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)拜姿，對(duì)于垂直傳動(dòng)（重力軸，如立式加工中心的Z軸冯遂、臥式加工中心的Y軸）或水平放置的高速大慣量傳動(dòng)蕊肥，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)裝置蛤肌。否則會(huì)造成機(jī)床損壞或零件加工的報(bào)廢壁却。

傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床采用重錘平衡（用于立式機(jī)床）或液壓平衡（用于臥式機(jī)床）（counterbalance），減少電機(jī)正反向負(fù)載差裸准，同時(shí)減少加在絲杠上的軸向重力展东。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)，去掉液壓平衡裝置炒俱，采用伺服電動(dòng)機(jī)自帶的制動(dòng)裝置（built-in brake）鎖住滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)盐肃。

1電機(jī)內(nèi)置制動(dòng)器工作原理

圖1電磁制動(dòng)器抱閘

1-主軸箱 2-電磁制動(dòng)器 3-伺服電動(dòng)機(jī) 4-配重 5-立柱 6-轉(zhuǎn)子 7-電動(dòng)機(jī)定子機(jī)殼 8-制動(dòng)盤 9-銜鐵 10-電磁鐵心 11-制動(dòng)器線圈 12-彈簧

如圖1所示，制動(dòng)盤與轉(zhuǎn)子用花鍵連接没靖，隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)锚倦，并可軸向移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)驱宴，電磁制動(dòng)器線圈得電任咨，銜鐵在電磁力的作用下克服彈簧力與鐵芯吸合，制動(dòng)盤松開歧衡，電動(dòng)機(jī)處于放松狀態(tài)簇友；制動(dòng)時(shí)，電磁制動(dòng)器線圈失電庸颂，電磁力消失肠豺，銜鐵在彈簧的作用下快速軸向移動(dòng)并推動(dòng)制動(dòng)盤，使制動(dòng)盤被緊緊壓在銜鐵和電動(dòng)機(jī)端蓋之間扁钥，于是俐粪，通過(guò)制動(dòng)盤產(chǎn)生的摩擦力矩將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鎖緊，從而產(chǎn)生制動(dòng)效果鹃壤。

圖2所示為帶有制動(dòng)器的FANUC伺服電動(dòng)機(jī)惫谤，左邊第一個(gè)插座連接的就是制動(dòng)器的電源壁顶。電機(jī)通電珠洗，制動(dòng)器松開溜歪；反之，電機(jī)斷電许蓖，制動(dòng)器抱緊電機(jī)轉(zhuǎn)軸蝴猪。

圖2帶制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機(jī)

注意：電機(jī)內(nèi)置制動(dòng)器用于伺服斷電時(shí)防止垂直軸下落，只在緊筒沧Γ或突然斷電時(shí)起作用自阱，不能用于正常（電機(jī)處于勵(lì)磁狀態(tài)）減速剎車，否則電機(jī)將過(guò)熱米酬。

2制動(dòng)器電源配置

伺服電機(jī)內(nèi)置制動(dòng)器本質(zhì)上是直流電磁鐵沛豌，上電釋放。FANUC βis系列伺服電機(jī)的制動(dòng)器使用直流24V電源赃额，通過(guò)變壓器加派、二極管全波整流器獲得，如圖3所示跳芳。對(duì)于全波整流叁渣，考慮整流器或電纜中的電壓降，變壓器的次級(jí)電壓大約應(yīng)為交流29V（Urms）谍潮，故調(diào)整初級(jí)輸入抽頭的位置溯侦，如100-110-120VAC還是200-220-240VAC。全波整流輸出電壓有效值Uorms=0.9Urms慷啊，最終檢查制動(dòng)器的電源電壓在±10%范圍內(nèi)波動(dòng)况魔。

圖3制動(dòng)器直流24V電源回路

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)的壽命某扑，因此選擇足夠容量的觸點(diǎn)询烤，并且總是使用滅弧器（spark killer）和浪涌吸收器（surge absorber）來(lái)保護(hù)觸點(diǎn)。

設(shè)計(jì)過(guò)程中尽舱，不要與CNC旷酗、SV所用的24V電源共用，否則CNC或SV放大器會(huì)有故障元炭。這是因?yàn)閿嚯姇r(shí)要求CNC電源保持時(shí)間越長(zhǎng)越好星嗜，而對(duì)于制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，其斷電反應(yīng)越迅速越好软吐，這樣可以快速制動(dòng)瘩将。因此圖2中并不含濾波電容，即使有也不能太大凹耙。但制動(dòng)器電源可以與其他繼電器或線圈共用24V姿现，注意電源容量即可。

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)磁鎖緊肖抱，沒電時(shí)機(jī)械制動(dòng)盤鎖緊备典。在有電與無(wú)電狀態(tài)之間變化（緊停异旧、斷電或電機(jī)勵(lì)磁期間CNC電源丟失）時(shí)，如果兩種制動(dòng)動(dòng)作時(shí)間上銜接不好提佣，垂直軸會(huì)產(chǎn)生下落吮蛹。因此，必須考慮制動(dòng)器（垂直軸）松開與伺服ON(電機(jī)勵(lì)磁)的時(shí)序問題拌屏。同樣潮针，必須考慮制動(dòng)器生效（即抱閘）與伺服OFF的時(shí)序問題。如圖4倚喂，5所示每篷。

圖4伺服與制動(dòng)器動(dòng)作時(shí)序圖

圖5斷電時(shí)伺服與制動(dòng)器動(dòng)作時(shí)序圖

伺服電動(dòng)機(jī)要起動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先接通伺服驅(qū)動(dòng)（伺服ON）笛吱，使電動(dòng)機(jī)建立起保持力矩拘挖，延時(shí)一段時(shí)間t1后，電磁制動(dòng)器線圈得電翎钳，制動(dòng)解除挑画，伺服電機(jī)開始運(yùn)行；制動(dòng)時(shí)鸣丝，電磁制動(dòng)器線圈先失電猎肄，制動(dòng)器產(chǎn)生制動(dòng)力矩，為保證制動(dòng)的可靠性瘪巡，伺服ON繼續(xù)接通欠住，使伺服電機(jī)繼續(xù)有保持力矩存在，伺服ON在延時(shí)一段時(shí)間t2后消失佳珊。即在檢測(cè)到斷電后制動(dòng)器盡快動(dòng)作揉民，在關(guān)斷電機(jī)的勵(lì)磁前使用制動(dòng)器抱住電機(jī)軸（如圖4所示）。

4減少垂直軸下落量的措施

（1）制動(dòng)器必須立刻工作听公，將下落量減到最小鼎嫉。

為使制動(dòng)器迅速生效，控制制動(dòng)器通斷的開關(guān)和繼電器必須設(shè)計(jì)在DC側(cè)周伦。如果安裝在AC側(cè)（如變壓器次級(jí)和整流器之間）夕春，由于電流回到整流器二極管需要時(shí)間，制動(dòng)器工作會(huì)被延遲专挪。

（2）控制制動(dòng)器通斷的開關(guān)和繼電器在突然斷電時(shí)必須迅速動(dòng)作及志，以減小下落量。

為此寨腔，選擇動(dòng)作時(shí)間短（如10ms）的繼電器速侈，并從主電源回路提供繼電器用的驅(qū)動(dòng)電源（電壓較高，如200V），如圖6所示倚搬。

圖6控制制動(dòng)器通斷的繼電器線圈電源

（3）保持CNC和放大器控制電源（DC24V）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)間冶共。必要時(shí)（如控制電源負(fù)載很大），可以使用UPS延長(zhǎng)NC和放大器的控制電源維持時(shí)間潭枣。CNC上電選用ON/OFF回路A的目的也就是斷電時(shí)能保持維持DC24V的維持時(shí)間，如圖7所示幻捏。

圖7CNC電源與制動(dòng)器動(dòng)作時(shí)間關(guān)系

（4）伺服軟件的“制動(dòng)器功能”

由于制動(dòng)器的動(dòng)作滯后而產(chǎn)生的軸的下落盆犁，有時(shí)可通過(guò)FANUC伺服軟件的“制動(dòng)器功能”參數(shù)調(diào)整來(lái)避免。該功能使電機(jī)在制動(dòng)器動(dòng)作前以參數(shù)設(shè)定的時(shí)間繼續(xù)勵(lì)磁故弟，如圖8所示蘸腾。

圖8伺服軟件中的“制動(dòng)器功能”

可以在一定的范圍內(nèi)延時(shí)控制MCC斷電的時(shí)間，另外又蝌，還可以延時(shí)緊停起作用時(shí)間鸟焊。設(shè)一般制動(dòng)器動(dòng)作的時(shí)間為t1，選擇MCC延時(shí)斷電時(shí)間t2大于t1场致，急停起作用時(shí)間為t3藕龄，t3>t2，就可以達(dá)到控制主軸箱下滑目的籍投。比如削蕊，選擇t1=50~100ms，t2=200ms圣烤，t3=400ms元丈。

設(shè)定如下：

P2005#6=1,制動(dòng)器功能有效

P2083設(shè)定延時(shí)時(shí)間（ms）t2，一般設(shè)定200左右喘建，假設(shè)機(jī)械夾緊時(shí)間t1約為50-100ms显驼，具體要看機(jī)械重力的多少。

P2210 bits 6 and 5坯临，設(shè)定緊停延時(shí)時(shí)間t3焊唬，比2083中設(shè)定的時(shí)間長(zhǎng),如表1所示。

（5）FANUC 0i Mate-D的新設(shè)計(jì)

在FANUC 0i Mate-D配置的伺服驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)部作了抱閘處理看靠，CX38端子接3相AC200V,CX36端子串入緊颓缶В控制回路。

（6）緊停時(shí)重力軸抬升功能

即使有效地采取了重力軸防下落措施衷笋，由于制動(dòng)器存在機(jī)械間隙芳杏，重力軸仍會(huì)掉落一定距離（10mm/轉(zhuǎn)時(shí)為20μm），這時(shí)可以采取“緊停時(shí)重力軸抬升功能”辟宗，在斷電時(shí)將重力軸抬升一定距離后再抱緊軸以抵消制動(dòng)器間隙的影響爵赵。

如，森精機(jī)公司為避免突然停電時(shí)重力軸下落而損傷高價(jià)模具，設(shè)計(jì)了“防止Z軸下落”功能：停電時(shí)主軸稍微抬升以避免損傷工件空幻。如圖9所示烁峭。

圖9森精機(jī)的防止Z軸下落功能

5設(shè)計(jì)案例

立加VMC 750制動(dòng)器控制回路如圖10所示，其中秕铛，KA11是斷電檢測(cè)繼電器挤毯，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)作讯完，該繼電器使用輸入電源AC110V驅(qū)動(dòng)两漫，減少下落量。KA12是制動(dòng)器松開繼電器于扳，PMC輸出“伺服準(zhǔn)備好信號(hào)（SA）”為“1”時(shí)接通宅集。

圖10VMC 750制動(dòng)器控制回路

6結(jié)語(yǔ)

其實(shí)，很多數(shù)控機(jī)床都設(shè)置成開機(jī)回機(jī)床零位炸穿，就是消除因斷電造成的垂直軸下落影響拔灾。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)操作暖鬓。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮降低生產(chǎn)成本继锰，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)作麸档，忽略了一些安全保護(hù)設(shè)計(jì)钮咱。這并不可取，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定執(zhí)行这敬。

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