如何给威洛博直线模组预留安全行程

一、几个关键概念先说清楚

在谈“安全行程”之前，先统一几个常见术语（不同资料叫法略有差异，但含义接近）：

工作行程（Working Stroke）

工件在威洛博直线模组上实际需要移动的有效距离。

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

安全行程 / 安全区（Safety Stroke / Safety Zone / Overtravel）

工作行程之外，为减速、保护限位开关、预留误差等留出的额外空间。

一些技术文档把滑块到端盖之间那段不用于正常工艺、只用于安全停机的距离就叫 “overtravel”，明确指出这段应该视作安全区。

硬限位（Hard Stop）

模组端部的机械止挡，例如端盖、挡块、缓冲器底座等。

这是“***一层保护”，理论上设计时不希望在正常运行中经常撞击到。

软限位 / 软件限位（Soft Limit）

在控制系统中设置的行程上限和下限，通过位置指令控制，不让模组运动超出范围。

多家控制器/模组目录中会强调软件限位是与硬限位配合使用的安全手段之一。

减速区（Deceleration Zone）

从正常运行速度开始减速，到安全速度甚至停下所需要的距离。

有些电动缸/直线模组说明书明确指出：位置传感器要安装在距离硬限位**“向内”**的一段距离，用作减速起点，而不是贴在机械极限点上。

总结一句话：

真正用来“干活”的只是工作行程，而总机械行程 = 工作行程 + 两侧的安全行程（包括减速区与缓冲区）。

二、安全行程为什么必须预留？不留会怎样？

行业资料对“端点保护”的共识很一致：

如果执行器在高速状态下直接撞上机械端点，很容易导致丝杆、导轨、皮带或缓冲结构受损。

典型风险包括：

电机还没来得及减速，滑台就顶在硬限位上；

弹性缓冲件压缩过度，反弹能量大，带来振动和冲击；

运动控制提示

限位开关安装太靠外，触发后剩余减速距离不够；

控制系统设置有误，软限位失效，只能依赖硬限位“硬生生挡住”。

这些情况，对任何品牌的直线模组都是压力测试。因此，多数厂商会在设计和样本中明确标出安全区 / Safety Zone / Inhibited Zone，提醒用户：

这些区域只用于减速和紧急缓冲，不适合作为正常工作行程使用。

三、行业资料里是怎么建议计算“安全行程”的？

不同厂商给出的经验公式略有差异，但思路有共通点：

1. 针对不同驱动方式的经验值

有一份面向直线执行器的应用文章，给出的经验建议是：

控制驱动自动化

同步带驱动模组：

每一端的安全行程可以按“电机两圈的行程”估算（总共约四圈对应的行程）。

滚珠丝杆驱动模组：

每一端至少预留“丝杆螺距的 2 倍”作为安全行程的起点，再结合实际速度和负载调整。

这类建议并不是硬性标准，但可以作为工程初步估算时的参考下限。

2. 结合具体速度和减速度来算减速距离

更严谨的做法，是用基本运动学关系估算减速距离：

减速距离 ≈ v² / (2·a)

v：当前轴的运行速度（m/s 或 mm/s）

a：允许的减速度

然后给安全行程留出：

减速区 + 机械和控制误差裕量 + 缓冲区

不少资料反复强调，传感器用来触发减速，而机械硬限位要在减速之后仍然有余量，不建议拿硬限位当日常“停车点”。

3. 供应商目录中的“固定 Safety Zone”

有些线性模组目录会直接给出固定的 Safety Zone 长度，比如：

某些型号在标准行程两端各有 100～125 mm 的安全区，不允许作为工作行程使用；

总长度 = 工作行程 + 两端安全区 + 端盖结构的固定长度。

Parker Hannifin Corporation

这类数据在威洛博直线模组具体型号的样本中也会按各自标准给出，所以在项目里规划行程时，要以威洛博样本里的推荐值为主，上面的经验公式更多用于你在方案阶段快速预估。

四、限位开关应该装在哪？别贴在硬限位上

关于限位开关的安装，工业控制领域有大量“最佳实践”文章，**观点集中在两点：

限位不能紧贴硬限位，应向内缩一定距离

这样，当滑台触发限位开关时，还有剩余减速距离；

控制系统可以在限位触发后立即减速或停机，而不是一边减速一边撞端盖。

原点开关位置要利于回零动作

需要考虑回零方向、初始位置以及软限位设置；

对威洛博直线模组来说，常见做法是将原点放在靠近某一端的“安全区”内，而不是放在工作行程中间。

以某电动缸手册为例，厂家明确说明：

位置传感器的安装位置与“减速开始位置”相关，而不是机械硬限位位置。传感器必须向内偏移，以便预留减速距离。

放到威洛博直线模组上，可以理解为：

在 CAD 布局时，就要画出：

工作行程范围；

限位开关触发位置；

硬限位位置；

并保证“限位触发 → 减速完成 → 停止”这一段，仍然在安全行程之内，不会冲到硬限位。

五、缓冲区怎么设计？弹簧、橡胶、油压缓冲器有何差异？

当发生极端情况（例如编码器丢步、限位损坏、机械卡滞）时，缓冲区就是***抵挡冲击的区域。

行业上常见的缓冲方式大致有三类：

弹簧、橡胶垫一类的弹性缓冲件

优点：结构简单、成本低。

特点：在行程末端压缩后，会储存一定弹性势能，压缩越多反弹越***；

对惯量较大的负载，如果压缩到极限，反向冲击可能比较明显。

工业油压缓冲器（Shock Absorber）

通过内部节流和油液流动，把冲击能量转化为热量并慢慢释放；

停车过程更平顺，对导轨和丝杆的冲击更可控，适合速度和负载都不算小的应用。

内部气垫 / 气动缓冲结构（常见于部分气缸）

通过截留部分空气形成气垫来缓冲；

资料中会特别提醒：超过内部缓冲能力，密封件容易受伤，需要外置缓冲补充。

放到威洛博直线模组里，一般推荐思路是：

中低速、小惯量：

配合合适的减速区设置，端部可用机械挡块＋弹性垫作为偶发缓冲。

中高速、较大惯量：

尽量采用足够长的减速区，必要时在端部增设工业缓冲器，并把缓冲器的行程也算入安全区。

这里仍然要强调：缓冲是***防线，不是日常停车点。日常停车应在接近工作行程边界而非紧贴缓冲器位置。

六、给威洛博直线模组规划安全行程的实用步骤

结合上面的行业共识，做项目时可以用一套“通用步骤”来规划威洛博直线模组的行程和安全区：

Step 1：明确工作行程

写清楚工件从点 A 到点 B 的实际距离；

如果有多工位（例如 4 个工位），写出每个工位的坐标和间距；

这一步只描述“工艺动作的空间需求”。

Step 2：估算所需减速距离

选定该轴的正常运行速度 v；

结合设备能接受的减速度 a，按 v² / (2a) 估算一次减速所需的距离；

如果节拍允许，可以稍微加长减速距离，让运动更平稳。

Step 3：按照驱动方式给出初步安全行程

结合经验值：

威洛博同步带直线模组：

每端预留至少相当于电机两圈行程的安全区，或约占工作行程 5～10% 的空间，作为起点。

威洛博丝杆直线模组：

每端至少预留“丝杆导程 2～3 倍”的空间，叠加减速距离的需求。

然后对照威洛博具体系列样本中给出的 Safety Zone 或推荐过行程值进行修正。

Step 4：布置限位与原点位置

把硬限位放在机械极限处；

把行程限位开关向内缩一段距离，让“限位触发 → 停车”发生在安全区内；

把原点开关放在某一侧安全区的合适位置，方便回零并与软限位配合使用。

Step 5：预留缓冲安装位（如有）

根据速度和负载，确定是否需要端部缓冲器；

如有工业缓冲器，需要考虑其行程和安装空间，并把缓冲器完全压缩之前的距离也算入安全行程；

相关尺寸在布局图上明确标注，方便机械设计和后续维护。

Step 6：让威洛博工程师复核

***一步非常关键：

把上述行程划分（工作行程、减速区、安全区、硬限位位置、传感器位置），连同速度、负载、安装方式等信息，一起发给威洛博技术或项目支持人员，请他们根据各型号的实际限制（丝杆临界转速、导轨容许载荷、内置限位结构、出厂调试方式等）做一次复核。

这样可以在设计阶段就发现潜在风险，而不是等设备装好、调试时才发现行程不够、安全区太短或限位位置不合适。

七、小结：安全行程不是“浪费行程”，而是威洛博方案的一部分

可以用一句简短的话概括本文的思路：

威洛博直线模组的行程规划，要把工作行程、安全行程、减速区和缓冲区当成一个整体去设计，而不是“有多少用多少”。

工作行程：只负责工艺动作；

减速区：保证从工作速度过渡到安全速度；

安全行程 / Overtravel：给误差、控制响应、限位保护留余地；

缓冲区：处理极端工况下的剩余能量。

后续如果你愿意，我们可以针对具体的 威洛博丝杆模组 或 威洛博同步带模组，做一篇带数字的“样例算例”，比如：

有效行程 800 mm、比较大速度 1 m/s、负载 20 kg，

分别用威洛博丝杆模组 / 同步带模组时，

该如何设定减速距离和安全行程、限位位置与缓冲配置。