什么是直线滑台？直线滑台有什么作用？

学过《机械设计》的朋友们都会知道，在设计之前，要明确设计的目的，为了什么而设计，要达到什么效果。各位新手朋友们看到我给的这个“看似复杂”的题目，肯定会问，为什么要选这个做题目？直线滑台有什么用？

直线滑台用处可大了呢。
先看单个直线滑台的情况：其实各种各样的直线运动，能够承载物体，起到传力、传动作用的，都可以认为是广义的直线滑台：
电动扶梯，

回转寿司，

生产线，

高端一点的：原子力显微镜，探针和原子表面的距离要求很严格，所以需要非常精密的直线滑台驱动探针的上下运动，

单个直线滑台只有一个方向的运动，因此功能有限。如果我们把直线滑台当成一个坐标轴，那组合两个、三个坐标轴，组成的空间就成为了坐标系，也就可以有更大范围的运动，比如这样，

大家可以看到，底下有两个滑台做支撑，但从运动关系的角度，两个滑台和一个滑台是一样的，这两个滑台的运动是同步、不独立的。而上面这一个滑台的滑块运动与下面的滑台之间没有关系，因而上下两个滑台是独立的（专业点叫做：线性无关）。两个滑台用两个电机带动就可以让滑块在XY平面任意走，我们说这个滑块有两个自由度。

如果把三个滑台放在同一个面里面呢？（想想，有没有人这样做？）一个面里的三个向量一定线性相关，因此同样只能实现平面运动，多浪费了一套滑台，这就是最简单的线性代数原理在机构中的应用。

两轴滑台可以比单轴滑台多做许多的事情了，

比如激光切割

现在的激光切割技术可以切铝板、钢板等金属板材，亚克力、木板、皮革、纸张等非金属材料。大家淘宝上常见的各种木板拼装模型就是激光切割做的，激光切割效率高，省时省力，

写字机器人，需要的运动也是两轴的运动（抬笔先不考虑），因此也是用两轴滑台可以实现的，

工业上，最传统的数控车床就是典型的两轴运动，

给大家找了个视频感受一下数控加工的魅力。如果看不过瘾，可以在任何一个视频网站搜索：数控车床。

如果有人好奇这个车床为什么声音忽高忽低，这个高大上的功能叫恒线速度加工，用来保证加工表面质量，具体可以自己百度/知乎相关资料。

再增加一个轴，三轴运动，可以做的事情就很多很多了，

比如3D打印，

数控加工中心，

可以说，几乎所有的机械运动，都是从最基本的直线运动和旋转运动衍生出来的。所以大家才会把直线滑台当成基本的机械系统模块，做好拿出来卖。因为应用实在是太多太多了。

当然，我们要说学习的话，就不要买现有的产品了（以后如果做大设备，这种小模块还是买比较方便）。我们先看看怎样能做出这样一套滑台。

对于这样的一套系统，我们把它分成三部分：

机架（不动的部分，用来固定上方其他功能的零部件）

支撑系统（用来对直线运动进行导向、支撑、承受载荷）

传动系统（用来传递动力，使滑块在控制下运动）

一般来说，支撑系统和传动系统对精密度要求是比较高的，所以也是通用性好、结构简单的部分，我们先从这两部分来看：

第一部分：支撑系统

支撑系统要能够支撑直线滑台的滑块进行顺滑的运动，并且要能够承受滑块上面的负载对机架所施加的各个方向的力和力矩。因为要求运动相当顺滑，所以对零部件的精度和表面粗糙度要求都相当高，一般都是专门的厂家负责生产。

这套滑台使用的支撑系统，包括两条直径为8的光轴（我们的长度单位不标都默认为mm）

卖光轴的店是包切割的，所以买的时候，和商家说，要多少直径、多少长度的光轴，多少支，商家就会去帮忙切好。如果有公差要求（比如说长度精度要在多少以内，正的公差还是负的公差），要和商家说清楚。

光轴是固定在机架上的不动部分。跟随滑块运动的部分，是能够在光轴上顺滑运动的部件，这个部件叫做直线轴承。直线轴承是标准件，某宝商家处可以直接买到。我们这里用到的四个直线轴承型号为LMK8UU，直接在某宝敲LMK8UU就可以搜到，买到。

轴和直线轴承是配合着安装的，型号中的8代表的是直线轴承内孔为8mm，要和光轴配对。所以如果负载更重，要用12、16、20等更大直径的光轴，那对应也要用LMK12UU、LMK16UU、LMK20UU的直线轴承。

直线轴承还有非法兰的、加长的、圆法兰、切边圆法兰、开口、箱式等各种各样的类型。我这儿是肯定讲不完的，大家可以找到一家卖直线轴承的店，进店后看“所有宝贝”，就能学习到各种各样的轴承型号：

这个轴承要安装在滑块上，我们画装配图、定板材的打孔，肯定要知道直线轴承的外形尺寸、孔位尺寸。这些尺寸都是公开的，可以直接在直线轴承的淘宝链接里面查到：

我们根据这些尺寸就可以画出直线轴承的零件图。

第二部分：传动系统

这里的传动系统用到的原理是丝杆传动（一些机械设计书称为螺杆传动）。大家平时用的多的是把螺栓拧到螺母中，这时螺栓是既有旋转，又有直线运动。如果我们换个坐标系看，就是螺栓转动，螺母直线运动。所以用电机带动丝杆旋转，螺母就可以做直线运动，这就是丝杆传动的原理，

这里用到的丝杆型号为T8丝杆，表示丝杆牙型为梯形，丝杆外径为8mm。T8丝杆的导程（即丝杆旋转一圈螺母移动的距离）一般有2、4、8三种型号，买的时候注意丝杆和丝杆螺母的参数要一致，

这里使用的长度为300mm，如果想要一些冗余，可以使用320mm，不过只要比300长就可以了。

丝杆螺母的尺寸也可以在宝贝详情中查找，

丝杆的左边采用了一个轴承支撑，这个轴承当然内径要是8mm，这里我用的是F698ZZ法兰轴承，

只要是内径8的轴承就可以了，具体的其他问题我们后面再说，这里知道需要个轴承就行。尺寸同样可以在宝贝详情查到，

右侧，丝杆的轴和电机的轴需要同步运动，所以需要一个零件把两个轴咬合在一起，这个零件叫做联轴器。联轴器是标准件，可以直接买。因为联轴器连接两根轴，所以两头的孔位一定要和轴能够配合，这里用的联轴器一头是5mm（电机轴），一头是8mm（T8丝杆）。由于安装的时候可能因为装配或者制造的误差导致不同轴，所以联轴器一个很重要的功能就是吸收一定的误差，所以会看到各种各样的设计，

没有吸收误差功能的联轴器叫做刚性联轴器，有吸收误差功能的有弹性联轴器、万向联轴器等。这里我们买最便宜的绕线联轴器就行，当然有条件也可以买个梅花联轴器。联轴器也是一大类标准机械零件，所以也一样找几家联轴器的店铺去看所有宝贝就可以了。

最后，我们这个直线滑台需要一个驱动系统，我们采用步进电机作为驱动电机，这种电机工作原理和大家中学学的直流电机完全不同，大家先不用在意。之所以使用步进电机，是因为步进电机可以比较容易的控制转动的角度，从而使滑块定位在任何一个想要的位置。而普通的直流电机，只能做到通电转起来，停电慢慢停下，无法精确控制转动角度，所以这里不使用。

步进电机有各种大小、长度尺寸。我们这个直线滑台采用的电机为42步进电机，步进电机的方形外形对边距离为42mm。42步进电机长度有28、34、40、48、60几个尺寸，越长的电机输出力矩越大，常规的我们用42-40或者42-48步进电机就可以了。


审核编辑：刘清