伺服和步进驱动电动线性执行器是一种有效和经济的方式，为各种机器应用提供精确的运动控制。开云体育store

芯片麦克丹尼尔
AutomationDirect

说到自动化机械，毫无疑问，观察一个高速的机械臂进行复杂的动作会让人印象深刻。但是，尽管机器人的价格和复杂性已经有所下降，但现实是，很大一部分自动化机器依赖于更直接的线性驱动方法。

线性执行器可以电动，气动，甚至液压驱动，这取决于力，速度，精度和成本要求，并且每种技术都有特定的用例。然而，有许多原因，特别是电动线性执行器，特别是那些由伺服或步进电机操作的执行器，可以成为各种应用的首选解决方案。开云体育store当这些设备与紧凑的可编程逻辑控制器(plc)集成在一起，以提供完整的物联网(IoT)运动解决方案时，情况尤其如此。

保持运动规律
为什么在设计如此广泛的机械时，直线运动如此重要?考虑一些最常见的运动任务:

• 移动产品托盘或夹具进行加工或装配操作
• 定位制造功能，如钻孔，插入，粘合，或胶带
• 从托盘和包装容器中取出和放置产品或零件

执行这些动作的最简单方法通常是控制物理机构的线性运动。适当的设计，直线运动可以很容易控制和监测，并提供可靠的力和精度。

有时，直线运动只需要在单线方向上进行，比如用“X”轴在固定产品上移动切刀。其他时候，用户需要设备在一个平面上导航，比如在“X-Y”轴上引导激光经过要雕刻的表面。在其他情况下，设备必须在“Z”轴上上下移动，也许是为了应用切削工具。无论设备运动是单轴还是多轴，用户都可以开发夹具和末端工具来处理几乎任何应用。

在一个或多个轴上运动的机械系统有时被称为笛卡尔设备，或者可能是龙门架。根据应用的不同，设计师需要考虑和平衡以下物理细节:

• 负载的性质和大小，因为这将决定承载它的支撑和移动它所需的力
• 整体行程距离
• 如何处理旅行终点站(超额旅行)和中间站
• 是否需要可调节的定位，或者位置开关是否合适
• 旅行速度
• 精度

在这里，我们将解决大约一米或更短的运动距离和尺寸，可以使用现成的线性执行器和幻灯片实现，而不是需要定制工程的大型设备。现成的线性执行器，特别是由伺服或步进驱动时，为创建必要的运动提供了理想的方式，并且它们很容易与紧凑型plc集成，提供完整的控制解决方案，包括物联网连接。

线性执行器基础知识
原始设备制造商、系统集成商和其他设计机械的人员通常倾向于尽可能使用现成的硬件、电子产品和软件，而不是执行定制开发。

电机驱动的电动线性执行器，以及与之相关的机械滑块，代表了一种现成的设备，可以帮助设计师快速创建机器运动解决方案。线性执行器利用机械方法将电机的旋转运动转换为线性运动。现有的线性执行器主要有三种类型:

• 丝杠驱动-使用带简单螺母的螺纹轴。电机在固定底座内旋转轴，同时螺母沿螺纹移动车厢。该技术可用于轻负荷或重负荷，与滚珠丝杠驱动相比，它是一种相对低成本的选择。
• 滚珠丝杠驱动-很像丝杠驱动驱动器，但滚珠轴承在球螺母和轴之间连续循环，以减少摩擦和长寿命提供重载处理。该技术适用于轻负载和重负载，即使在高速和频繁占空比下也能提供高性能。
• 皮带传动-由安装在底座内两个皮带轮之间的齿形皮带(通常称为同步带)组成，与其他两种类型相比，它可以在更远的距离上提供简单而可靠的马车运动，尽管精度不如螺旋传动的安排。

一些线性执行器准备接受各种电机尺寸，而另一些是完整的包，包括电机。设计人员可以根据需要安排线性执行器来驱动设备和机构，但他们也必须做出其他规定，以引导设备与适当的低摩擦支撑沿行程的长度。有时采用车轮和轨道的形式，而其他时候，他们可能会选择使用非驱动(被动)线性滑道，这些滑道通常可从同一线性执行器供应商获得。开云体育电脑版

控制驱动器
线性执行器可与各种硬件和联轴器安装小型NEMA框架步进和伺服电机，根据需要。

当被脉冲触发时，步进电机以小幅度的增量移动，每个脉冲一个“步骤”。一个典型的例子可能是每360度旋转200步，但更精细的微步模式是可用的。大多数步进电机不包含内置的编码器反馈，因此需要额外的规定定期检查其位置状态。特别是当大到足以克服更重的负载时，步进器是一种有用和经济的方式来精确移动和定位线性驱动器。

伺服电机是一个高性能的解决方案比步进电机精确控制的位置，速度，和扭矩复杂的运动轮廓。一个完整的伺服系统由电机、驱动器和反馈元件组成，因此比其他技术更昂贵和复杂。由于工业伺服系统包含恒定的位置反馈，它们可以立即确定扰动何时发生，并且可以施加更大的扭矩来克服扰动，关闭并警告上游设备和/或操作员发生了问题。系统设计者有很大的灵活性来决定如何处理异常。

应用所需的性能将决定哪种电机控制类型是最好的。基本思想是，每一个线性驱动器类型将有一个特定的旅行距离，为每一个整个旋转的电机。有了这些知识，用户可以根据需要命令步进或伺服电机来完成线性移动。对于更高级的应用，用户可以指定运动轮开云体育store廓，根据需要加速和减速执行器，以保护有效载荷，提供最佳定位精度，并执行其他功能。

大多数线性驱动系统将需要一些其他信号，由超行程和寻的位置传感器提供。如果执行器在一个方向上移动得太远，超行程传感器就会工作，提供故障保险方法，在设备发生损坏之前停止设备。寻的传感器允许自动化周期性地(有时一个周期一次)运行设备到一个“已知”位置以验证系统的校准。这对步进和伺服都是重要的，但步进可能需要更频繁的归巢，以防他们陷入停滞和“错过”或“跳过”一步。

在过去的几年里，所有这些运动控制通常都需要步进/伺服电机控制，一个或多个专用运动控制器，以及监控PLC。但是今天，一些甚至是最紧凑的plc都包含内置的软件指令和高速输入/输出规定，可以直接命令步进和伺服控制。

使用PLC作为一体化运动控制解决方案的另一个好处是，它可以很好地与工业人机界面(hmi)配合使用，实现位置可视化，以及与这些自动化系统本机可用的广泛远程可视化和物联网连接。用户可以创建一台运行良好的机器，同时通过网络浏览器和移动设备通知操作员。

总结
线性驱动对许多类型的应用都很有用。开云体育store例如，在用于处理产品和有效载荷的取放应用程序(具有多种夹具类型开云体育store)中。此外，工业级自动化的切割机，路由器，数控机床等，以及商业级控制的3D打印机，激光雕刻机，乙烯基切割机，和其他类似的应用。开云体育store

通过选择现成的线性执行器，并将其与现代plc控制的步进或伺服电机配对，原始设备制造商和设计人员可以可靠地快速创建高效、准确和强大的机器自动化，并内置物联网连接。

AutomationDirect
www.automationdirect.com