数控机床垂向滚珠丝杠制动装置

2010-09-29党金行

制造技术与机床 2010年1期

党金行

（山东威达重工股份有限公司，山东滕州 277500）

数控机床的轴向运动，主要是用滚珠丝杠副进行驱动的。通常铅垂使用的滚珠丝杠副承受着牵引力和部件重力的合力作用。由于滚珠丝杠副不能自锁，所以，在停机状态下，铅垂轴部件会自然下滑。目前解决方案有两种形式：增加平衡锤或采用平衡油缸。这两种方法均有缺点：增加平衡锤，即增加了运动部件的质量，运动惯量加大，加速度降低，使快速移动速度下降；而采用平衡油缸，则需增加一套液压附件，使机床结构更加复杂，制造成本增加。为了更好地解决这个问题，在这里介绍一种失电制动机构：数控机床垂向滚珠丝杠制动装置，简称丝杠制动装置。

1 构成及安装

该丝杠制动装置主要由外置失电制动器、内置失电制动器、接近开关和电气等构成。图1是垂向滚珠丝杠副上部剖视图，滚珠丝杠副17、轴承1、套2、轴承盖3和螺母装在丝杠座15上，丝杠座15固装在机床躯体16上，皮带轮7装在丝杠上端。其特点是：在轴承盖3和皮带轮7之间，装有外置失电制动器5。外置失电制动器5的基体固定安装在制动座6上，制动座6固定安装在丝杠座15上，外置失电制动器5带有动片4，动片4固定安装在滚珠丝杠副17上。设有内置失电制动器14的伺服电动机12，同装在丝杠座15上，伺服电动机12通过皮带轮13、7和皮带11与滚珠丝杠副17上端相连。另有一接近开关8，也固定安装在丝杠座15上，控制接近开关8的弯片9，固定安装在皮带轮7上。

2 工作原理

当数控机床工作时，垂向伺服电动机、内置失电制动器、外置失电制动器也都在工作，此时的内置失电制动器和外置失电制动器都处于通电状态，没有制动作用；当机床处于非工作状态或出现故障，特别是皮带11断裂或伺服电动机12失控断电时，内置失电制动器和外置失电制动器也都随之断电，并及时转向制动状态，从而使滚珠丝杠副无法动作，即遏制了数控机床铅垂轴部件的下滑，保证了机床的正常工作。

该丝杠制动装置的控制原理（见图2），控制控系统是由两个闭环控制系统组成：一个是数控系统、驱动器、伺服电动机及伺服电动机尾部的反馈信号构成的闭环控制系统。其中内置失电制动器通过中间继电器1接受数控系统的控制，数控系统通过反馈信号对伺服电动机的运动时时进行监测，并随时控制内置失电制动器的工作状态。当伺服电动机出现问题时，内置失电制动器就会及时实施制动。第二个闭环控制系统由数控系统、驱动器、伺服电动机、皮带组件、滚珠丝杠及接近开关的反馈信号构成。其中外置失电制动器通过中间继电器2接受数控系统的控制，数控系统通过接近开关的反馈信号对滚珠丝杠的运动时时进行监测，并随时控制外置失电制动器的工作状态。当皮带断裂或闭环内某个部位出现故障时，铅垂轴部件就会自然下滑，并且反过来驱动滚珠丝杠旋转。此时，接近开关将得到一个不正常的信号，数控系统收到反馈信号后就立即控制外置失电制动器实施制动。

从以上可以看出：第一个闭环控制系统包含在第二个闭环控制系统中，因此，本丝杠制动装置具有两级安全功能。