學過《機械設(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成一個坐標軸，那組合兩個、三個坐標軸，組成的空間就成為了坐標系，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成基本的機械系統(tǒng)模塊，做好拿出來賣。因為應(yīng)用實在是太多太多了。

當然，我們要說學習的話，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行順滑的運動，并且要能夠承受滑塊上面的負載對機架所施加的各個方向的力和力矩。因為要求運動相當順滑，所以對零部件的精度和表面粗糙度要求都相當高，一般都是專門的廠家負責生產(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都默認為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)，正的公差還是負的公差），要和商家說清楚。

光軸是固定在機架上的不動部分。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。直線軸承是標準件，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，進店后看“所有寶貝”，就能學習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。如果我們換個坐標系看，就是螺栓轉(zhuǎn)動，螺母直線運動。所以用電機帶動絲桿旋轉(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)軸器是標準件，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)軸器也是一大類標準機械零件，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)，我們采用步進電機作為驅(qū)動電機，這種電機工作原理和大家中學學的直流電機完全不同，大家先不用在意。之所以使用步進電機，是因為步進電機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，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。

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


審核編輯：劉清