高可靠性失電制動進給箱設計

趙康原，李立強

（齊重數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、數控立式車床、數控龍門鏜銑床、數控龍門移動式鏜銑床垂直刀架滑枕的Z 軸進給箱和橫梁升降W 軸進給箱中，一般使用滾珠絲杠、齒輪齒條驅動滑枕、橫梁作進給運動，由于滾珠絲杠、齒輪齒條傳動結構不能自鎖，滑枕、橫梁在機器控制故障意外切斷驅動電源或斷電情況由于自身重力的作用下向下產生滑落，為了克服滑枕、橫梁自身的重力，進給箱一般選用帶抱閘型伺服電機進行制動，在機床斷電時，帶抱閘型的伺服電機制動滑枕、橫梁，但是，當伺服電機發生故障時，將會導致滑枕、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給箱，該進給箱具有制動扭矩大、可靠性高、安全性好的特點，在伺服電機發生故障時，該進給箱仍能安全、可靠地對垂直進給部件進行制動。

2 高可靠性失電制動進給箱結構介紹

高可靠性失電制動進給箱包括：伺服電機、失電制動保護器、電機軸齒輪、大齒輪、進給箱體、滾珠絲杠、橫梁、滾珠絲杠螺母。其中伺服電機與電機軸齒輪通過鍵連接，電機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，整個傳動機構通過進給箱體與立柱固定連接。

失電制動保護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 失電制動保護器

如圖1，失電制動器組件由固定螺絲9 把合安裝在機床立柱頂面，花鍵套5 與橫梁垂直進給滾珠絲杠通過單鍵連接。機床工作狀態時，失電制動保護器通電，線圈7通電后伸長，電磁體1 與電樞端板2出現間隙，扭矩彈簧3 達到自由狀態，當機床突然斷電，線圈7 斷電后縮短，扭矩彈簧3 壓縮后產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，從而實現制動功能。

高可靠性失電制動進給箱在機床正常工作時，失電制動保護器不制動，伺服電機驅動電機軸齒輪轉動，電機軸齒輪與大齒輪嚙合傳動，大齒輪轉動帶動滾珠絲杠轉動，并帶動滾珠絲杠螺母實現橫梁上、下進給運動。

高可靠性失電制動進給箱在機床斷電時，伺服電機和失電制動保護器同時制動橫梁，一方面伺服電機制動，從而通過電機軸齒輪與大齒輪使滾珠絲杠制動，相應地使滾珠絲杠螺母、橫梁制動；另一方面失電制動保護器斷電制動，直接使滾珠絲杠制動，相應地使滾珠絲杠螺母、橫梁制動。因此，在伺服電機發生故障的情況下，失電制動保護器能夠獨立制動橫梁，有效地防止了橫梁滑落事故的發生。

3 高可靠性失電制動進給箱制動扭矩校核

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

本產品橫梁進給采用雙絲杠驅動，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，大于負載扭矩，因此滿足橫梁進給制動要求。

圖2 高可靠性失電制動進給箱附圖

4 高可靠性失電制動進給箱優點

如圖2，高可靠性失電制動進給箱可在未安裝電機的情況下，任意位置抱住軸，方便機床安裝調試。即使在頻繁緊急停機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。反應時間短且制動性能高，可實現小距離的制動。

通過采用高可靠性失電制動進給箱避免了因機器控制故障意外切斷驅動電源或斷電情況下所導致的危險，提高了橫梁垂直進給的可靠性，同時使所有工作模式下都可保護人員的安全。該可靠性失電制動進給箱結構已在國家數控重大專項產品高檔立式銑車復合加工中心上投入使用，使用效果良好，經濟效果顯著。該高可靠性失電制動進給箱結構已獲國家知識產權局專利授權，專利號：ZL201020669839.1。