黨金行

（山東威達重工股份有限公司，山東滕州 277500）

數(shù)控機床的軸向運動，主要是用滾珠絲杠副進行驅(qū)動的。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，在停機狀態(tài)下，鉛垂軸部件會自然下滑。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：增加平衡錘，即增加了運動部件的質(zhì)量，運動慣量加大，加速度降低，使快速移動速度下降；而采用平衡油缸，則需增加一套液壓附件，使機床結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，制造成本增加。為了更好地解決這個問題，在這里介紹一種失電制動機構(gòu)：數(shù)控機床垂向滾珠絲杠制動裝置，簡稱絲杠制動裝置。

1 構(gòu)成及安裝

該絲杠制動裝置主要由外置失電制動器、內(nèi)置失電制動器、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固裝在機床軀體16上，皮帶輪7裝在絲杠上端。其特點是：在軸承蓋3和皮帶輪7之間，裝有外置失電制動器5。外置失電制動器5的基體固定安裝在制動座6上，制動座6固定安裝在絲杠座15上，外置失電制動器5帶有動片4，動片4固定安裝在滾珠絲杠副17上。設(shè)有內(nèi)置失電制動器14的伺服電動機12，同裝在絲杠座15上，伺服電動機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

當數(shù)控機床工作時，垂向伺服電動機、內(nèi)置失電制動器、外置失電制動器也都在工作，此時的內(nèi)置失電制動器和外置失電制動器都處于通電狀態(tài)，沒有制動作用；當機床處于非工作狀態(tài)或出現(xiàn)故障，特別是皮帶11斷裂或伺服電動機12失控斷電時，內(nèi)置失電制動器和外置失電制動器也都隨之斷電，并及時轉(zhuǎn)向制動狀態(tài)，從而使?jié)L珠絲杠副無法動作，即遏制了數(shù)控機床鉛垂軸部件的下滑，保證了機床的正常工作。

該絲杠制動裝置的控制原理（見圖2），控制控系統(tǒng)是由兩個閉環(huán)控制系統(tǒng)組成：一個是數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動器、伺服電動機及伺服電動機尾部的反饋信號構(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機的運動時時進行監(jiān)測，并隨時控制內(nèi)置失電制動器的工作狀態(tài)。當伺服電動機出現(xiàn)問題時，內(nèi)置失電制動器就會及時實施制動。第二個閉環(huán)控制系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動器、伺服電動機、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動時時進行監(jiān)測，并隨時控制外置失電制動器的工作狀態(tài)。當皮帶斷裂或閉環(huán)內(nèi)某個部位出現(xiàn)故障時，鉛垂軸部件就會自然下滑，并且反過來驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。此時，接近開關(guān)將得到一個不正常的信號，數(shù)控系統(tǒng)收到反饋信號后就立即控制外置失電制動器實施制動。

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

3 注意事項

在設(shè)計和使用該絲杠制動裝置時，應(yīng)考慮以下幾點：①外置失電制動器的額定轉(zhuǎn)矩一般比伺服電動機的額定轉(zhuǎn)矩要大1.2～1.5倍；②外置失電制動器最好選用專業(yè)廠家的配套產(chǎn)品，不需自行設(shè)計；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本制動裝置也可以用于伺服電動機與滾珠絲杠直接聯(lián)結(jié)機構(gòu)。

4 結(jié)語

本絲杠制動裝置在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)控機床每次重新啟動時都要回一次參考點，所以使用該裝置不影響機床精度；

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

（5）安全可靠，幾乎不用日常維護。

1 成大先.機械設(shè)計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2002.

2 機床設(shè)計手冊編寫組.機床設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1979.