數(shù)控機(jī)床重力軸防下落分析與設(shè)計(jì)

  傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床采用重錘平衡或液壓平衡,減少電機(jī)正反向負(fù)載差，同時(shí)減少加在絲杠上的軸向重力。但是今天許多國(guó)內(nèi)外機(jī)床廠家為了簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，去掉液壓平衡裝置，采用伺服電動(dòng)機(jī)自帶的制動(dòng)裝置鎖住滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)。
     在數(shù)控機(jī)床上，由于滾珠絲杠螺母副有運(yùn)動(dòng)的可逆性，不能實(shí)現(xiàn)自鎖。機(jī)床不用或突然斷電時(shí)，對(duì)于垂直傳動(dòng)或水平放置的高速大慣量傳動(dòng)，為防止由于主軸箱重力引起絲杠旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生主軸箱下滑，必須裝有制動(dòng)裝置。否則會(huì)造成機(jī)床損壞或零件加工的報(bào)廢。 
  1 電機(jī)內(nèi)置制動(dòng)器工作原理
 電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電磁制動(dòng)器線圈得電，銜鐵在電磁力的作用下克服彈簧力與鐵芯吸合，制動(dòng)盤(pán)松開(kāi)，電動(dòng)機(jī)處于放松狀態(tài)；制動(dòng)時(shí)，電磁制動(dòng)器線圈失電，電磁力消失，銜鐵在彈簧的作用下快速軸向移動(dòng)并推動(dòng)制動(dòng)盤(pán)，使制動(dòng)盤(pán)被緊緊壓在銜鐵和電動(dòng)機(jī)端蓋之間。電機(jī)通電，制動(dòng)器松開(kāi)；反之，電機(jī)斷電，制動(dòng)器抱緊電機(jī)轉(zhuǎn)軸。
2 制動(dòng)器電源配置
制動(dòng)器線圈失電時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，將縮短繼電器觸點(diǎn)的壽命，因此選擇足夠容量的觸點(diǎn)，并且總是使用滅弧器和浪涌吸收器來(lái)保護(hù)觸點(diǎn)。
3 制動(dòng)器上電與下電的時(shí)序
垂直軸的制動(dòng)鎖緊有兩條路：有電時(shí)伺服電機(jī)勵(lì)磁鎖緊，沒(méi)電時(shí)機(jī)械制動(dòng)盤(pán)鎖緊。在有電與無(wú)電狀態(tài)之間變化時(shí)，如果兩種制動(dòng)動(dòng)作時(shí)間上銜接不好，垂直軸會(huì)產(chǎn)生下落。
4 減少重力軸下落量的措施
制動(dòng)器必須立刻工作，將下落量減到最小。
（1）為使制動(dòng)器迅速生效，控制制動(dòng)器通斷的開(kāi)關(guān)和繼電器必須設(shè)計(jì)在DC側(cè)。
（2）控制制動(dòng)器通斷的開(kāi)關(guān)和繼電器在突然斷電時(shí)必須迅速動(dòng)作，以減小下落量。
（3）保持CNC和放大器控制電源的維持時(shí)間，這個(gè)時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)于制動(dòng)器的動(dòng)作時(shí)間。
（4）伺服軟件制動(dòng)器功能。
（5）FANUC  OiMate——D的新設(shè)計(jì)。
（6）緊停時(shí)重力軸抬升功能。
5 設(shè)計(jì)案例
斷電檢測(cè)繼電器，安裝在制動(dòng)器控制回路DC側(cè)，可以在檢測(cè)到斷電時(shí)制動(dòng)器迅速動(dòng)作，該繼電器使用輸入電源AC110V驅(qū)動(dòng)，減少下落量。
6 維修案例
故障現(xiàn)象：機(jī)床在工作中偶然出現(xiàn)Z軸430、436報(bào)警。
故障分析與排除過(guò)程：
（1）到現(xiàn)場(chǎng)后開(kāi)機(jī)，機(jī)床正常啟動(dòng)，移動(dòng)各軸工作正常。繼續(xù)移動(dòng)Z軸，同時(shí)檢查電機(jī)未發(fā)現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，幾分鐘后出現(xiàn)了Z軸430、436報(bào)警。
（2）用復(fù)位鍵消除上述報(bào)警，繼續(xù)用手輪慢速移動(dòng)Z軸，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)Z軸在移動(dòng)時(shí)有短暫的停止現(xiàn)象。
（3）繼續(xù)檢查機(jī)械部分，確認(rèn)正常，懷疑Z軸電機(jī)抱閘部分有問(wèn)題。
（4）用示波器對(duì)24V抱閘電壓進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)偶然出現(xiàn)電壓降到1V以下的情況，然后短時(shí)間又恢復(fù)正常。
（5）檢查外圍電路，發(fā)現(xiàn)24V電源的印刷板已經(jīng)燒炭化，導(dǎo)致24V電壓時(shí)有時(shí)無(wú)，24V不正常。

（6）更換相同規(guī)格的印刷電路板后，機(jī)床恢復(fù)正常。

其實(shí)，很多數(shù)控機(jī)床都設(shè)置成開(kāi)機(jī)回機(jī)床零位，就是消除因斷電造成的垂直軸下落影響。有經(jīng)驗(yàn)的操作者在機(jī)床緊停之后，也會(huì)做回參考點(diǎn)操作。但有的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家一味為了節(jié)約成本，對(duì)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)往往只能保證實(shí)現(xiàn)最基本的動(dòng)作，忽略了一些安全保護(hù)設(shè)計(jì)。這并不可取，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定執(zhí)行。
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