螺桿直線執行機構的選擇與應用

滾珠絲杠式直線執行機構主要由滾珠絲杠、直線導軌、鋁合金型材、滾珠絲杠支撐底座、聯軸器、電機、限位傳感器等組成。

滾珠絲杠:滾珠絲杠是理想的將旋轉運動轉換為直線運動，或將直線運動轉換為旋轉運動。滾珠絲杠由絲桿、螺母和滾珠組成。它的作用是將旋轉運動轉化為直線運動，是滾珠絲杠的進一步延伸和發展。由于其摩擦阻力小，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業設備和精密儀器中。在高負荷下可實現高精度直線運動。但是滾珠絲杠不具備梯形絲杠的自鎖能力，在使用過程中需要注意。

直線導軌:直線導軌又稱滑軌、直線導軌、直線滑動，用于直線往復運動場合，具有比直線軸承更高的額定載荷，同時能承受一定的扭矩，可在高載荷的情況下實現高精度的直線運動，另外一些精度較低的場合也可以用箱式直線軸承代替，但要注意的是，在扭矩和額定載荷能力方面比直線導軌差。

模塊式鋁合金型材:模塊式鋁合金型材滑臺外形美觀，設計合理，剛性好，性能可靠，生產成本低常用于工業自動化設備中，通過精加工裝配成的模塊剛性好，熱變形小，進料穩定性高，從而保證自動化設備的高精度和高穩定性運行。

滾珠絲杠支撐座:滾珠絲杠支撐座是支承螺桿與電機之間連接的軸承支撐座，支撐座一般分為:固定側和支承單元，支承單元的固定側裝有預壓調節角接觸球軸承。特別是在超緊湊型中，采用了為超緊湊型滾珠絲杠開發的45°接觸角的超緊湊型角接觸球軸承，實現了高剛性、高精度的穩定旋轉性能。支撐側的支撐單元采用深溝球軸承。支撐單元的內部軸承內填充了適量的鋰皂基潤滑脂，并用特殊的密封墊片密封，可以直接安裝和長期使用。考慮與滾珠絲杠的剛度平衡，采用軸承，采用高剛度、低轉矩(接觸角30°，自由組合)的角接觸球軸承。此外，超緊湊的支撐單元配備了超緊湊的角接觸球軸承，為超緊湊的滾珠絲杠開發。該類軸承接觸角為45°，球徑小，球數多，是一種高剛性、高精度的超小角接觸球軸承，可獲得穩定的回轉性能。支撐單元的形狀有角型和圓形系列，可根據應用選擇。體積小，易于安裝，支架單元設計尺寸小，考慮到安裝周圍的空間。同時，預承可以在交貨后直接安裝，減少了裝配時間，提高了裝配精度。當然，如果需要節省成本設計，也可以自己制作非標準件軸承座，用外包軸承組合成支撐單元，批量應用在成本方面是非常有利的。

聯軸器:聯軸器是用來把兩根軸連接在一起，傳遞運動和扭矩，使機器停止運轉，加入或分離一個裝置。聯軸器耦合的兩軸由于制造和安裝誤差、軸承后變形、溫度變化等影響，往往不能保證嚴格對中，但存在一定程度的相對位移。這就要求聯軸器的設計要從結構上采取各種不同的措施，使其具有適應一定范圍內相對位移的性能。非標設備直線執行器中常用的聯軸器為柔性聯軸器，常見的類型有溝槽聯軸器、十字滑塊聯軸器、梅花聯軸器、膜片聯軸器等。

1.直線執行器如何選擇聯軸器:

非標準自動化通用聯軸器。

當需要零間隙時，選擇膜片式或槽式。

當需要大扭矩傳動時，可選擇膜片式、十字形、plummer形。

伺服電機多選用膜片式，步進電機多選用槽式。

十字形常用于氣缸或繞線電機場合，精度性能稍差(要求不高)。

限制傳感器在直線執行器中一般會采用槽式光電開關，槽式光電開關實際上是光電開關的一種，也叫u型光電開關，是一種紅外感應光電產品，由紅外發射管和紅外接收管組合而成，而槽的寬度是決定感應接收模式的強度和接收信號以光為介質的距離，由發光體與收光體之間的紅外光作為介質，接收發射器與接收器之間的紅外光并進行轉換，以檢測物體的位置。開槽式光電開關在相同的接近開關中是非接觸的，受檢測體的約束較小，且檢測距離長，遠距離檢測(幾十米)的檢測精度可以檢測到很小的物體，應用范圍很廣。

2. 滾珠絲杠執行機構的優缺點

直線執行器的引線越小，伺服電機的推力就越大到，一般直線執行器的引線越小，推力就越大。一般用于力和負載較大的行業，如伺服給功率100W額定推力0.32N通過導絲杠5mm滾珠絲杠可產生約320N推力。

一般z軸使用的一般是滾珠絲杠直線執行機構，滾珠絲杠直線執行機構還有一個方面的優點是它相對于其他傳動方式的精度高，一般的直線執行機構重復定位精度±0.005±0.02mm，可根據客戶的實際要求生產，由于滾珠絲杠直線執行機構接收滾珠絲杠比例細長的限制，一般的滾珠絲杠直線執行機構行程都不能太長，直徑/總長度的1/50為值，控制在此范圍內，超過長度的情況下需適當降低運行速度。超薄比長度的致動器通過伺服電機高速旋轉時，燈絲的共振會產生振動偏轉造成較大的噪音和危險，滾珠絲杠總成兩端支承，燈絲過長不僅會造成聯軸器容易松動，還有致動器精度、使用壽命下降。以中國臺灣上銀KK作動器為例，有效行程超過800mm時可能發生共振，行程每增加100mm，速度應降低15%。

3. 滾珠絲杠執行機構的應用

電機十直線執行機構動作平穩，精度和控制性能好(可在行程內任意位置精確停止)，運行速度由電機轉速和螺桿節距以及執行機構的設計決定，更適合中小行程場合，也是許多直線機器人采用的機構形式。在自動化行業設備廣泛應用于半導體、LCD、PCB、醫療、激光、3C電子、新能源、汽車等各類自動化設備。

4. 螺桿執行機構相關參數說明

重復定位精度:指對同一執行機構施加相同的輸出，多次完成重復定位，所獲得的連續結果的一致性程度。重復定位精度受伺服系統特性、進給系統間隙和剛度以及摩擦特性的影響。通常，重復定位精度是一個具有正態分布的機會誤差，它影響執行機構多次運動的一致性，是一項非常重要的性能指標。

滾珠絲杠導軌:是指絲杠模組中絲杠的螺紋節距，也表示絲杠每轉一圈，螺母在螺紋上前進的直線距離(一般單位為mm: mm)。

速度:指不同導軌長度的執行機構所能達到的直線速度

可移動重量:執行機構運動部分所能承載的重量，不同的安裝方式會產生不同的受力

額定推力:執行機構用作推力機構時所能達到的額定推力。

標準行程，間隔:模塊化采購的優點是選擇快捷，有現貨。缺點是泳姿是標準化的。雖然也可以與廠家訂制特殊尺寸，但標準是廠家給出的，所以標準沖程是指廠家的庫存型號，而間隔是不同標準沖程之間的差值，通常從沖程作為值，向下等差系列。例如，如果標準行程為100-1050mm，間隔為50mm，則庫存型號的標準行程為

5. 直線執行機構的選擇過程

根據設計應用工況確定執行機構類型:氣缸、螺桿、同步帶、齒條齒輪、直線電機等執行機構。

計算并確認執行機構的重復定位精度:將需求的重復定位精度與執行機構的重復定位精度進行比較，選擇合適精度的執行機構。

計算執行機構的線性運行速度并確定導軌范圍:計算設計應用條件下的運行速度，根據執行機構的運行速度選擇合適的執行機構，然后確定執行機構導軌范圍的大小。

確定安裝方法和負載重量:根據安裝方法計算負載質量和扭矩。

計算執行機構的需求行程和標準行程:根據實際估計行程匹配執行機構的標準行程。

確認執行機構與電機類型及附件:電機是否制動，編碼器形式，電機品牌。

KK作動器的特點及應用

6. KK模塊定義

KK模組是基于滾珠絲杠直線模組的應用產品，也稱單軸機器人，是由電機驅動的移動平臺，由滾珠絲杠和u型直線滑動導軌組成，其滑動座既是滾珠絲杠的驅動螺母又是線性應變片的導軌滑塊，錘頭由接地滾珠絲杠制成，實現高精度。

7. KK模塊特點

多功能設計:采用滾珠絲杠驅動和u型導軌相結合，提供精確的直線運動。也可配合多功能配件使用。為引入多用途應用設計提供了方便，同時也能實現高精度傳動的要求。

體積小，重量輕:u型軌道既可作為導軌，又可配合平臺結構，大大減小安裝體積，并采用有限元法對結構進行優化設計，獲得的剛度和重量比。扭力大，定位運動平穩慣性小，降低能耗。

高精度、高剛性:分析鋼球在各個方向受載荷作用時接觸位置的變形，表明該精密線性模塊具有高精度、高剛性的特點。采用有限元法對結構進行優化設計，得到的剛度和重量比。

易于測試和配置:易于測試定位精度，定位再現性，行程平行度和啟動扭矩等功能。

易于組裝和維護:無需專業技術人員即可完成組裝。良好的防塵和潤滑，便于機器報廢后的維護和再利用。

產品多樣化，可匹配需要選擇:

傳動方式:可分為滾珠絲杠、同步帶

電機動力:可選配伺服電機，或步進電機

電機連接方式:直接、下、內、左、右，視使用空間而定

有效行程:100-2000mm(按螺桿轉速限制)

可根據客戶需求定做:單件或組合特殊設計制造，單軸可組合成多軸使用

8. KK模組與普通螺絲模組相比的優點

設計安裝方便，體積小，重量輕

高剛性、高精度(可達±0.003m)

設備齊全，模塊化設計

但是很昂貴

9. 單軸機器人模塊分類

單軸機器人模塊根據不同的應用分為

KK(高精度)

SK(沉默)

KC(集成輕量級)

KA(輕量級)

KS(高防塵)

KU(高剛性防塵)

KE(簡易防塵)

10. KK模塊配件選型

為了適應不同的使用要求，KK模塊還可提供鋁蓋、伸縮護套(風琴蓋)、電機連接法蘭和限位開關

鋁蓋及伸縮護套(風琴蓋):可防止異物及雜質進入KK模塊，影響使用壽命、精度及光滑度。

電機連接法蘭:可將各類電機鎖定在KK模塊上。

限位開關:為滑動定位、起始點和防止滑動超出行程提供安全限制。

11. KK模塊應用

KK模塊廣泛應用于自動化設備中。常用在以下設備中:自動焊錫機、螺絲鎖緊機、貨架零件盒拾取放置、小型移栽設備、涂布機、零件拾取放置搬運、CCD鏡頭移動、自動噴漆機、自動上下料裝置、切割機、電子元件生產設備、小型裝配線、小型壓力機、點焊機、表面覆膜設備、自動貼標機、液體灌裝點膠、零部件點膠、液體灌裝點膠、零件檢測設備、生產線工件精加工、物料灌裝裝置、包裝機、雕刻機、輸送帶位移、工件清洗設備等。