學(xué)過《機(jī)械設(shè)計》的朋友們都會知道，在設(shè)計之前，要明確設(shè)計的目的，為了什么而設(shè)計，要達(dá)到什么效果。各位新手朋友們看到我給的這個“看似復(fù)雜”的題目，肯定會問，為什么要選這個做題目？直線滑臺有什么用？

直線滑臺用處可大了呢。
先看單個直線滑臺的情況：其實各種各樣的直線運動，能夠承載物體，起到傳力、傳動作用的，都可以認(rèn)為是廣義的直線滑臺：
電動扶梯，

回轉(zhuǎn)壽司，

生產(chǎn)線，

高端一點的：原子力顯微鏡，探針和原子表面的距離要求很嚴(yán)格，所以需要非常精密的直線滑臺驅(qū)動探針的上下運動，

單個直線滑臺只有一個方向的運動，因此功能有限。如果我們把直線滑臺當(dāng)成一個坐標(biāo)軸，那組合兩個、三個坐標(biāo)軸，組成的空間就成為了坐標(biāo)系，也就可以有更大范圍的運動，比如這樣，

大家可以看到，底下有兩個滑臺做支撐，但從運動關(guān)系的角度，兩個滑臺和一個滑臺是一樣的，這兩個滑臺的運動是同步、不獨立的。而上面這一個滑臺的滑塊運動與下面的滑臺之間沒有關(guān)系，因而上下兩個滑臺是獨立的（專業(yè)點叫做：線性無關(guān)）。兩個滑臺用兩個電機(jī)帶動就可以讓滑塊在XY平面任意走，我們說這個滑塊有兩個自由度。

如果把三個滑臺放在同一個面里面呢？（想想，有沒有人這樣做？）一個面里的三個向量一定線性相關(guān)，因此同樣只能實現(xiàn)平面運動，多浪費了一套滑臺，這就是最簡單的線性代數(shù)原理在機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用。

兩軸滑臺可以比單軸滑臺多做許多的事情了，

比如激光切割

現(xiàn)在的激光切割技術(shù)可以切鋁板、鋼板等金屬板材，亞克力、木板、皮革、紙張等非金屬材料。大家淘寶上常見的各種木板拼裝模型就是激光切割做的，激光切割效率高，省時省力，

寫字機(jī)器人，需要的運動也是兩軸的運動（抬筆先不考慮），因此也是用兩軸滑臺可以實現(xiàn)的，

工業(yè)上，最傳統(tǒng)的數(shù)控車床就是典型的兩軸運動，

給大家找了個視頻感受一下數(shù)控加工的魅力。如果看不過癮，可以在任何一個視頻網(wǎng)站搜索：數(shù)控車床。

如果有人好奇這個車床為什么聲音忽高忽低，這個高大上的功能叫恒線速度加工，用來保證加工表面質(zhì)量，具體可以自己百度/知乎相關(guān)資料。

再增加一個軸，三軸運動，可以做的事情就很多很多了，

比如3D打印，

數(shù)控加工中心，

可以說，幾乎所有的機(jī)械運動，都是從最基本的直線運動和旋轉(zhuǎn)運動衍生出來的。所以大家才會把直線滑臺當(dāng)成基本的機(jī)械系統(tǒng)模塊，做好拿出來賣。因為應(yīng)用實在是太多太多了。

當(dāng)然，我們要說學(xué)習(xí)的話，就不要買現(xiàn)有的產(chǎn)品了（以后如果做大設(shè)備，這種小模塊還是買比較方便）。我們先看看怎樣能做出這樣一套滑臺。

對于這樣的一套系統(tǒng)，我們把它分成三部分：

機(jī)架（不動的部分，用來固定上方其他功能的零部件）

支撐系統(tǒng)（用來對直線運動進(jìn)行導(dǎo)向、支撐、承受載荷）

傳動系統(tǒng)（用來傳遞動力，使滑塊在控制下運動）

一般來說，支撐系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)對精密度要求是比較高的，所以也是通用性好、結(jié)構(gòu)簡單的部分，我們先從這兩部分來看：

第一部分：支撐系統(tǒng)

支撐系統(tǒng)要能夠支撐直線滑臺的滑塊進(jìn)行順滑的運動，并且要能夠承受滑塊上面的負(fù)載對機(jī)架所施加的各個方向的力和力矩。因為要求運動相當(dāng)順滑，所以對零部件的精度和表面粗糙度要求都相當(dāng)高，一般都是專門的廠家負(fù)責(zé)生產(chǎn)。

這套滑臺使用的支撐系統(tǒng)，包括兩條直徑為8的光軸（我們的長度單位不標(biāo)都默認(rèn)為mm）

賣光軸的店是包切割的，所以買的時候，和商家說，要多少直徑、多少長度的光軸，多少支，商家就會去幫忙切好。如果有公差要求（比如說長度精度要在多少以內(nèi)，正的公差還是負(fù)的公差），要和商家說清楚。

光軸是固定在機(jī)架上的不動部分。跟隨滑塊運動的部分，是能夠在光軸上順滑運動的部件，這個部件叫做直線軸承。直線軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，某寶商家處可以直接買到。我們這里用到的四個直線軸承型號為LMK8UU，直接在某寶敲LMK8UU就可以搜到，買到。

軸和直線軸承是配合著安裝的，型號中的8代表的是直線軸承內(nèi)孔為8mm，要和光軸配對。所以如果負(fù)載更重，要用12、16、20等更大直徑的光軸，那對應(yīng)也要用LMK12UU、LMK16UU、LMK20UU的直線軸承。

直線軸承還有非法蘭的、加長的、圓法蘭、切邊圓法蘭、開口、箱式等各種各樣的類型。我這兒是肯定講不完的，大家可以找到一家賣直線軸承的店，進(jìn)店后看“所有寶貝”，就能學(xué)習(xí)到各種各樣的軸承型號：

這個軸承要安裝在滑塊上，我們畫裝配圖、定板材的打孔，肯定要知道直線軸承的外形尺寸、孔位尺寸。這些尺寸都是公開的，可以直接在直線軸承的淘寶鏈接里面查到：

我們根據(jù)這些尺寸就可以畫出直線軸承的零件圖。

第二部分：傳動系統(tǒng)

這里的傳動系統(tǒng)用到的原理是絲桿傳動（一些機(jī)械設(shè)計書稱為螺桿傳動）。大家平時用的多的是把螺栓擰到螺母中，這時螺栓是既有旋轉(zhuǎn)，又有直線運動。如果我們換個坐標(biāo)系看，就是螺栓轉(zhuǎn)動，螺母直線運動。所以用電機(jī)帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，螺母就可以做直線運動，這就是絲桿傳動的原理，

這里用到的絲桿型號為T8絲桿，表示絲桿牙型為梯形，絲桿外徑為8mm。T8絲桿的導(dǎo)程（即絲桿旋轉(zhuǎn)一圈螺母移動的距離）一般有2、4、8三種型號，買的時候注意絲桿和絲桿螺母的參數(shù)要一致，

這里使用的長度為300mm，如果想要一些冗余，可以使用320mm，不過只要比300長就可以了。

絲桿螺母的尺寸也可以在寶貝詳情中查找，

絲桿的左邊采用了一個軸承支撐，這個軸承當(dāng)然內(nèi)徑要是8mm，這里我用的是F698ZZ法蘭軸承，

只要是內(nèi)徑8的軸承就可以了，具體的其他問題我們后面再說，這里知道需要個軸承就行。尺寸同樣可以在寶貝詳情查到，

右側(cè)，絲桿的軸和電機(jī)的軸需要同步運動，所以需要一個零件把兩個軸咬合在一起，這個零件叫做聯(lián)軸器。聯(lián)軸器是標(biāo)準(zhǔn)件，可以直接買。因為聯(lián)軸器連接兩根軸，所以兩頭的孔位一定要和軸能夠配合，這里用的聯(lián)軸器一頭是5mm（電機(jī)軸），一頭是8mm（T8絲桿）。由于安裝的時候可能因為裝配或者制造的誤差導(dǎo)致不同軸，所以聯(lián)軸器一個很重要的功能就是吸收一定的誤差，所以會看到各種各樣的設(shè)計，

沒有吸收誤差功能的聯(lián)軸器叫做剛性聯(lián)軸器，有吸收誤差功能的有彈性聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器等。這里我們買最便宜的繞線聯(lián)軸器就行，當(dāng)然有條件也可以買個梅花聯(lián)軸器。聯(lián)軸器也是一大類標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械零件，所以也一樣找?guī)准衣?lián)軸器的店鋪去看所有寶貝就可以了。

最后，我們這個直線滑臺需要一個驅(qū)動系統(tǒng)，我們采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，這種電機(jī)工作原理和大家中學(xué)學(xué)的直流電機(jī)完全不同，大家先不用在意。之所以使用步進(jìn)電機(jī)，是因為步進(jìn)電機(jī)可以比較容易的控制轉(zhuǎn)動的角度，從而使滑塊定位在任何一個想要的位置。而普通的直流電機(jī)，只能做到通電轉(zhuǎn)起來，停電慢慢停下，無法精確控制轉(zhuǎn)動角度，所以這里不使用。

步進(jìn)電機(jī)有各種大小、長度尺寸。我們這個直線滑臺采用的電機(jī)為42步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的方形外形對邊距離為42mm。42步進(jìn)電機(jī)長度有28、34、40、48、60幾個尺寸，越長的電機(jī)輸出力矩越大，常規(guī)的我們用42-40或者42-48步進(jìn)電機(jī)就可以了。


審核編輯：劉清