机器人开发--丝杠与导轨

1 介绍

1.1 丝杠

丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动副零件，在机床上，它是用来完成进给运动的一个重要原件。机床丝杠不仅要能准确地传递运动，而且还要能传递一定的动力。所以它在精度、强度以及耐磨性各方面，都有一定的要求。
丝杠是一种精度很高的零件，它能精确地确定工作台坐标位置，将旋转运动转换成直线运动，而且还要传递一定的动力，所以在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。所以，丝杠的加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑，以提高其加工精度。

1.2 导轨（滑轨）

导轨（VAVguide）是由金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。

2 分类

2.1 丝杠的分类

1 滑动丝杠（梯形丝杠）

由于滑动丝杠结构简单，制造方便，所以在机床上应用比较广泛。
滑动丝杠的牙型多为梯形。这种牙型比三角形牙酬具有效果高，传动性能好，精度高，加工方便等优点。
滑动丝杠摩擦力较大，传动效率较低，一般为26%~46%，磨损快，低速和微调传动出现爬行，易自锁，定位精度和轴向刚度较差。

2 滚动丝杠

滚动丝杠义分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类。滚珠丝杠与滚柱丝杠相比而言，摩擦力小，传动效率高，精度也高，因而比较常用，但是其制造工艺比较复杂。

2.1 滚珠丝杠

滚珠丝杠一般由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成，由于将钢球置入螺母与丝杠之间以滚动摩擦取代滑动摩擦，具有很小的摩擦阻力，很难发生粘滑现象；传动效率较高，一般能达到90%到96%，为梯形丝杠的2~4倍；同时也改善了滑动丝杠定位不佳及易损害的情况，其耐磨性好，寿命长，精度高，通过给滚珠适度施加预压，可获得较高的刚性。故被广泛应用于各种数控机床及其他机电一体化设备中，其制造工艺较滑动丝杠复杂，但产品互换性较好。

2.2 滚柱丝杠

行星滚柱丝杠以其具有高承载，耐冲击，体积小，高速度，噪音低，高精度，长寿命等突出优点，得到了越来越多的重视。一些飞机的起落架就用这种行星滚柱丝杠，加工精度要求很高，但目前我国还造不出性能优越的。

3 静压丝杠

静压丝杠有许多的优点，常被用于精密机床和数控机床的进给机构中。其螺纹牙形与标准梯形螺纹牙形相同。但牙形高于同规格标准螺纹1.5～2倍，目的在于获得良好油封及提高承载能力。但是调整比较麻烦，而且需要一套液压系统，工艺复杂，成本较高。

静压丝杠设计利用静压支撑原理，根据支撑流体不同分为液体静压丝杠与气体静压丝杠。

液体静压丝杠的油腔位于螺母上，静压油膜位于静压螺母和精密丝杠之间，静压螺母和丝杠本身并不接触，因此没有磨损。静压丝杠的摩擦力和速度成正比，低速时几乎为零。其极佳的减震性能完全消除了滚珠丝杠具有的震动和噪声。需要较高的进给推力以及具有频繁振动负载的场合下，要求进给传动系统具有较高的被动刚度，与良好的减振性，静压丝杠便是最佳选择。当定位精度和普适性很重要时，或是垂直轴应用时，静压丝杠也特别适合。

不过液体静压丝杠装置较大，必须有油泵、蓄压器、液体循环装置、冷却装置和过滤装置等众多的辅助装置，且其静压油腔加工困难，且存在环境污染问题。位于德国格平根 （Göppingen）的 Hydrostatik Schönfeld 这家小公司是目前唯一一家供应商，且价格不菲，所以目前高端直线传动市场被一些著名的直线电机制造商占据。

气体静压丝杠和液体静压丝杠同属流体润滑范畴，相比较液体静压丝杠，气体静压丝杠中起支撑润滑作用的是气膜，由于空气的可压缩性较强，气膜厚度要比液体静压丝杠中的油膜小，因此定位精度更高，但同时刚度和承载能力也降低了。气体静压丝杠装置简单，不存在回流装置，也没有环境污染，这些都是气体静压丝杠的优点，它的另外一个缺点是精度要求高，加工非常困难。所以目前在气体静压丝杠方面，我国仍未进入实用化阶段。而且与国外相比，国内研究的气体静压丝杠无论是结构上还是性能上都相差较大。

2.2 导轨的分类

导轨通常采用机械加工方式或冷拔加工方式制成，其抗托强度一般应在370～520MPa。按其横向截面形状分主要有：T形导轨、L（或三角）形导轨、U形导轨、O形导轨、空心导轨等。常见导轨截面形状如图所示。

3 十大品牌介绍

台湾上银HIWIN

台湾上银HIWIN品牌是全球知名的直线导轨品牌，其旗下产品包括：直线导轨、滚珠丝杠、直线模组、直线电机等，直线滑轨和滚珠丝杆在市场上，HIWIN占据了一部分市场，产品广泛应用于数控机床，木工机械，搬运、输送机械，精密测量仪器等，所有需求精密直线传动及定位的领域。

台湾高技GAOJ-K

GAOJ-K成立至今已有20余载，始终致力于精密传动元件的研发与制造，并获得大陆与台湾数十项相关专利，产品涵盖线性滑轨、滚珠螺杆、滚珠花键、单轴机器人、交叉滚柱导轨，螺杆支撑座等精密传动元件，款式多达200余种，高级旗下产品已实现对其他传动配件品牌全面替换，产品广泛应用于半导体，新能源，物联网，产业设备等上百个行业，为满足广大客户的需求，于2018年成立亚太总经销并于全球多处设立生产基地，品牌始终坚守“三高一技”的产品理念，即高品质，高性价比，高标准服务，技术稳定赋能智能制造，业务覆盖全球数十个国家与地区，并设有分公司与办事处，产品通过ISO 9001国际质量认证以及ISO14001环保认证。

日本THK

THK 的创造性构想和特有的技术使得公司成为了全球范围内开发直线运动 (LM) 导轨机构的先驱。如今，THK的 LM 导轨设备已经成为各种行业的机械和电子系统中不可或缺的组件。THK 还开发了许多其他独特的机械组件，包括滚珠花键、滚珠丝杠和连杆球等。

台湾ABBA

ABBA直线导轨(ABBALinear)是台湾国标直线科技股份有限公司生产。成立于1999年成立至今，是台湾第一家拥有四排珠自润专利并实际导入量产的线性滑轨专业制造厂。

日本NSK

NSK开发出无数新型轴承，满足世界各地用户的需求，并为产业发展和技术进步做出了极大的贡献。同时NSK凭借其在精密加工方面的技术优势，不断开发家电电机节能高效轴承、牙科医疗轴承、汽车零部件、精密机械组件、等高精尖产品，在电子应用等领域积极开展多元化经营。

米思米 misumi

台湾银泰PMI

德国REXROTH力士乐

台湾TBI

日本黑田精工

中国南京工艺

参考

1、导轨
2、丝杠的分类及作用、表面特点
3、丝杠螺母副种类与简介
4、全球直线导轨的十大品牌
5、丝杆十大品牌/十大丝杆品牌/哪家的丝杆最好