高可靠性失電制動進(jìn)給箱設(shè)計

趙康原，李立強

（齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

1 引言

我國立式加工中心、數(shù)控立式車床、數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控龍門移動式鏜銑床垂直刀架滑枕的Z 軸進(jìn)給箱和橫梁升降W 軸進(jìn)給箱中，一般使用滾珠絲杠、齒輪齒條驅(qū)動滑枕、橫梁作進(jìn)給運動，由于滾珠絲杠、齒輪齒條傳動結(jié)構(gòu)不能自鎖，滑枕、橫梁在機(jī)器控制故障意外切斷驅(qū)動電源或斷電情況由于自身重力的作用下向下產(chǎn)生滑落，為了克服滑枕、橫梁自身的重力，進(jìn)給箱一般選用帶抱閘型伺服電機(jī)進(jìn)行制動，在機(jī)床斷電時，帶抱閘型的伺服電機(jī)制動滑枕、橫梁，但是，當(dāng)伺服電機(jī)發(fā)生故障時，將會導(dǎo)致滑枕、橫梁滑落事故。

為了克服上述不足，研制了一種高可靠性失電制動進(jìn)給箱，該進(jìn)給箱具有制動扭矩大、可靠性高、安全性好的特點，在伺服電機(jī)發(fā)生故障時，該進(jìn)給箱仍能安全、可靠地對垂直進(jìn)給部件進(jìn)行制動。

2 高可靠性失電制動進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)介紹

高可靠性失電制動進(jìn)給箱包括：伺服電機(jī)、失電制動保護(hù)器、電機(jī)軸齒輪、大齒輪、進(jìn)給箱體、滾珠絲杠、橫梁、滾珠絲杠螺母。其中伺服電機(jī)與電機(jī)軸齒輪通過鍵連接，電機(jī)軸齒輪與大齒輪降速嚙合傳動，大齒輪與滾珠絲杠通過鍵連接，整個傳動機(jī)構(gòu)通過進(jìn)給箱體與立柱固定連接。

失電制動保護(hù)器選用意大利泰普利公司的KF8/D 型制動器，制動原理如下：

圖1 失電制動保護(hù)器

如圖1，失電制動器組件由固定螺絲9 把合安裝在機(jī)床立柱頂面，花鍵套5 與橫梁垂直進(jìn)給滾珠絲杠通過單鍵連接。機(jī)床工作狀態(tài)時，失電制動保護(hù)器通電，線圈7通電后伸長，電磁體1 與電樞端板2出現(xiàn)間隙，扭矩彈簧3 達(dá)到自由狀態(tài)，當(dāng)機(jī)床突然斷電，線圈7 斷電后縮短，扭矩彈簧3 壓縮后產(chǎn)生彈力作用于電樞端板2 上，通過壓力摩擦制動摩擦圓盤4 及花鍵套5，從而實現(xiàn)制動功能。

高可靠性失電制動進(jìn)給箱在機(jī)床正常工作時，失電制動保護(hù)器不制動，伺服電機(jī)驅(qū)動電機(jī)軸齒輪轉(zhuǎn)動，電機(jī)軸齒輪與大齒輪嚙合傳動，大齒輪轉(zhuǎn)動帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，并帶動滾珠絲杠螺母實現(xiàn)橫梁上、下進(jìn)給運動。

高可靠性失電制動進(jìn)給箱在機(jī)床斷電時，伺服電機(jī)和失電制動保護(hù)器同時制動橫梁，一方面伺服電機(jī)制動，從而通過電機(jī)軸齒輪與大齒輪使?jié)L珠絲杠制動，相應(yīng)地使?jié)L珠絲杠螺母、橫梁制動；另一方面失電制動保護(hù)器斷電制動，直接使?jié)L珠絲杠制動，相應(yīng)地使?jié)L珠絲杠螺母、橫梁制動。因此，在伺服電機(jī)發(fā)生故障的情況下，失電制動保護(hù)器能夠獨立制動橫梁，有效地防止了橫梁滑落事故的發(fā)生。

3 高可靠性失電制動進(jìn)給箱制動扭矩校核

式中：M為制動器制動扭矩，Nm；F為制動負(fù)載重量，N；i為降速比；a為安全系數(shù)（大型機(jī)床a=1.2～1.3）；η為效率（直連傳動方式可取η=0.9）。當(dāng)橫梁重量G1=7500kg，刀架重量G2=4500kg 時，F(xiàn)=G1g+G2g=7500×9.8+4500×9.8=117600。

本產(chǎn)品橫梁進(jìn)給采用雙絲杠驅(qū)動，因此配有兩套失電制動器。

單套制動器制動扭矩能力為300N·m，雙套制動器制動扭矩共為300×2=600N·m，大于負(fù)載扭矩，因此滿足橫梁進(jìn)給制動要求。

圖2 高可靠性失電制動進(jìn)給箱附圖

4 高可靠性失電制動進(jìn)給箱優(yōu)點

如圖2，高可靠性失電制動進(jìn)給箱可在未安裝電機(jī)的情況下，任意位置抱住軸，方便機(jī)床安裝調(diào)試。即使在頻繁緊急停機(jī)制動后仍可維持較長的使用壽命。密封的剎車殼體能有效防止冷卻液和潤滑液的滲透。反應(yīng)時間短且制動性能高，可實現(xiàn)小距離的制動。

通過采用高可靠性失電制動進(jìn)給箱避免了因機(jī)器控制故障意外切斷驅(qū)動電源或斷電情況下所導(dǎo)致的危險，提高了橫梁垂直進(jìn)給的可靠性，同時使所有工作模式下都可保護(hù)人員的安全。該可靠性失電制動進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)已在國家數(shù)控重大專項產(chǎn)品高檔立式銑車復(fù)合加工中心上投入使用，使用效果良好，經(jīng)濟(jì)效果顯著。該高可靠性失電制動進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)已獲國家知識產(chǎn)權(quán)局專利授權(quán)，專利號：ZL201020669839.1。