如何給威洛博直線模組預(yù)留安全行程

一、幾個關(guān)鍵概念先說清楚

在談“安全行程”之前，先統(tǒng)一幾個常見術(shù)語（不同資料叫法略有差異，但含義接近）：

工作行程（Working Stroke）

工件在威洛博直線模組上實際需要移動的有效距離。

例如：從上料位到下料位，中心距 600 mm，這 600 mm 就是工作行程。

安全行程 / 安全區(qū)（Safety Stroke / Safety Zone / Overtravel）

工作行程之外，為減速、保護(hù)限位開關(guān)、預(yù)留誤差等留出的額外空間。

一些技術(shù)文檔把滑塊到端蓋之間那段不用于正常工藝、只用于安全停機(jī)的距離就叫 “overtravel”，明確指出這段應(yīng)該視作安全區(qū)。

硬限位（Hard Stop）

模組端部的機(jī)械止擋，例如端蓋、擋塊、緩沖器底座等。

這是“***一層保護(hù)”，理論上設(shè)計時不希望在正常運(yùn)行中經(jīng)常撞擊到。

軟限位 / 軟件限位（Soft Limit）

在控制系統(tǒng)中設(shè)置的行程上限和下限，通過位置指令控制，不讓模組運(yùn)動超出范圍。

多家控制器/模組目錄中會強(qiáng)調(diào)軟件限位是與硬限位配合使用的安全手段之一。

減速區(qū)（Deceleration Zone）

從正常運(yùn)行速度開始減速，到安全速度甚至停下所需要的距離。

有些電動缸/直線模組說明書明確指出：位置傳感器要安裝在距離硬限位**“向內(nèi)”**的一段距離，用作減速起點，而不是貼在機(jī)械極限點上。

總結(jié)一句話：

真正用來“干活”的只是工作行程，而總機(jī)械行程 = 工作行程 + 兩側(cè)的安全行程（包括減速區(qū)與緩沖區(qū)）。

二、安全行程為什么必須預(yù)留？不留會怎樣？

行業(yè)資料對“端點保護(hù)”的共識很一致：

如果執(zhí)行器在高速狀態(tài)下直接撞上機(jī)械端點，很容易導(dǎo)致絲桿、導(dǎo)軌、皮帶或緩沖結(jié)構(gòu)受損。

典型風(fēng)險包括：

電機(jī)還沒來得及減速，滑臺就頂在硬限位上；

彈性緩沖件壓縮過度，反彈能量大，帶來振動和沖擊；

運(yùn)動控制提示

限位開關(guān)安裝太靠外，觸發(fā)后剩余減速距離不夠；

控制系統(tǒng)設(shè)置有誤，軟限位失效，只能依賴硬限位“硬生生擋住”。

這些情況，對任何品牌的直線模組都是壓力測試。因此，多數(shù)廠商會在設(shè)計和樣本中明確標(biāo)出安全區(qū) / Safety Zone / Inhibited Zone，提醒用戶：

這些區(qū)域只用于減速和緊急緩沖，不適合作為正常工作行程使用。

三、行業(yè)資料里是怎么建議計算“安全行程”的？

不同廠商給出的經(jīng)驗公式略有差異，但思路有共通點：

1. 針對不同驅(qū)動方式的經(jīng)驗值

有一份面向直線執(zhí)行器的應(yīng)用文章，給出的經(jīng)驗建議是：

控制驅(qū)動自動化

同步帶驅(qū)動模組：

每一端的安全行程可以按“電機(jī)兩圈的行程”估算（總共約四圈對應(yīng)的行程）。

滾珠絲桿驅(qū)動模組：

每一端至少預(yù)留“絲桿螺距的 2 倍”作為安全行程的起點，再結(jié)合實際速度和負(fù)載調(diào)整。

這類建議并不是硬性標(biāo)準(zhǔn)，但可以作為工程初步估算時的參考下限。

2. 結(jié)合具體速度和減速度來算減速距離

更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龇?，是用基本運(yùn)動學(xué)關(guān)系估算減速距離：

減速距離 ≈ v2 / (2·a)

v：當(dāng)前軸的運(yùn)行速度（m/s 或 mm/s）

a：允許的減速度

然后給安全行程留出：

減速區(qū) + 機(jī)械和控制誤差裕量 + 緩沖區(qū)

不少資料反復(fù)強(qiáng)調(diào)，傳感器用來觸發(fā)減速，而機(jī)械硬限位要在減速之后仍然有余量，不建議拿硬限位當(dāng)日?！巴＼圏c”。

3. 供應(yīng)商目錄中的“固定 Safety Zone”

有些線性模組目錄會直接給出固定的 Safety Zone 長度，比如：

某些型號在標(biāo)準(zhǔn)行程兩端各有 100～125 mm 的安全區(qū)，不允許作為工作行程使用；

總長度 = 工作行程 + 兩端安全區(qū) + 端蓋結(jié)構(gòu)的固定長度。

Parker Hannifin Corporation

這類數(shù)據(jù)在威洛博直線模組具體型號的樣本中也會按各自標(biāo)準(zhǔn)給出，所以在項目里規(guī)劃行程時，要以威洛博樣本里的推薦值為主，上面的經(jīng)驗公式更多用于你在方案階段快速預(yù)估。

四、限位開關(guān)應(yīng)該裝在哪？別貼在硬限位上

關(guān)于限位開關(guān)的安裝，工業(yè)控制領(lǐng)域有大量“最佳實踐”文章，**觀點集中在兩點：

限位不能緊貼硬限位，應(yīng)向內(nèi)縮一定距離

這樣，當(dāng)滑臺觸發(fā)限位開關(guān)時，還有剩余減速距離；

控制系統(tǒng)可以在限位觸發(fā)后立即減速或停機(jī)，而不是一邊減速一邊撞端蓋。

原點開關(guān)位置要利于回零動作

需要考慮回零方向、初始位置以及軟限位設(shè)置；

對威洛博直線模組來說，常見做法是將原點放在靠近某一端的“安全區(qū)”內(nèi)，而不是放在工作行程中間。

以某電動缸手冊為例，廠家明確說明：

位置傳感器的安裝位置與“減速開始位置”相關(guān)，而不是機(jī)械硬限位位置。傳感器必須向內(nèi)偏移，以便預(yù)留減速距離。

放到威洛博直線模組上，可以理解為：

在 CAD 布局時，就要畫出：

工作行程范圍；

限位開關(guān)觸發(fā)位置；

硬限位位置；

并保證“限位觸發(fā) → 減速完成 → 停止”這一段，仍然在安全行程之內(nèi)，不會沖到硬限位。

五、緩沖區(qū)怎么設(shè)計？彈簧、橡膠、油壓緩沖器有何差異？

當(dāng)發(fā)生極端情況（例如編碼器丟步、限位損壞、機(jī)械卡滯）時，緩沖區(qū)就是***抵擋沖擊的區(qū)域。

行業(yè)上常見的緩沖方式大致有三類：

彈簧、橡膠墊一類的彈性緩沖件

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低。

特點：在行程末端壓縮后，會儲存一定彈性勢能，壓縮越多反彈越***；

對慣量較大的負(fù)載，如果壓縮到極限，反向沖擊可能比較明顯。

工業(yè)油壓緩沖器（Shock Absorber）

通過內(nèi)部節(jié)流和油液流動，把沖擊能量轉(zhuǎn)化為熱量并慢慢釋放；

停車過程更平順，對導(dǎo)軌和絲桿的沖擊更可控，適合速度和負(fù)載都不算小的應(yīng)用。

內(nèi)部氣墊 / 氣動緩沖結(jié)構(gòu)（常見于部分氣缸）

通過截留部分空氣形成氣墊來緩沖；

資料中會特別提醒：超過內(nèi)部緩沖能力，密封件容易受傷，需要外置緩沖補(bǔ)充。

放到威洛博直線模組里，一般推薦思路是：

中低速、小慣量：

配合合適的減速區(qū)設(shè)置，端部可用機(jī)械擋塊＋彈性墊作為偶發(fā)緩沖。

中高速、較大慣量：

盡量采用足夠長的減速區(qū)，必要時在端部增設(shè)工業(yè)緩沖器，并把緩沖器的行程也算入安全區(qū)。

這里仍然要強(qiáng)調(diào)：緩沖是***防線，不是日常停車點。日常停車應(yīng)在接近工作行程邊界而非緊貼緩沖器位置。

六、給威洛博直線模組規(guī)劃安全行程的實用步驟

結(jié)合上面的行業(yè)共識，做項目時可以用一套“通用步驟”來規(guī)劃威洛博直線模組的行程和安全區(qū)：

Step 1：明確工作行程

寫清楚工件從點 A 到點 B 的實際距離；

如果有多工位（例如 4 個工位），寫出每個工位的坐標(biāo)和間距；

這一步只描述“工藝動作的空間需求”。

Step 2：估算所需減速距離

選定該軸的正常運(yùn)行速度 v；

結(jié)合設(shè)備能接受的減速度 a，按 v2 / (2a) 估算一次減速所需的距離；

如果節(jié)拍允許，可以稍微加長減速距離，讓運(yùn)動更平穩(wěn)。

Step 3：按照驅(qū)動方式給出初步安全行程

結(jié)合經(jīng)驗值：

威洛博同步帶直線模組：

每端預(yù)留至少相當(dāng)于電機(jī)兩圈行程的安全區(qū)，或約占工作行程 5～10% 的空間，作為起點。

威洛博絲桿直線模組：

每端至少預(yù)留“絲桿導(dǎo)程 2～3 倍”的空間，疊加減速距離的需求。

然后對照威洛博具體系列樣本中給出的 Safety Zone 或推薦過行程值進(jìn)行修正。

Step 4：布置限位與原點位置

把硬限位放在機(jī)械極限處；

把行程限位開關(guān)向內(nèi)縮一段距離，讓“限位觸發(fā) → 停車”發(fā)生在安全區(qū)內(nèi)；

把原點開關(guān)放在某一側(cè)安全區(qū)的合適位置，方便回零并與軟限位配合使用。

Step 5：預(yù)留緩沖安裝位（如有）

根據(jù)速度和負(fù)載，確定是否需要端部緩沖器；

如有工業(yè)緩沖器，需要考慮其行程和安裝空間，并把緩沖器完全壓縮之前的距離也算入安全行程；

相關(guān)尺寸在布局圖上明確標(biāo)注，方便機(jī)械設(shè)計和后續(xù)維護(hù)。

Step 6：讓威洛博工程師復(fù)核

***一步非常關(guān)鍵：

把上述行程劃分（工作行程、減速區(qū)、安全區(qū)、硬限位位置、傳感器位置），連同速度、負(fù)載、安裝方式等信息，一起發(fā)給威洛博技術(shù)或項目支持人員，請他們根據(jù)各型號的實際限制（絲桿臨界轉(zhuǎn)速、導(dǎo)軌容許載荷、內(nèi)置限位結(jié)構(gòu)、出廠調(diào)試方式等）做一次復(fù)核。

這樣可以在設(shè)計階段就發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險，而不是等設(shè)備裝好、調(diào)試時才發(fā)現(xiàn)行程不夠、安全區(qū)太短或限位位置不合適。

七、小結(jié)：安全行程不是“浪費(fèi)行程”，而是威洛博方案的一部分

可以用一句簡短的話概括本文的思路：

威洛博直線模組的行程規(guī)劃，要把工作行程、安全行程、減速區(qū)和緩沖區(qū)當(dāng)成一個整體去設(shè)計，而不是“有多少用多少”。

工作行程：只負(fù)責(zé)工藝動作；

減速區(qū)：保證從工作速度過渡到安全速度；

安全行程 / Overtravel：給誤差、控制響應(yīng)、限位保護(hù)留余地；

緩沖區(qū)：處理極端工況下的剩余能量。

后續(xù)如果你愿意，我們可以針對具體的 威洛博絲桿模組 或 威洛博同步帶模組，做一篇帶數(shù)字的“樣例算例”，比如：

有效行程 800 mm、比較大速度 1 m/s、負(fù)載 20 kg，

分別用威洛博絲桿模組 / 同步帶模組時，

該如何設(shè)定減速距離和安全行程、限位位置與緩沖配置。