螺杆直线执行机构的选择与应用

滚珠丝杠式直线执行机构主要由滚珠丝杠、直线导轨、铝合金型材、滚珠丝杠支撑底座、联轴器、电机、限位传感器等组成。

滚珠丝杠:滚珠丝杠是理想的将旋转运动转换为直线运动，或将直线运动转换为旋转运动。滚珠丝杠由丝杆、螺母和滚珠组成。它的作用是将旋转运动转化为直线运动，是滚珠丝杠的进一步延伸和发展。由于其摩擦阻力小，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器中。在高负荷下可实现高精度直线运动。但是滚珠丝杠不具备梯形丝杠的自锁能力，在使用过程中需要注意。

直线导轨:直线导轨又称滑轨、直线导轨、直线滑动，用于直线往复运动场合，具有比直线轴承更高的额定载荷，同时能承受一定的扭矩，可在高载荷的情况下实现高精度的直线运动，另外一些精度较低的场合也可以用箱式直线轴承代替，但要注意的是，在扭矩和额定载荷能力方面比直线导轨差。

模块式铝合金型材:模块式铝合金型材滑台外形美观，设计合理，刚性好，性能可靠，生产成本低常用于工业自动化设备中，通过精加工装配成的模块刚性好，热变形小，进料稳定性高，从而保证自动化设备的高精度和高稳定性运行。

滚珠丝杠支撑座:滚珠丝杠支撑座是支承螺杆与电机之间连接的轴承支撑座，支撑座一般分为:固定侧和支承单元，支承单元的固定侧装有预压调节角接触球轴承。特别是在超紧凑型中，采用了为超紧凑型滚珠丝杠开发的45°接触角的超紧凑型角接触球轴承，实现了高刚性、高精度的稳定旋转性能。支撑侧的支撑单元采用深沟球轴承。支撑单元的内部轴承内填充了适量的锂皂基润滑脂，并用特殊的密封垫片密封，可以直接安装和长期使用。考虑与滚珠丝杠的刚度平衡，采用轴承，采用高刚度、低转矩(接触角30°，自由组合)的角接触球轴承。此外，超紧凑的支撑单元配备了超紧凑的角接触球轴承，为超紧凑的滚珠丝杠开发。该类轴承接触角为45°，球径小，球数多，是一种高刚性、高精度的超小角接触球轴承，可获得稳定的回转性能。支撑单元的形状有角型和圆形系列，可根据应用选择。体积小，易于安装，支架单元设计尺寸小，考虑到安装周围的空间。同时，预压轴承可以在交货后直接安装，减少了装配时间，提高了装配精度。当然，如果需要节省成本设计，也可以自己制作非标准件轴承座，用外包轴承组合成支撑单元，批量应用在成本方面是非常有利的。

联轴器:联轴器是用来把两根轴连接在一起，传递运动和扭矩，使机器停止运转，加入或分离一个装置。联轴器耦合的两轴由于制造和安装误差、轴承后变形、温度变化等影响，往往不能保证严格对中，但存在一定程度的相对位移。这就要求联轴器的设计要从结构上采取各种不同的措施，使其具有适应一定范围内相对位移的性能。非标设备直线执行器中常用的联轴器为柔性联轴器，常见的类型有沟槽联轴器、十字滑块联轴器、梅花联轴器、膜片联轴器等。

1.直线执行器如何选择联轴器:

非标准自动化通用联轴器。

当需要零间隙时，选择膜片式或槽式。

当需要大扭矩传动时，可选择膜片式、十字形、plummer形。

伺服电机多选用膜片式，步进电机多选用槽式。

十字形常用于气缸或绕线电机场合，精度性能稍差(要求不高)。

限制传感器在直线执行器中一般会采用槽式光电开关，槽式光电开关实际上是光电开关的一种，也叫u型光电开关，是一种红外感应光电产品，由红外发射管和红外接收管组合而成，而槽的宽度是决定感应接收模式的强度和接收信号以光为介质的距离，由发光体与收光体之间的红外光作为介质，接收发射器与接收器之间的红外光并进行转换，以检测物体的位置。开槽式光电开关在相同的接近开关中是非接触的，受检测体的约束较小，且检测距离长，远距离检测(几十米)的检测精度可以检测到很小的物体，应用范围很广。

2. 滚珠丝杠执行机构的优缺点

直线执行器的引线越小，伺服电机的推力就越大到最大，一般直线执行器的引线越小，推力就越大。一般用于力和负载较大的行业，如伺服给功率100W额定推力0.32N通过导丝杠5mm滚珠丝杠可产生约320N推力。

一般z轴使用的一般是滚珠丝杠直线执行机构，滚珠丝杠直线执行机构还有一个方面的优点是它相对于其他传动方式的精度高，一般的直线执行机构重复定位精度±0.005±0.02mm，可根据客户的实际要求生产，由于滚珠丝杠直线执行机构接收滚珠丝杠比例细长的限制，一般的滚珠丝杠直线执行机构行程都不能太长，直径/总长度的1/50为最大值，控制在此范围内，超过长度的情况下需适当降低运行速度。超薄比长度的致动器通过伺服电机高速旋转时，灯丝的共振会产生振动偏转造成较大的噪音和危险，滚珠丝杠总成两端支承，灯丝过长不仅会造成联轴器容易松动，还有致动器精度、使用寿命下降。以台湾上银KK作动器为例，有效行程超过800mm时可能发生共振，行程每增加100mm，最大速度应降低15%。

3. 滚珠丝杠执行机构的应用

电机十直线执行机构动作平稳，精度和控制性能好(可在行程内任意位置精确停止)，运行速度由电机转速和螺杆节距以及执行机构的设计决定，更适合中小行程场合，也是许多直线机器人采用的机构形式。在自动化行业设备广泛应用于半导体、LCD、PCB、医疗、激光、3C电子、新能源、汽车等各类自动化设备。

4. 螺杆执行机构相关参数说明

重复定位精度:指对同一执行机构施加相同的输出，多次完成重复定位，所获得的连续结果的一致性程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给系统间隙和刚度以及摩擦特性的影响。通常，重复定位精度是一个具有正态分布的机会误差，它影响执行机构多次运动的一致性，是一项非常重要的性能指标。

滚珠丝杠导轨:是指丝杠模组中丝杠的螺纹节距，也表示丝杠每转一圈，螺母在螺纹上前进的直线距离(一般单位为mm: mm)。

最大速度:指不同导轨长度的执行机构所能达到的最大直线速度

最大可移动重量:执行机构运动部分所能承载的最大重量，不同的安装方式会产生不同的受力

额定推力:执行机构用作推力机构时所能达到的额定推力。

标准行程，间隔:模块化采购的优点是选择快捷，有现货。缺点是泳姿是标准化的。虽然也可以与厂家订制特殊尺寸，但标准是厂家给出的，所以标准冲程是指厂家的库存型号，而间隔是不同标准冲程之间的差值，通常从最大冲程作为最大值，向下等差系列。例如，如果标准行程为100-1050mm，间隔为50mm，则库存型号的标准行程为

5. 直线执行机构的选择过程

根据设计应用工况确定执行机构类型:气缸、螺杆、同步带、齿条齿轮、直线电机等执行机构。

计算并确认执行机构的重复定位精度:将需求的重复定位精度与执行机构的重复定位精度进行比较，选择合适精度的执行机构。

计算执行机构的最大线性运行速度并确定导轨范围:计算设计应用条件下的运行速度，根据执行机构的最大运行速度选择合适的执行机构，然后确定执行机构导轨范围的大小。

确定安装方法和最大负载重量:根据安装方法计算负载质量和扭矩。

计算执行机构的需求行程和标准行程:根据实际估计行程匹配执行机构的标准行程。

确认执行机构与电机类型及附件:电机是否制动，编码器形式，电机品牌。

KK作动器的特点及应用

6. KK模块定义

KK模组是基于滚珠丝杠直线模组的高端应用产品，也称单轴机器人，是由电机驱动的移动平台，由滚珠丝杠和u型直线滑动导轨组成，其滑动座既是滚珠丝杠的驱动螺母又是线性应变片的导轨滑块，锤头由接地滚珠丝杠制成，实现高精度。

7. KK模块特点

多功能设计:采用滚珠丝杠驱动和u型导轨相结合，提供精确的直线运动。也可配合多功能配件使用。为引入多用途应用设计提供了方便，同时也能实现高精度传动的要求。

体积小，重量轻:u型轨道既可作为导轨，又可配合平台结构，大大减小安装体积，并采用有限元法对结构进行优化设计，获得最佳的刚度和重量比。扭力大，定位运动平稳惯性小，降低能耗。

高精度、高刚性:分析钢球在各个方向受载荷作用时接触位置的变形，表明该精密线性模块具有高精度、高刚性的特点。采用有限元法对结构进行优化设计，得到最佳的刚度和重量比。

易于测试和配置:易于测试定位精度，定位再现性，行程平行度和启动扭矩等功能。

易于组装和维护:无需专业技术人员即可完成组装。良好的防尘和润滑，便于机器报废后的维护和再利用。

产品多样化，可匹配需要选择:

传动方式:可分为滚珠丝杠、同步带

电机动力:可选配伺服电机，或步进电机

电机连接方式:直接、下、内、左、右，视使用空间而定

有效行程:100-2000mm(按螺杆转速限制)

可根据客户需求定做:单件或组合特殊设计制造，单轴可组合成多轴使用

8. KK模组与普通螺丝模组相比的优点

设计安装方便，体积小，重量轻

高刚性、高精度(可达±0.003m)

设备齐全，最适合模块化设计

但是很昂贵

9. 单轴机器人模块分类

单轴机器人模块根据不同的应用分为

KK(高精度)

SK(沉默)

KC(集成轻量级)

KA(轻量级)

KS(高防尘)

KU(高刚性防尘)

KE(简易防尘)

10. KK模块配件选型

为了适应不同的使用要求，KK模块还可提供铝盖、伸缩护套(风琴盖)、电机连接法兰和限位开关

铝盖及伸缩护套(风琴盖):可防止异物及杂质进入KK模块，影响使用寿命、精度及光滑度。

电机连接法兰:可将各类电机锁定在KK模块上。

限位开关:为滑动定位、起始点和防止滑动超出行程提供安全限制。

11. KK模块应用

KK模块广泛应用于自动化设备中。常用在以下设备中:自动焊锡机、螺丝锁紧机、货架零件盒拾取放置、小型移栽设备、涂布机、零件拾取放置搬运、CCD镜头移动、自动喷漆机、自动上下料装置、切割机、电子元件生产设备、小型装配线、小型压力机、点焊机、表面覆膜设备、自动贴标机、液体灌装点胶、零部件点胶、液体灌装点胶、零件检测设备、生产线工件精加工、物料灌装装置、包装机、雕刻机、输送带位移、工件清洗设备等。