法提供止轉(zhuǎn)裝置的場(chǎng)合可建議使用固定軸式電機(jī)。該類型電機(jī)的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)緊湊無(wú)需止轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，電機(jī)前端的花鍵套是模具制作，不能夠承受大的側(cè)向力，設(shè)計(jì)功能主要是限制螺桿相對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)作用。對(duì)于需要承受側(cè)向負(fù)載的場(chǎng)合可用滾珠花鍵的設(shè)計(jì)，因?yàn)榛ㄦI套的循環(huán)滾珠設(shè)計(jì)可增加固定軸式電機(jī)的側(cè)向受載能力。　　固定軸式電機(jī)通常將電機(jī)機(jī)身安裝固定，電機(jī)出軸直接推動(dòng)負(fù)載（負(fù)載不與軸固定）；當(dāng)負(fù)載和電機(jī)軸固定連接時(shí)，需注意整個(gè)系統(tǒng)是否有過(guò)定位的可能。　　直線步進(jìn)電機(jī)可增加不同的選項(xiàng)，但有些選項(xiàng)是僅某一種或幾種電機(jī)可選。旋轉(zhuǎn)編碼器一般用于反饋電機(jī)是否移動(dòng)了給定量，可適配與所有類型的混合式直線步進(jìn)電機(jī)。

　　圖6 直線步進(jìn)電機(jī)加編碼器 21000外部驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)電機(jī)

　　在一些不完全需要編碼器，只需要確保電機(jī)每次在已知位置開始運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合，可以配置原點(diǎn)位置開關(guān)。開關(guān)可以是接觸式（機(jī)械式開關(guān)）或者非接觸式（近零開關(guān)）。位置開關(guān)可直接安裝在固定軸式電機(jī)的后端，因?yàn)殡姍C(jī)的行程是已知且可控的；其他類型的電機(jī)傳感器則需安裝在系統(tǒng)的其他零件上。

　　圖7 電機(jī)加近零傳感器 28000固定軸式電機(jī)

　　絲桿副傳動(dòng)的高效率的原因之一是絲桿和螺母間存在間隙，但是這也導(dǎo)致在換向時(shí)會(huì)有位置誤差，為降低該誤差可在外部驅(qū)動(dòng)式電機(jī)上選用消間隙螺母。有許多類型的消間隙螺母可供選擇，可根據(jù)具體應(yīng)用時(shí)的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行選用。貫通軸式電機(jī)和固定軸式電機(jī)只有簡(jiǎn)單的壓縮彈簧式消隙螺母可選，可安裝的電機(jī)的任一端。

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