螺桿驅動是最常見的移動平台配置：馬達旋轉，經螺桿把旋轉變成載台的線性移動。本文回答一個問題：螺桿平台怎麼做到微米定位，數字怎麼讀？
答案分兩層。傳動層：螺桿有梯形螺桿（摩擦驅動、有背隙、便宜）與滾珠螺桿（滾珠循環、近無背隙、精度高）兩類，精度差距在微米級。驅動層：步進馬達（開迴路、由步級角換算）與直流伺服（編碼器閉迴路）是兩種主流驅動，各有速度與精度的取捨。
本文說明兩類螺桿、兩種驅動、以及數字怎麼讀（步級角換算、滾珠螺桿 C 級、UTS 對照）。關鍵提醒：馬達軸的角度規格、整台平台的定位規格、加工件的尺寸公差，是三種不同的量，不能互相代用。
圖 1｜通用滾珠螺桿配置（非特定產品剖面）。螺帽固定於載台、不跟隨螺桿旋轉；選配編碼器量測馬達軸，讀不到螺桿後端的導程誤差、背隙與彈性變形。點圖可看原尺寸。
1. 梯形螺桿 vs 滾珠螺桿
兩類螺桿的差別在螺桿與螺帽之間是滑動還是滾動：
| 梯形螺桿 | 滾珠螺桿 | |
|---|---|---|
| 接觸方式 | 螺紋面滑動（摩擦驅動） | 滾珠循環滾動 |
| 背隙 | 有（需預壓或消隙機構） | 近無（預壓滾珠） |
| 自夾持 | 有（斷電不自滑） | 無（垂直軸需煞車） |
| 效率 | 低（摩擦損耗大） | 高（滾動損耗小） |
| 成本 | 低 | 高 |
| 典型精度 | 毫米級 | 微米級 |
梯形螺桿適合低精度、低速度、需要斷電自夾持的應用（例如夾具、升降）。滾珠螺桿適合微米級定位——近無背隙讓重複精度好，高效率讓同功率下速度更快。垂直軸用滾珠螺桿要加煞車或自夾持機構，因為它不自夾持。
2. 步進馬達：步級角、微步、開閉迴路
步進馬達靠脈衝一步一步轉，每步轉一個步級角。東方馬達的雙相 PKP/PK 基本步級角 1.8°（標準）/ 0.9°（高解析度），五相 PKP/PK 為 0.72° / 0.36°[1][2]。
**微步（細分）**把一個整步再分成多份，例如 16 細分把 0.72° 整步分成 16 個 0.045° 微步。微步提高平滑度、降低低頻振動，但不提高定位精度——精度仍受螺桿導程誤差與背隙限制。
步進常採開迴路：控制器以發出的脈衝數推算位置，不讀實際位置。過載或加速過快造成失步時，推算值不再代表實際位置。加裝編碼器可能只用來監視失步，也可能參與閉迴路修正，要看驅動器與接法[4]。
停止精度（型錄）：五相 0.72° 型 ±0.05°；美國站對 0.36° 型另寫 ±0.034°（無負載）；RKⅡ 組合 ±0.05° 註明無負載[3][5]。不能把全部高解析度型都寫成 ±0.05°——型號限制要逐個查。
3. 直流伺服：編碼器閉迴路
直流伺服馬達配編碼器形成閉迴路：編碼器讀實際位置，控制器修正誤差。Newport 的 UTS 系列提供同尺寸兩種驅動對照[9]：
| UTS-CC 有刷直流 | UTS-PP 步進 | |
|---|---|---|
| 行程 | 50 / 100 / 150 mm | 同左 |
| 最大速度 | 40 mm/s | 20 mm/s |
| 最小增量 | 0.3 μm | 0.3 μm（搭配 XPS；SMC100PP/ESP301 為 0.5 μm） |
| 雙向重複精度（保證） | ±1.75 μm | ±3.0 μm |
| 保證精度 | ±2.25 / ±2.75 / ±3.25 μm | ±2.5 / ±3.5 / ±4.0 μm |
UTS-CC 的旋轉編碼器直接裝在螺桿上（馬達經 11:4 皮帶減速帶動螺桿）；UTS-PP 經聯軸器帶動螺桿、以指令步數定位[9]。UTS-CC 軸向負載超過 1 kg 時最高速度降為 20 mm/s。這組直流版較快、雙向重複較緊，但不能推成所有直流馬達都優於所有步進馬達——取捨要看具體型號的轉矩—速度曲線與編碼器解析度。
UTS 手冊列測試環境 20 ±1 °C，達規格還要求安裝平面平面度 5 μm[10]。
4. 數字怎麼讀：換算、C 級、UTS 對照
步級角換算：直結、無減速機、先忽略螺桿與聯軸器誤差時，角度換算為 Δx = 導程 L × Δθ / 360°（毫米導程乘 1000 得微米）：
| 導程 | 五相 0.72° 整步 | 五相 0.36° 整步 | ±0.05° 換成直線 |
|---|---|---|---|
| 1 mm | 2.0 μm | 1.0 μm | ±0.14 μm |
| 2 mm | 4.0 μm | 2.0 μm | ±0.28 μm |
| 5 mm | 10 μm | 5.0 μm | ±0.69 μm |
| 10 mm | 20 μm | 10 μm | ±1.39 μm（RKⅡ 型錄寫 ±1.4） |
| 20 mm | 40 μm | 20 μm | ±2.78 μm |
RKⅡ 頁的導程 10 mm 例把 ±0.05° 換成 ±1.4 μm[3]——這只估算馬達角度誤差對直線位置的貢獻，不是整台螺桿平台的保證精度。若採 0.36° PKP 的 ±0.034°，同導程換算約 ±0.94 μm。
滾珠螺桿 C 級：要同時寫廠商、軸徑、導程、精度等級。上銀外循環型列軸徑 8–100 mm、導程 2.5–60 mm（不是每個軸徑都有每個導程），現貨轉造 C7 標 50 μm／300 mm[7][8]。THK 依 JIS B 1192（ISO 3408）的導程精度：C3 定位例（有效螺紋 ≤100 mm）代表運行距離誤差 8 μm、每 300 mm 變動 8 μm；C5 同長度 18 μm；C7 轉造例 ±50 μm／300 mm；C10 ±210 μm／300 mm[6]。縮短導程只縮小馬達角度誤差的換算值，不會消除螺桿本身的導程誤差。
5. 適用與限制
螺桿驅動平台適合微米級、長行程（mm 到 m）、中等速度、重負載的應用。它的精度上限由滾珠螺桿 C 級與背隙決定，典型在微米級；要次微米以下要換線性馬達或壓電（見本系列後續篇）。
常見誤解
- 「步級角越小越準」：錯。步級角決定單步位移，定位精度由螺桿導程誤差、背隙與閉迴路決定。0.36° 整步在導程 10 mm 上是 10 μm，比 0.72° 的 20 μm 小，但都不等於平台精度。
- 「閉迴路就準」：閉迴路修正馬達失步，但讀不到螺桿後端的導程誤差與背隙——編碼器裝在馬達軸上，讀的是馬達轉角，不是載台實際位置。
- 「C3 一定比 C7 好」：C 級是導程精度等級，C3 比 C7 緊，但整台平台精度還受背隙、導軌、安裝平面度與溫度影響。
給讀者的自我檢查
- 你能說出梯形螺桿與滾珠螺桿在背隙與自夾持上的差別嗎？
- 導程 10 mm、五相 0.72° 整步，單步位移是多少微米？
- 馬達軸的 ±0.05° 停止精度，能不能直接當成平台的定位精度？
回到開頭的問題：螺桿平台怎麼做到微米定位？答案是滾珠螺桿（近無背隙）加上閉迴路驅動（步進或直流伺服），精度由螺桿 C 級與背隙決定。適用條件：本文步進數字來自東方馬達、伺服例子來自 Newport，均為特定型號的型錄值。尚未解決的限制：馬達換得更細，平台不會自動換級——±0.05° 換算 ±1.39 μm 只是一項誤差分量；平台驗收讀整機規格，加工件驗收讀圖面與量測結果（見〈CNC 加工件的 10 μm 與 1 μm〉）。