CN103612153A - 数控铣镗床的垂直方向传动系统 - Google Patents

Abstract

数控铣镗床的垂直方向传动系统，其特征在于机床立柱上垂直固定连接板，平行于立柱的丝杠上部通过过渡法兰与连接板一端垂直固定，连接板上还安装伺服电机、减速机，其输出端与丝杠上部同轴固定，减速机上端同轴固定法兰盘、电磁式安全刹车，通过键与丝杠上端同轴连接；丝杠中间有丝母，同心的主轴箱在丝母上面，丝母内设置防坠落结构；丝杠下端通过锁紧螺母固定轴承，轴承座通过螺钉与立柱底部固定；压板固定在主轴箱上，主轴箱贴合在立柱导轨的正面，两压板分别贴合在立柱两个导轨的背面；在制造前的设计时，考虑本传动系统在机床上应用条件，按计算后的技术参数选择对应减速机、丝杠、伺服电机、电磁式安全刹车。优点是消除了主轴箱配重、四重安全防范。

Description

数控铣镗床的垂直方向传动系统

技术领域

本发明涉及数控机床制造领域，尤其是数控铣镗床垂直方向进给运动的驱动机构。

背景技术

数控铣镗床的主轴箱需要沿立柱在垂直方向上进给运动，完成对零件的加工。在目前的铣镗床中，如图1所示，垂直方向传动多采用在立柱4顶部设定滑轮，用钢丝绳或链条2一侧连接丝杠上的主轴箱5、另一侧连接配重3。这种方法平衡主轴箱5重量，虽然可以减轻与立柱平行的丝杠的负载，但却增加了整机重量，并且一旦钢丝绳或链条2因磨损而断裂，配重3和主轴箱5将坠落，不仅机床功能将丧失，而且可能发生严重的人身伤害事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种数控铣镗床的垂直方向传动系统，减轻整机重量、并具备四重安全防范措施，提高整机在失电、意外事故时的安全可靠性。

本发明的数控铣镗床的垂直方向传动系统，包括立柱、同心主轴箱、减速机、伺服电机，其特征在于：机床立柱上垂直固定连接板，平行于立柱的丝杠上部通过过渡法兰与连接板一端垂直固定，连接板末端上还安装采用带失电抱闸器的伺服电机，其轴端与减速机的输入端相连接，减速机的输出端与丝杠上部通过过渡法兰同轴固定，减速机上端同轴固定法兰盘、电磁式安全刹车，电磁式安全刹车通过键与丝杠上端同轴连接；丝杠中间的螺纹部分有丝母，通过丝杠的旋转带动丝母上下运动；同心的主轴箱在丝母上面，通过螺钉连接，与丝杠同轴，丝母内设置防坠落结构；丝杠的下端通过锁紧螺母固定轴承，轴承安装在轴承座里，轴承座通过螺钉与立柱底部固定；压板用螺钉固定在主轴箱上，主轴箱贴合在立柱导轨的正面，压板分别贴合在立柱两个导轨的背面，主轴箱可沿立柱导轨上下移动。

在制造前的设计时，考虑本传动系统在机床上应用条件，按计算后的技术参数选择对应减速机、丝杠、伺服电机、电磁式安全刹车。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、由于取消了主轴箱的配重机构，因此没有因钢丝绳或链条磨损折断，造成配重坠落的风险。

2、当系统意外断电时，带失电抱闸器的伺服电机起作用，阻止电机继续旋转，避免主轴箱坠落。

3、当系统意外断电时，电磁式安全刹车起作用，刹车片贴紧法兰盘，阻止丝杠继续旋转，避免主轴箱坠落。

4、当丝母中的滚珠损坏脱落时，丝母中防坠落装置起作用，卡紧在丝杠上，避免主轴箱坠落。

附图说明

图1为改进前的系统结构图；

图2为本发明的整体结构图；

图3为本发明传动系统的剖视图；

图4为丝母防坠落装置细节图；

图5为本发明的垂直传动结构整体俯视图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明的传动系统机构加以说明。

数控铣镗床的垂直方向传动系统，包括立柱、同心主轴箱、减速机、伺服电机，参照附图2、3、5，其特征在于：机床立柱4上面通过过渡法兰13垂直固定连接板6，平行于立柱的丝杠15上部通过过渡法兰13与连接板6一端垂直固定，该端设有调整垫14，连接板6末端上还安装采用带失电抱闸器的伺服电机7，其轴端与减速机8的输入端相连接，减速机8的输出端与丝杠15上部通过过渡法兰13同轴固定，减速机8上端同轴固定法兰盘12、电磁式安全刹车9，电磁式安全刹车9通过键10与丝杠15上端同轴连接；丝杠15中间的螺纹部分有丝母16，通过丝杠15的旋转带动丝母16上下运动；同心的主轴箱5在丝母16上面，通过螺钉21连接，与丝杠15同轴，丝母16内设置防坠落结构；丝杠15的下端通过锁紧螺母18固定轴承17，轴承17安装在轴承座19里，轴承座19通过螺钉与立柱4底部固定；压板22、23用螺钉固定在主轴箱5上，主轴箱5贴合在立柱4导轨的正面，压板22、23分别贴合在立柱4两个导轨的背面，主轴箱5可沿立柱4导轨上下移动。

在制造前的设计时，考虑本传动系统应用条件，如机床本身的参数要求如下时：

主轴箱质量m=6000kg，

主轴箱沿立柱移动的最大速度为V=10m/min，

启动及制动时间t<0.2s。

则本传动传动系统选用减速比i=1：5的减速机，

选用直径d=120mm，导程P=20mm的丝杠，

则伺服电机最高转速 $n\&GreaterEqual;\frac{V}{P}i\&times;{10}^3=\frac{10}{20}\&times;5\&times;{10}^3=2500\mathrm{rpm},$ 可以选用最高转速n=3000rpm的伺服电机

由已有的设计参数确定丝杠的角加速度：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{2\mathrm{\&pi;V}}{60\mathrm{tP}}\&times;{10}^3=\frac{2\mathrm{\&pi;}\&times;10}{60\&times;0.2\&times;20}\&times;{10}^3={261.8\mathrm{rad}/s}^2.$

主轴箱折算到丝杠上的转动惯量

丝杠自身的转动惯量J_丝杠=0.64kgm²，减速机输出端惯量J_减=0.84kgm²，总惯量J=J_主+J_丝杠+J_减=0.06+0.64+0.84=1.54kgm²，

加速时伺服电机所需扭矩T_电机=Jα/i=1.54×261.8/5≈81Nm，即所选伺服电机的额定扭矩必须大于81Nm。

减速机输出端额定扭矩T_减=T_电机i=81×5=405Nm，即所选减速机输出端扭矩须大于405Nm。

制动扭矩T_制动=T_电机i=81×5=405Nm，即电磁式安全刹车的制动扭矩须大于405Nm。

以上为结构设计时必须满足的参数。

所述电磁式安全刹车的结构为：通电时刹车片升起，远离法兰盘，丝杠可以转动；断电时刹车片放下，贴紧法兰盘，阻止丝杠转动。

正常工作时，带失电抱闸器的伺服电机7一直带电，可带动丝杠15转动。当系统意外断电时，失电抱闸器自动抱紧电机轴，阻止电机轴在主轴箱5重力的作用下继续转动，防止主轴箱5下沉。

所述丝母的结构为：内壁带有防坠落装置，当丝母中的滚珠损坏脱落时，防坠落装置自动卡紧在丝杠上，阻止托板进一步下坠。

正常工作时，电磁式安全刹车9一直带电，如图3，刹车片11升起，远离法兰盘12，丝杠15可以转动。当系统意外断电时，刹车片11落下，贴紧法兰盘12，阻止丝杠15转动，防止主轴箱5下沉。

如图4，丝母16与丝杠15的滚珠滚道呈螺旋线分布，内嵌滚珠20，丝母16下端的内壁在对应丝杠15滚珠滚道的表面有螺旋线状的突环，突环也是一环滚道，进入到丝杠螺纹内，突环的截面直径小于滚珠20，在正常工作位置时，由于滚珠20限定了丝母16相对丝杠15的相对位置，可以保证突环不与丝杠15接触,不会对传动造成影响。当丝母16损坏，滚珠20脱落后，丝母16下坠，突环在重力作用下自动卡紧在丝杠15上，阻止主轴箱5进一步坠落。

本实施例对数控铣镗床的垂直方向传动系统增加了多重安全保障措施，能有效避免机床零件意外坠落的风险，提高了机床的安全性能。

Claims (4)

1.数控铣镗床的垂直方向传动系统，包括立柱、同心主轴箱、减速机、伺服电机，其特征在于：机床立柱(4)上垂直固定连接板(6)，平行于立柱的丝杠(15)上部通过过渡法兰(13)与连接板(6)一端垂直固定，连接板(6)末端上还安装采用带失电抱闸器的伺服电机(7)，其轴端与减速机(8)的输入端相连接，减速机(8)的输出端与丝杠(15)上部通过过渡法兰(13)同轴固定，减速机(8)上端同轴固定法兰盘(12)、电磁式安全刹车(9)，电磁式安全刹车(9)通过键(10)与丝杠(15)上端同轴连接；丝杠(15)中间的螺纹部分有丝母(16)，通过丝杠(15)的旋转带动丝母(16)上下运动；同心的主轴箱(5)在丝母(16)上面，通过螺钉(21)连接，与丝杠(15)同轴，丝母(16)内设置防坠落结构；丝杠(15)的下端通过锁紧螺母(18)固定轴承(17)，轴承(17)安装在轴承座(19)里，轴承座(19)通过螺钉与立柱(4)底部固定；压板(22、23)用螺钉固定在主轴箱(5)上，主轴箱(5)贴合在立柱(4)导轨的正面，压板(22、23)分别贴合在立柱(4)两个导轨的背面，主轴箱(5)可沿立柱(4)导轨上下移动。

2.根据权利要求1所述的数控铣镗床的垂直方向传动系统，其特征在于电磁式安全刹车(9)内部的刹车片(11)位于法兰盘(12)上。

3.根据权利要求1所述的数控铣镗床的垂直方向传动系统，其特征在于丝母(16)内设置防坠落结构，丝母(16)与丝杠(15)的滚珠滚道呈螺旋线分布，内嵌滚珠(20)，丝母(16)下端的内壁在对应丝杠(15)滚珠滚道的表面有突环，突环为螺旋线状，突环也是一环滚道，进入到丝杠螺纹内；突环的直径小于滚珠(20)。

4.制造权利要求1所述的数控铣镗床的垂直方向传动系统，其特征在于在制造前的结构设计时，考虑本传动系统应用条件，计算选用减速机、伺服电机、丝杠、电磁式安全刹车的技术参数，当机床本身的参数要求如下时：

主轴箱质量m=6000kg，

主轴箱沿立柱移动的最大速度为V=10m/min，

启动及制动时间t<0.2s；

则本传动传动系统选用减速比i=1：5的减速机，

选用直径d=120mm，导程P=20mm的丝杠，

则伺服电机最高转速 $n\&GreaterEqual;\frac{V}{P}i\&times;{10}^3=\frac{10}{20}\&times;5\&times;{10}^3=2500\mathrm{rpm},$ 选用最高转速n=3000rpm的伺服电机；

由已有的设计参数确定丝杠的角加速度：

$\mathrm{\&alpha;}=\frac{2\mathrm{\&pi;V}}{60\mathrm{tP}}\&times;{10}^3=\frac{2\mathrm{\&pi;}\&times;10}{60\&times;0.2\&times;20}\&times;{10}^3={261.8\mathrm{rad}/s}^2;$

主轴箱折算到丝杠上的转动惯量

丝杠自身的转动惯量J_丝杠=0.64kgm²，减速机输出端惯量J_减=0.84kgm²，总惯量J=J_主+J_丝杠+J_减=0.06+0.64+0.84=1.54kgm²，

加速时伺服电机所需扭矩T_电机=Jα/i=1.54×261.8/5≈81Nm，即所选伺服电机的额定扭矩必须大于81Nm，

减速机输出端额定扭矩T_减=T_电机i=81×5=405Nm，即所选减速机输出端扭矩须大于405Nm，

制动扭矩T_制动=T_电机i=81×5=405Nm，即电磁式安全刹车的制动扭矩须大于405Nm；

以上为结构设计时必须满足的参数。

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