CN111520449B - 应用于机械设备改造的重力轴防坠装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，机械设备的丝杆传动机构包括安装基板、滚珠丝杆、及伺服电机，伺服电机的主动齿盘与滚珠丝杆的从动齿盘之间设有传动皮带，重力轴防坠装置包括设置在从动齿盘上的锁止盘、及用于与锁止盘相配合对滚珠丝杆进行旋转向锁止的锁止机构，锁止机构设置在安装基板上，其包括用于监控传动皮带张紧度的监控部。本发明能在传动皮带松弛、断齿、断裂状态下对丝杆进行阻停，有效防止坠落事件发生，提高了设备安全性。易于实现旧设备改造，具备空间要求低、搭载方便高效、成本低廉等特点。整体设计基于传统丝杆传动机构，针对性较强，构造简洁易于布置，在起到安全保护的同时还满足设备日常维护需求。

Description

应用于机械设备改造的重力轴防坠装置

技术领域

本发明涉及应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，属于机床改造的技术领域。

背景技术

机加工设备种类繁多，而本案设计的机械设备为立式机加工设备，一般情况下，立式数控车床和立式机加工中心的Z轴为立式安装，即主轴为升降位移设置。主轴和鞍座由伺服电机通过同步皮带传动带动滚珠丝杆来带动固定在鞍座上的丝螺母座作上下运动。采用同步皮带传动与直接连接相比皮带传动不存在机械轴同心度问题；同步皮带传动基本无机械间隙。

虽说同步皮带应用在伺服轴传动领域属理想传动方式的一种，但存在一项突出缺陷，即皮带属软性材质，在高强度连续运行时间长会发生皮带掉齿，甚至皮带断裂。如果说机床的重力轴在运行过程中或待机时突然发生皮带断裂会导致滚珠丝杠不受伺服电机转子扭力/电机泵抱闸的控制导致主轴和鞍座急速坠落造成严重的机械故障甚者人生安全事故。另外，在检修及替换皮带作业时，需要通过支撑主轴设备或者锁止丝杆设备进行辅助作业。

目前市面机加工设备中，均具备针对主轴防坠落的锁止结构，通过监测主轴状态进行对丝杆的抱死等设计，一方面锁止结构复杂增加了设备成本，另一方面其存在空间及硬件需求，很难应用在旧设备改造上。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，针对传统立式机床使用过程中皮带断裂断齿容易引起主轴坠落事故的问题，提出应用于机械设备改造的重力轴防坠装置。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，所述机械设备包括用于驱动主轴升降位移的丝杆传动机构，所述丝杆传动机构包括安装基板、滚珠丝杆、及伺服电机，所述伺服电机的旋转轴上设有主动齿盘，所述滚珠丝杆上设有从动齿盘，所述主动齿盘与所述从动齿盘之间设有传动皮带，

所述重力轴防坠装置包括设置在所述从动齿盘上的锁止盘、及用于与所述锁止盘相配合对滚珠丝杆进行旋转向锁止的锁止机构，所述锁止机构设置在所述安装基板上，所述锁止机构包括用于监控所述传动皮带张紧度的监控部。

优选地，所述锁止机构包括设置在所述安装基板上的扭力座、及配接在所述扭力座上的摇臂，

所述摇臂的自由端上设有用于与所述锁止盘相配合的锁止端，所述摇臂的臂身上设有用于抵接在所述传动皮带上的滚轮部，

在所述传动皮带张紧状态下，所述锁止端与所述锁止盘留有间隙。

优选地，所述安装基板上设有用于监控所述摇臂位移的检测传感器，所述检测传感器与机械设备的主机相通讯连接。

优选地，所述锁止盘上设有若干周向均匀间隔的锁齿段，所述锁止端上设有用于所述锁齿段相配合的配合锁齿。

优选地，所述锁齿段包括周向连续设置的且径向凸起尺寸渐大的第一限位齿、第二限位齿、及第三限位齿，任意相邻所述锁齿段之间设有过渡导向曲壁，所述过渡导向曲壁的一端与所述第一限位齿相连、另一端与所述第三限位齿之间形成锁止槽。

优选地，所述第一限位齿、第二限位齿、及第三限位齿的齿面为弧形面。

优选地，所述锁止盘与所述从动齿盘之间为可拆卸配接。

优选地，所述锁止盘为冲压件。

本发明的有益效果主要体现在：

1.能在传动皮带松弛、断齿、断裂状态下对丝杆进行阻停，有效防止鞍座、主轴坠落事件发生，提高了设备安全性。

2.易于实现旧设备改造，具备空间要求低、搭载方便高效、成本低廉等特点。

3.整体设计基于传统丝杆传动机构，针对性较强，构造简洁易于布置，在起到安全保护的同时还满足设备日常维护需求。

附图说明

图1是本发明应用于机械设备改造的重力轴防坠装置的结构示意图。

图2是本发明优选实施例示意图。

具体实施方式

本发明提供应用于机械设备改造的重力轴防坠装置。以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。

应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，如图1所示，机械设备包括用于驱动主轴升降位移的丝杆传动机构1，丝杆传动机构1包括安装基板11、滚珠丝杆12、及伺服电机13，伺服电机13的旋转轴上设有主动齿盘2，滚珠丝杆12上设有从动齿盘3，主动齿盘2与从动齿盘3之间设有传动皮带4。

以上为现有技术中的机械设备结构，即通过伺服电机13的旋转轴驱动，主动齿盘2通过传动皮带4对从动齿盘3进行传动，从而实现对滚珠丝杆12的旋转控制，进而实现对主轴的升降位移驱动。

传动皮带4为齿型同步皮带，其在长期运行过程中会出现松弛、断齿及断带现象，当出现以上现象时，滚珠丝杆无法受到伺服电机的扭力，在鞍座和主轴重量作用下滚珠丝杆会自由旋转，造成鞍座及主轴下坠，发生设备故障，严重者会造成安全事故。

针对上述情况，本案提出了一种易于旧设备改造的重力轴防坠装置，其能在出现皮带松弛、断齿及断带现象情况下，对滚珠丝杆进行旋转阻停，从而防止鞍座及主轴坠落情况发生，该重力轴防坠装置对空间要求较低，满足旧设备改造需求。

具体地，如图1所示，包括设置在从动齿盘3上的锁止盘5、及用于与锁止盘5相配合对滚珠丝杆进行旋转向锁止的锁止机构6，锁止机构6设置在安装基板11上，锁止机构6包括用于监控传动皮带4张紧度的监控部7。

具体地实现说明，监控部7一直监控传动皮带4的张紧度，当传动皮带4出现松弛、断齿及断带现象时，及时触发锁止机构6对锁止盘5进行阻停，锁止盘5与从动齿盘3为连接状态，会对从动齿盘3进行锁止，从而实现对滚珠丝杆的旋转阻停作业。

在一个具体实施例中，锁止机构6包括设置在安装基板11上的扭力座61、及配接在扭力座61上的摇臂62，摇臂62的自由端上设有用于与锁止盘5相配合的锁止端63，摇臂62的臂身上设有用于抵接在传动皮带4上的滚轮部，该滚轮部即为监控部7，在传动皮带4张紧状态下，锁止端63与锁止盘5留有间隙。

具体地说明，在传动皮带4正常情况下，传动皮带处于张紧状态，即紧绷的作业状态，而滚轮部在扭力座61的扭力状态下压靠在传动皮带4上。

当传动皮带4因为断齿、断带、及弹性形变到一定程度状态下，传动皮带出现松弛现象，会失去对滚轮部的支撑，此时在扭力座61作用下摇臂62的锁止端63会朝向锁止盘5贴靠，锁止端63与锁止盘5之间产生锁止配合，阻断滚珠丝杆旋转。

该锁止机构6直接搭载在安装基板11上，无需额外设置载体，并且采用物理接触的方式进行监控及阻停，具备成本优势，易于布置及构建。

在一个具体实施例中，安装基板11上设有用于监控摇臂62位移的检测传感器8，检测传感器8与机械设备的主机相通讯连接。

具体地说明，机械设备一般具备主机控制，主机会反馈设备状态，而本案中，采用检测传感器8来监控摇臂62状态，该检测传感器8可为接近开关，当摇臂62出现枢轴位移限位作业时，摇臂62与接近开关相分离，接近开关向主机释放通讯信号，从而提醒监控人员设备皮带故障。

在替换皮带作业时，无需额外进行滚珠丝杆限位及主轴鞍座支撑，即可实现传动皮带替换，皮带替换后绷紧使得锁止机构6复位。

如图2所示，锁止盘5上设有若干周向均匀间隔的锁齿段9，锁止端63上设有用于锁齿段9相配合的配合锁齿。

通过锁齿段9与配合锁齿相配合实现阻停作用。

在一个优选实施例中，如图2所示，锁齿段9包括周向连续设置的且径向凸起尺寸渐大的第一限位齿91、第二限位齿92、及第三限位齿93，任意相邻锁齿段9之间设有过渡导向曲壁94，过渡导向曲壁的一端与第一限位齿91相连、另一端与第三限位齿之间形成锁止槽95。第一限位齿、第二限位齿、及第三限位齿的齿面为弧形面。

锁止端63上设有与第一限位齿91、第二限位齿92、第三限位齿93一一对应配合的限位槽，及与锁止槽95相配合的锁止齿部。

具体地说明，滚珠丝杆12具备正向旋转和反向旋转两个位移，因此采用了上述设计。

针对沿限位齿渐大方向旋转情况下阻停：

锁止端63在贴靠锁止盘5过程中，会出现接触过渡导向曲壁94、正对锁齿段9、错位相对锁齿段9的情况。直接对位即锁固；出现接触过渡导向曲壁94时，在沿过渡导向曲壁94位移状态下，压紧力逐渐变大，当超过过渡导向曲壁94最大直径时，锁止端63嵌入锁齿段9内，实现紧配合；出现错位相对时，当扭力较小状态下直接锁止，当扭力超出错位锁止力时，会出现脱齿进入过渡导向曲壁94，最终对位锁止。

针对沿限位齿渐小方向旋转情况下阻停：

锁止端63在贴靠锁止盘5过程中，会出现正对锁齿段9、错位相对锁齿段9、及解除过渡导向曲壁94的情况。直接正对即锁固；出现接触过渡导向曲壁94时，在滚珠丝杆12惯性状态下使得锁止端63与锁齿段9相错位配接，随着扭力与齿配合的相互作用，至齿配合力消除扭力阻停，错位相对锁齿段9时亦如此。而当扭力较大触发最大配合状态时，锁止槽95与锁止端63实现硬性阻停，确保滚珠丝杆12能实现阻停。

由此，优选实施例存在多级阻停，满足一定地过渡阻停作用，降低了硬性冲撞阻停概率，提高了阻停装置的安全性。

本案中，锁止盘5与从动齿盘3之间为可拆卸配接。即通过轴向分布的轴向锁栓直接将锁止盘5固定在从动齿盘3上即可，当锁止盘5出现一定损伤时直接替换即可。锁止盘5为冲压件，具备较高地结构强度及较低的制造成本。

通过以上描述可以发现，本发明应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，能在传动皮带松弛、断齿、断裂状态下对丝杆进行阻停，有效防止鞍座、主轴坠落事件发生，提高了设备安全性。易于实现旧设备改造，具备空间要求低、搭载方便高效、成本低廉等特点。整体设计基于传统丝杆传动机构，针对性较强，构造简洁易于布置，在起到安全保护的同时还满足设备日常维护需求。

以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，所述机械设备包括用于驱动主轴升降位移的丝杆传动机构，所述丝杆传动机构包括安装基板、滚珠丝杆及伺服电机，所述伺服电机的旋转轴上设有主动齿盘，所述滚珠丝杆上设有从动齿盘，所述主动齿盘与所述从动齿盘之间设有传动皮带，其特征在于：

所述重力轴防坠装置包括设置在所述从动齿盘上的锁止盘及用于与所述锁止盘相配合对滚珠丝杆进行旋转向锁止的锁止机构，所述锁止机构设置在所述安装基板上，所述锁止机构包括用于监控所述传动皮带张紧度的监控部，

所述锁止机构包括设置在所述安装基板上的扭力座及配接在所述扭力座上的摇臂，

所述摇臂的自由端上设有用于与所述锁止盘相配合的锁止端，所述摇臂的臂身上设有用于抵接在所述传动皮带上的所述监控部，所述监控部为滚轮部，

在所述传动皮带张紧状态下，所述锁止端与所述锁止盘留有间隙。

2.根据权利要求1所述应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，其特征在于：

所述安装基板上设有用于监控所述摇臂位移的检测传感器，所述检测传感器与机械设备的主机相通讯连接。

3.根据权利要求1所述应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，其特征在于：

所述锁止盘上设有若干周向均匀间隔的锁齿段，所述锁止端上设有用于所述锁齿段相配合的配合锁齿。

4.根据权利要求3所述应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，其特征在于：

所述锁齿段包括周向连续设置的且径向凸起尺寸渐大的第一限位齿、第二限位齿、及第三限位齿，任意相邻所述锁齿段之间设有过渡导向曲壁，所述过渡导向曲壁的一端与所述第一限位齿相连、另一端与所述第三限位齿之间形成锁止槽。

5.根据权利要求4所述应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，其特征在于：

所述第一限位齿、第二限位齿、及第三限位齿的齿面为弧形面。

6.根据权利要求1所述应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，其特征在于：

所述锁止盘与所述从动齿盘之间为可拆卸配接。

7.根据权利要求6所述应用于机械设备改造的重力轴防坠装置，其特征在于：

所述锁止盘为冲压件。

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