數(shù)控機(jī)床垂向滾珠絲杠制動(dòng)裝置

黨金行

（山東威達(dá)重工股份有限公司，山東滕州 277500）

數(shù)控機(jī)床的軸向運(yùn)動(dòng)，主要是用滾珠絲杠副進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的。通常鉛垂使用的滾珠絲杠副承受著牽引力和部件重力的合力作用。由于滾珠絲杠副不能自鎖，所以，在停機(jī)狀態(tài)下，鉛垂軸部件會(huì)自然下滑。目前解決方案有兩種形式：增加平衡錘或采用平衡油缸。這兩種方法均有缺點(diǎn)：增加平衡錘，即增加了運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，運(yùn)動(dòng)慣量加大，加速度降低，使快速移動(dòng)速度下降；而采用平衡油缸，則需增加一套液壓附件，使機(jī)床結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，制造成本增加。為了更好地解決這個(gè)問題，在這里介紹一種失電制動(dòng)機(jī)構(gòu)：數(shù)控機(jī)床垂向滾珠絲杠制動(dòng)裝置，簡稱絲杠制動(dòng)裝置。

1 構(gòu)成及安裝

該絲杠制動(dòng)裝置主要由外置失電制動(dòng)器、內(nèi)置失電制動(dòng)器、接近開關(guān)和電氣等構(gòu)成。圖1是垂向滾珠絲杠副上部剖視圖，滾珠絲杠副17、軸承1、套2、軸承蓋3和螺母裝在絲杠座15上，絲杠座15固裝在機(jī)床軀體16上，皮帶輪7裝在絲杠上端。其特點(diǎn)是：在軸承蓋3和皮帶輪7之間，裝有外置失電制動(dòng)器5。外置失電制動(dòng)器5的基體固定安裝在制動(dòng)座6上，制動(dòng)座6固定安裝在絲杠座15上，外置失電制動(dòng)器5帶有動(dòng)片4，動(dòng)片4固定安裝在滾珠絲杠副17上。設(shè)有內(nèi)置失電制動(dòng)器14的伺服電動(dòng)機(jī)12，同裝在絲杠座15上，伺服電動(dòng)機(jī)12通過皮帶輪13、7和皮帶11與滾珠絲杠副17上端相連。另有一接近開關(guān)8，也固定安裝在絲杠座15上，控制接近開關(guān)8的彎片9，固定安裝在皮帶輪7上。

2 工作原理

當(dāng)數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，垂向伺服電動(dòng)機(jī)、內(nèi)置失電制動(dòng)器、外置失電制動(dòng)器也都在工作，此時(shí)的內(nèi)置失電制動(dòng)器和外置失電制動(dòng)器都處于通電狀態(tài)，沒有制動(dòng)作用；當(dāng)機(jī)床處于非工作狀態(tài)或出現(xiàn)故障，特別是皮帶11斷裂或伺服電動(dòng)機(jī)12失控?cái)嚯姇r(shí)，內(nèi)置失電制動(dòng)器和外置失電制動(dòng)器也都隨之?dāng)嚯?，并及時(shí)轉(zhuǎn)向制動(dòng)狀態(tài)，從而使?jié)L珠絲杠副無法動(dòng)作，即遏制了數(shù)控機(jī)床鉛垂軸部件的下滑，保證了機(jī)床的正常工作。

該絲杠制動(dòng)裝置的控制原理（見圖2），控制控系統(tǒng)是由兩個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)組成：一個(gè)是數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)及伺服電動(dòng)機(jī)尾部的反饋信號構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中內(nèi)置失電制動(dòng)器通過中間繼電器1接受數(shù)控系統(tǒng)的控制，數(shù)控系統(tǒng)通過反饋信號對伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，并隨時(shí)控制內(nèi)置失電制動(dòng)器的工作狀態(tài)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)，內(nèi)置失電制動(dòng)器就會(huì)及時(shí)實(shí)施制動(dòng)。第二個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器、伺服電動(dòng)機(jī)、皮帶組件、滾珠絲杠及接近開關(guān)的反饋信號構(gòu)成。其中外置失電制動(dòng)器通過中間繼電器2接受數(shù)控系統(tǒng)的控制，數(shù)控系統(tǒng)通過接近開關(guān)的反饋信號對滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，并隨時(shí)控制外置失電制動(dòng)器的工作狀態(tài)。當(dāng)皮帶斷裂或閉環(huán)內(nèi)某個(gè)部位出現(xiàn)故障時(shí)，鉛垂軸部件就會(huì)自然下滑，并且反過來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，接近開關(guān)將得到一個(gè)不正常的信號，數(shù)控系統(tǒng)收到反饋信號后就立即控制外置失電制動(dòng)器實(shí)施制動(dòng)。

從以上可以看出：第一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)包含在第二個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中，因此，本絲杠制動(dòng)裝置具有兩級安全功能。

3 注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)和使用該絲杠制動(dòng)裝置時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①外置失電制動(dòng)器的額定轉(zhuǎn)矩一般比伺服電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩要大1.2～1.5倍；②外置失電制動(dòng)器最好選用專業(yè)廠家的配套產(chǎn)品，不需自行設(shè)計(jì)；③電氣控制示意圖及原理，應(yīng)事先與數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商協(xié)商；④本制動(dòng)裝置也可以用于伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直接聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)。

4 結(jié)語

本絲杠制動(dòng)裝置在XH2412龍門式加工中心和XH1105立式加工中心上已經(jīng)使用2年多，并逐步批量生產(chǎn)。經(jīng)分析對比可以得出如下結(jié)論：

（1）由于數(shù)控機(jī)床每次重新啟動(dòng)時(shí)都要回一次參考點(diǎn)，所以使用該裝置不影響機(jī)床精度；

（2）使用該裝置的成本僅是平衡油缸成本的1/8-1/10；

（3）結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間，不污染環(huán)境；

（4）外置失電制動(dòng)器有專業(yè)廠家生產(chǎn)，不需自行設(shè)計(jì)；

（5）安全可靠，幾乎不用日常維護(hù)。

1 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

2 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編寫組.機(jī)床設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1979.