趙康原，李立強(qiáng)

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

1 引言

我國(guó)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(dòng)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(dòng)滑枕、橫梁作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由于滾珠絲杠、齒輪齒條傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)，在機(jī)床斷電時(shí)，帶抱閘型的伺服電機(jī)制動(dòng)滑枕、橫梁，但是，當(dāng)伺服電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)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(dòng)進(jìn)給箱，該進(jìn)給箱具有制動(dòng)扭矩大、可靠性高、安全性好的特點(diǎn)，在伺服電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該進(jìn)給箱仍能安全、可靠地對(duì)垂直進(jìn)給部件進(jìn)行制動(dòng)。

2 高可靠性失電制動(dòng)進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)介紹

高可靠性失電制動(dòng)進(jìn)給箱包括：伺服電機(jī)、失電制動(dòng)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(dòng)，大齒輪與滾珠絲杠通過鍵連接，整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過進(jìn)給箱體與立柱固定連接。

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

圖1 失電制動(dòng)保護(hù)器

如圖1，失電制動(dòng)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(shí)，失電制動(dòng)保護(hù)器通電，線圈7通電后伸長(zhǎng)，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(dòng)摩擦圓盤4 及花鍵套5，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。

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

高可靠性失電制動(dòng)進(jìn)給箱在機(jī)床斷電時(shí)，伺服電機(jī)和失電制動(dòng)保護(hù)器同時(shí)制動(dòng)橫梁，一方面伺服電機(jī)制動(dòng)，從而通過電機(jī)軸齒輪與大齒輪使?jié)L珠絲杠制動(dòng)，相應(yīng)地使?jié)L珠絲杠螺母、橫梁制動(dòng)；另一方面失電制動(dòng)保護(hù)器斷電制動(dòng)，直接使?jié)L珠絲杠制動(dòng)，相應(yīng)地使?jié)L珠絲杠螺母、橫梁制動(dòng)。因此，在伺服電機(jī)發(fā)生故障的情況下，失電制動(dòng)保護(hù)器能夠獨(dú)立制動(dòng)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(dòng)進(jìn)給箱制動(dòng)扭矩校核

式中：M為制動(dòng)器制動(dòng)扭矩，Nm；F為制動(dòng)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(dòng)方式可取η=0.9）。當(dāng)橫梁重量G1=7500kg，刀架重量G2=4500kg 時(shí)，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(dòng)，因此配有兩套失電制動(dòng)器。

單套制動(dòng)器制動(dòng)扭矩能力為300N·m，雙套制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)要求。

圖2 高可靠性失電制動(dòng)進(jìn)給箱附圖

4 高可靠性失電制動(dòng)進(jìn)給箱優(yōu)點(diǎn)

如圖2，高可靠性失電制動(dòng)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(dòng)后仍可維持較長(zhǎng)的使用壽命。密封的剎車殼體能有效防止冷卻液和潤(rùn)滑液的滲透。反應(yīng)時(shí)間短且制動(dòng)性能高，可實(shí)現(xiàn)小距離的制動(dòng)。

通過采用高可靠性失電制動(dòng)進(jìn)給箱避免了因機(jī)器控制故障意外切斷驅(qū)動(dòng)電源或斷電情況下所導(dǎo)致的危險(xiǎn)，提高了橫梁垂直進(jìn)給的可靠性，同時(shí)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(dòng)進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)已在國(guó)家數(shù)控重大專項(xiàng)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(dòng)進(jìn)給箱結(jié)構(gòu)已獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利授權(quán)，專利號(hào)：ZL201020669839.1。