数控机床垂向滚珠丝杠制动装置.pdf

边计与研究 Design and Researc
数控机床垂向滚珠丝杠制动装置
党金行
(山东威达重工股份有限公司,山东滕州277500)
摘要:数控机床垂向滚珠丝杠制动装置采用带失电制动器的伺服电动机,再在数控机床的铅垂轴上,增加
个外置失电制动器。外置失电制动器装在滚珠丝杠的上部,带失电制动器的伺服电动机,通过传
动结构与滚珠丝杠相连接。该装置可以取代数控机床铅垂轴的平衡锤和平衡油缸,避免了平衡锤和
平衡油缸的缺点,结构简单。
关键词:机床滚珠丝杠制动
A Kind of Vertical Ball Screw Braking Device of CNC Machine
DANG Jinxing
Shandong Weida Heavy Industries Co. Ltd, Tengzhou 277500, CHN
Abstract It is a kind of vertical ball screw braking device of CNC machine. Servo motor with outage brake is a-
dopted in the braking device, adding an external outage brake on the plumb shaft of CNC machine, and
the external outage brake is fixed on the upside of ball screw. Servo motor with outage brake connects
with the ball serew through a kind of drive structure. The device can replace counterweight and bala
cing cylinder of CNC machine's plumb shaft, and the device has no shortcomings of counterweight and
balancing cylinder, and what is more, its structure is simpl
Keywords: Machine Tool; Ball Screw; Brake
数控机床的轴向运动,主要是用滚珠丝杠副进行座6固定安装在丝杠座15上,外置失电制动器5带有
驱动的。通常铅垂使用的滚珠丝杠副承受着牵引力和动片4,动片4固定安装在滚珠丝杠副17上。设有内
部件重力的合力作用。由于滚珠丝杠副不能自锁,所置失电制动器14的伺服电动机12,同装在丝杠座15
以,在停机状态下,铅垂轴部件会自然下滑。目前解决上,伺服电动机12通过皮带轮13、7和皮带11与滚珠
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
而采用平衡油釭,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
1一轴承;2一套;3一轴承盖;4ー动片;5一外置失电制动器;6一制动
座;7、13一皮带轮;8一接近开关;9一弯片;10一螺母;11一皮带
躯体16上,皮带轮7装在丝杠上端。其特点是:在轴
12一伺服电动机;14一内置失电制动器;15一丝杠座;16一机床躯体
17一滚珠丝杠副。
承盖3和皮带轮7之间,装有外置失电制动器5。外
图1垂向滚珠丝杠副上部创视图
置失电制动器5的基体固定安装在制动座6上,制动
蒸东も和么
2010年第1期
Design and Research造计与研究
丝杠副17上端相连。另有一接近开关8,也固定安装测,并随时控制外置失电制动器的工作状态。当皮带
在丝杠座15上,控制接近开关8的弯片9,固定安装断裂或闭环内某个部位出现故障时,铅垂轴部件就会
在皮带轮7土
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
2工作原理
号后就立即控制外置失电制动器实施制动
当数控机床工作时,垂向侗服电动机、内置失电制
从以上可以看出:第一个闭环控制系统包含在第
动器、外置失电制动器也都在工作,此时的内置失电制
个闭坏控制系统中,因此,本丝杠制动装置具有两级
动器和外置失电制动器都处于通电状态,没有制动作安全功能。
用;当机床处于非工作状态或出现故障,特别是皮带
断裂或伺服电动机12失控断电时,内置失电制动3注意事项
器和外置失电制动器也都随之断电,并及时转向制动
在设计和使用该丝杠制动装置时,应考虑以下儿
状态,从而使滚珠丝杠副无法动作,即遏制了数控机床点:①外置失电制动器的额定转矩一般比伺服电动机
铅垂轴部件的下滑,保证了机床的正常工作。
的额定转矩要大1.2~1.5倍;②の外置失电制动器最好
选用专业厂家的配套产品,不需自行设计;③电气控制
数控系统
示意图及原理,应事先与数控系统供成商协商;④本制
动装置也可以用于伺服电动机与滚珠丝杠直接联结机
中间继电器1
接触器
张动器
中间继电器2
接触器
构
反
外置失电
反馈信
4结语
制动器
?
本丝杠制动装置在XH2412龙门式加工中心和
带连接
信号采
XH1105立式加工中心上已经使用2年多,并逐步批
内置失电制动器」伺服电动机
垂向丝杠
叫接近开关
量生产。经分析对比可以得出如下结论:
(1)由于数控机床每次重新启动时都要回一次参
铅垂部件
考点,所以使用该装置不影响机床精度
(2)使用该装置的成本仅是平衡油缶[成本的1/8-
图2垂向滚珠丝杠制动装置控制原理框图
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该丝杠制动装置的控制原理(见图2),控制控系
(3)结构紧凑,节省空间,不污染环境
统是由两个闭环控制系统组成:一个是数控系统、驱动
(4)外置失电制动器有专业厂家生产,不需自行
器、伺服电动机及伺服电动机尾部的反馈信号构成的设计
闭环控制系统。其中内置失电制动器通过中间继电器
(5)安全可靠,几乎不用日常维护。
1接受数控系统的控制,数控系统通过反馈信号对伺
参考文献
服电动机的运动时时进行监测,并随时控制内置失电1成大先机械设计手册:北京:化学工业出版社,200
制动器的工作状态。当伺服电动机出现问题时,内置
机床设计手册编写组.机床设计手册.北京:机械工业出版社,1979.
失电制动器就会及时实施制动。第二个闭环控制系统
作者:党全行,男,1959年生,总工程师,高级工
由数控系统、驱动器伺服电动机、皮帯组件、滚珠丝杠
程师,一直从事杋床设计与制造工作,擅长机床及小型
及接近开关的反馈信号构成。其中外置失电制动器通机械结枃方面的研究。