DIY还是合作？通往理想的直线推杆导向之路。

当机器设计人员需要将电机扭矩转换为直线推力时，他们通常会指定带有集成丝杠和螺母的步进电机。这种配置被称为步进电机直线推杆（SMLA），可以沿直线路径提供精确的控制、可靠性和多功能性，但即使存在很小的力矩或侧向负载，也有必要添加额外的直线导轨。设计良好的导向机构可以防止侧向载荷可能带来的任何束缚、折弯、屈曲或其他功能障碍。

从表面上看，为SMLA添加导向似乎很容易，以至于有经验的工程师可能会自己设计，但考虑到可能涉及的计算的复杂性，即使在很小的应用中，DIY策略也可能不值得一试。确定适合任何应用的方法需要仔细考虑运动曲线、可用时间和预算、空间考虑、集成和支持。

为什么选择SMLA

SMLA通常由步进电机和集成梯形丝杠组成，该梯形丝杠驱动负载来回直线运动。SMLA是高度可靠、经济的主力产品，可驱动许多需要精确启停以及高可编程性的应用，例如显微镜载物台调整、3D打印头移动和移液等。（图 1）

图1.上图：所有SMLA都有一个步进电机、集成梯形丝杠和一个螺母，它们的区别是通过旋转梯形丝杠/螺母，还是驱动传统推杆型直杆的梯形丝杠来进行运动转换。下图：理想的SMLA应用包括（从左到右）移液、显微镜载物台调整、流体泵送和3D打印。图片由Thomson Industries，Inc.提供

对导向的需求

SMLA沿直线轴提供推力，但不能承受侧向载荷。垂直于此轴的不良载荷可能由以下因素引起：

• 未对准载荷引起的弯曲矩力
• 振动和冲击载荷，尤其是在具有机械冲击或振荡的环境中。
• 组件之间的热膨胀差异。
• 重力

无论是单独还是组合施加的这种力都会加剧部件磨损或变形。它们会导致折弯和屈曲、过早失效以及轴承或丝杠螺母和螺纹上的应力增加。错位、摩擦增加和材料疲劳也会导致整体性能下降和系统寿命缩短。

避免力矩或侧向载荷的负面影响需要增加额外的导向，以防止外力影响载荷的直线运动。导向通常涉及在梯形丝杠外部部署额外的圆形或方形导轨和轴承。用户或OEM工厂面临的挑战是如何在狭小空间内以低成本实现稳健的导向。

添加导向

负载越大，速度越高，以理想的方式添加导向就越复杂。这涉及以下步骤：

• 评估间距、预算和交付参数
• 确定适合采用圆轨、方轨还是其他导向机构
• 进行优化运算，这可能需要数天时间。
• 在CAD中实现终稿设计
• 组装
• 测试

有时可以自己用现成的组件组装一个紧凑的直线运动系统，将推力和导轨集成到一个小型单元中。但是，通常需要额外的专业知识才能得出理想的解决方案。机器设计师需要选择是自己组装直线运动系统（可能存在未知风险），或者是依靠具有数十年应用专业知识的运动控制制造商来创建高度配置且通常采用标准组件的解决方案

DIY?

自己设计一个紧凑的直线运动系统可能会以较低成本获得更为定制化的解决方案，并且可以在大批量应用中产生规模经济效益，但也有许多潜在的缺点。

没有丰富系统设计经验的机器设计人员可能会在谨慎和过度设计方面犯错误。虽然过度设计可能会降低风险，但它通常也会增加复杂性。例如，过大的轨道能提供更多的支撑，但也会增加成本和占用空间。工程项目在第一次迭代中失败并不罕见，这可能需要回到起点，进一步增加成本和延迟。

许多（如果不是绝大多数）DIY项目集成了来自不同供应商的组件，这些组件不太可能以理想的方式协同工作。如果出现问题，可能出现零部件供应商之间的相互推诿。同样，维护和支持也可能是一个问题，特别是如果原来的内部设计团队不再可用来完成项目。

合作取得成功

与能够通过标准或略微修改的组件实现“恰到好处”的配置的供应商合作将有助于避免此类问题。供应商在为各种应用定制直线运动系统方面拥有更为丰富的经验。供应商可能已经开发了配置规范、CAD模型和在线工具来促进该过程，以及使他们能够更高效地加工零件的实体工具。供应商也可能拥有经过预先测试的模块，无需进行重大定制即可轻松适合应用。（图2）模块化使供应商能够交付高度配置的标准产品，而不会增加与产品定制相关的成本。

图2. 运动工程师拥有无数标准配置选项，可用于向SMLA添加导向。例如，根据应用要求以及安装和空间考虑因素，他们可以使用垂直（左）或水平（中）放置的导轨和梯形丝杠。或者，他们可以在梯形丝杠的两侧（右）使用圆轨来帮助承受更高的力矩负载。图片由Thomson Industries， Inc.提供

供应商还对产品的运行负责——一般通过提供保修服务。如果在工厂集成，设计人员可以更有信心地认为组件之间不会出现不匹配的情况。供应商还拥有合理利用狭小空间的经验，从而生产出更紧凑的直线运动系统。一些供应商还免费提供定制服务。这些供应商优势和能力带来的结果是更少的时间、麻烦和维护，更快的解决方案，重要的是，降低了总拥有成本。

安全的选择

如果您需要定制一个大容量直线运动系统项目，拥有可用的时间和专业知识，并且可以承受一些风险，那么您可以通过自己构建来降低拥有引导系统的成本。否则，与经验丰富的供应商工程团队合作，为您的应用使用标准组件组装一个高度配置、紧凑的直线运动系统，可能会让您更快、更低风险地获得所需的优化产品。