专利名称：一种快速电磁抱闸断电保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于断电保护装置，特别是涉及一种在伺服电机突然断电情况下，数控机床 通过对电网实时监测的结果适时控制伺服驱动器对抱闸电磁铁的动作，从而避运动部件沿重 力方向运动的断电保护装置。
技术背景
数控机床沿重力方向运动的部件(如龙门铣床的Z轴)多有伺服电机拖动。通常情况下， 为了防止电机失电后的运动部件因重力向下移动而造成机床刀具损坏、加工工件被破坏、机 床精度损失等不良后果，该类机床多带有配重装置或者在电机轴端装有抱闸电磁铁装置。但 是，上述解决方案在实施过程中会出现一些问题 一是，由于受结构、移动部件快速相应特 性等的因素的限制，有些机床无法带配重装置；二是，虽然在大多数情况下通过伺服驱动器 可以对抱闸电磁铁进行适时控制动作，顺利完成抱闸任务，但是，在突然断电的情况下，伺 服驱动器对抱闸电磁铁的控制动作却不够及时，依然会造成沿重力方向运动部件的意外下移， 进而引起严重的后果。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，提供一种在伺服电机突然断电 情况下，数控机床通过对电网实时监测的结果适时控制伺服驱动器对抱闸电磁铁的动作，从 而避运动部件沿重力方向运动的断电保护装置。
本实用新型的技术方案概述如下
一种基于快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于由外部接口模块A1、电网隔离采样接
口模块A2、信号处理模块A3、上半桥臂与快速泄放模块A4、下半桥臂与快速泄放模块A5等 组成。其中，外电网的信号经过外部接口模块A1，进入电网隔离采样接口 A2;电网隔离采样 后的信号经过信号处理模块A3的处理产生控制信号，控制信号分别送到上半桥臂与快速泄放 A4模块，下半桥臂与快速泄放A5模块。经过上下半桥臂放大后的信号与快速泄放后的信号 再送入外部接口。
为了保证上电、下电时，抱闸电磁铁都能准确动作，本实用新型采用半桥驱动方式。抱
4闸电磁铁绕组跨接在上下桥臂之间。由于抱闸电磁铁是电感性负载，在关闭抱闸电磁铁时， 如果没有续流回路，将会产生大的感生电势。感生电势会以电磁波形式向外发送，产生干扰。 如果有续流回路，电流会在电磁铁内部反复流动，致使电磁铁无法完全及时关闭而抱闸。为 了既不产生干扰，又让电磁铁快速完全关闭，本实用新型采用了快速泄放回路。
电网隔离采样接口主要用于实现外电网的高电压大电流信号的隔离采样，同时对电网的 电压和供电连续性进行采样，以便准确实时对抱闸电磁铁实施控制。
本实用新型的有益效果是在突然断电的情况下，能够及时对抱闸电磁铁控制，使重力 方向运动部件的意外下移量减到足够小，从而保证机床刀具不损坏、加工工件不被破坏。
图1是本实用新型的总体结构示意图2是本实用新型的电网隔离采样接口示意图3是本实用新型的信号处理块示意图4是本实用新型的上半桥臂与快速泄放模块示意图5是本实用新型的下半桥臂与快速泄放模块示意图6是本实用新型的外部接口模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述
图l表明了本实用新型的结构组成，其中，外电网的信号经过外部接口模块A1，进入电 网隔离采样接口A2;电网隔离采样后的信号经过信号处理模块A3的处理产生控制信号，控
制信号分别送到上半桥臂与快速泄放A4模块，下半桥臂与快速泄放A5模块。经过上下半桥 臂放大后的信号与快速泄放后的信号再送入外部接口。
图2中，电网隔离采样接口的主要功能是实现外电网的高电压大电流信号的隔离采样， 同时对电网的电压和供电连续性采样。Ul、 U2实现光电隔离，隔离电压大于2500伏，R3是 对U1、 U2提供保护。适当选取R1、 R2的电阻值，则可以对电网电压检测的同时，还可以对 供电连续性采样，AC1、 AC2是外电网的输入口， IN1、 IN2是隔离采样信号。R4、 R15、 R5、 R16对信号适当偏置。
图3中，信号处理块对采样回来的信号进行反向、施密特整形、信号宽度拓展。U6、 C30、 C13组成的电路对采样回的信号反向的同时，对1/3*VCC_2/3*VCC的电压之间进行施密特整形，使波形规则化。由Cl、 C2 、 Dl、 U3、 R6、 R7组成的电路对信号宽度拓展。电路中C13 提取信号下降沿，R6、 Cl的时间常数决定信号被拓展的宽度，Dl对电压平移后的高压部分进 行截止，R7控制只对信号下降沿拓展。C2为稳定U3工作而设。C0NGR0L1、 C0NTR0L2两路信 号则可驱动下半桥臂。如果外电网的电压足够高，隔离采样后的信号饱满，跨越 1/3*VCC—2/3*VCC电压之间，信号可施密特整形并宽度拓展，如果外电网的电压不够高或是 供电暂时终止，隔离采样后的信号幅度不够，不能跨越1/3WCC—2/3WCC电压之间，信号则 不可整形并宽度拓展，会导致快速抱闸下半桥臂关闭，快速泄放后产生抱闸动作。这样在突 然断电的瞬间，快速启动抱闸。
图4中，上半桥臂与快速泄放由Kl、 K2、 D8、 D9、 Dll、 LED0、 LED3组成，Kl、 K2的控 制信号来自于伺服驱动器(快速抱闸模块可以控制两路抱闸)。D8、 D9为小信号续流，LED0、 LED3为发光二极管的指示灯。Dll作为快速泄放通道。由于K1、 K2动作时间长，快速泄放的 时间也相应长。
快速抱闸模块设有三个绿色发光二极管的指示灯。
LD1亮表示抱闸回路接通，抱闸线圈因得电而松闸，电机转子能正常转动。 LD1灭表示抱闸回路关闭，抱闸线圈因失电而抱闸，电机转子转动受阻。 LD2、 LD3亮表示第一、第二路的抱闸控制信号(由驱动器产生)送到。 LD2、 LD3灭表示第一、第二路的抱闸控制信号未送到。
图5中，下半桥臂与快速泄放由D5、 D6、 D7、 RIO、 Rll、 R13、 R14、 Ql、 C15、 LD1组成， D7、 R13、 R14构成快速泄放通道，Ql作为下半桥臂，Rll限制Ql的开关速度，以免开关过 快导致噪声，RIO、 C15对信号进行平滑。D5、 D6是信号的叠加输入控制。
图6中的外部接口快速抱闸模块设有12位接线端子。各端子的定义如下
l位第一路的抱闸控制信号(由驱动器产生)正端
2位第一路的抱闸控制信号负端；
3位第二路的抱闸控制信号正端；
4位第二路的抱闸控制信号负端；
5位第一路抱闹线圈负端；
6位第二路抱闸线圈负端；
7位第一路抱闸线圈正端；
8位第二路抱闸线圈正端；
9位抱闸供电电源地；10位抱闸供电电源正24V;
11位交流220V输入1;
12位交流220V输入2。
权利要求1.一种快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，它由外部接口模块(A1)、电网隔离采样接口模块(A2)、信号处理模块(A3)、上半桥臂与快速泄放模块(A4)、下半桥臂与快速泄放模块(A5)组成；其中，外电网的信号经过外部接口模块(A1)，进入电网隔离采样接口(A2)；电网隔离采样后的信号经过信号处理模块(A3)的处理产生控制信号，控制信号分别送到上半桥臂与快速泄放(A4)模块，下半桥臂与快速泄放(A5)模块；经过上下半桥臂放大后的信号与快速泄放后的信号再送入外部接口。
2. 根据权利要求l所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，它采用半桥驱动方 式，抱间电磁铁绕组跨接在上下桥臂之间。
3. 根据权利要求l所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，它采用了快速泄放 回路。
4. 根据权利要求1或2或3所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，所述的电 网隔离采样接口由隔离电压U1、 U2，电阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R15、 R16，外电网输入AC1、 AC2 ，隔离采样信号IN1、 IN2组成；其中，Ul、 U2的隔离电压大于2500伏。
5. 根据权利要求1或2或3所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，所述的信 号处理模块由一个施密特整形电路和一个信号宽度拓展电路组成。
6. 根据权利要求5所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，所述的施密特整形 电路由芯片U6、电容C30和C13组成。
7. 根据权利要求5所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，所述的信号宽度拓 展电路由电容C1和C2 、 二极管D1、芯片U3、电阻R6和R7组成。
8. 根据权利要求5所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，所述的信号处理模 块电路中电容C13提取信号下降沿，电阻R6、电容C1的时间常数决定信号被拓展的宽度， 二极管D1对电压平移后的高压部分进行截止，电阻R7控制只对信号下降沿拓展；电容C2为 稳定芯片U3工作而设；信号C0NGR0L1、信号C0NTR0L2则可驱动下半桥臂。
9. 根据权利要求1或2或3所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，所述的上 半桥臂与快速泄放模块由继电器K1和K2、 二极管D8、 D9和D11、发光二极管LEDO和LED3 组成；其中，Kl、 K2的控制信号来自于伺服驱动器；D8、 D9为小信号续流；LEDO、 LED3为 发光二极管的指示灯；Dll为快速泄放通道；快速抱闸模块设有三个绿色发光二极管的指示 灯。
10.根据权利要求1或2或3所述的快速电磁抱闸断电保护装置，其特征在于，所述的 下半桥臂与快速泄放模块由二极管D5、 D6和D7、电阻RIO、 Rll、 R13和R14、功率管Q1、 电容C15、发光二极管LD1组成；其中，D7、 R13、 R14构成快速泄放通道，Ql为下半桥臂， Rll限制Q1的开关速度，以免开关过快导致噪声，RIO、 C15对信号进行平滑；D5、 D6是信 号的叠加输入控制。
专利摘要本实用新型公开了一种基于快速电磁抱闸断电保护装置，旨在提供一种在伺服电机突然断电情况下，数控机床通过对电网实时监测的结果适时控制伺服驱动器对抱闸电磁铁的动作，从而避运动部件沿重力方向运动的断电保护装置。它由外部接口模块、电网隔离采样接口模块、信号处理模块、上半桥臂与快速泄放模块、下半桥臂与快速泄放模块等组成。本实用新型的主要用途是在突然断电的情况下，能够及时对抱闸电磁铁控制，使重力方向运动部件的意外下移量减到足够小，从而保证机床刀具不损坏、加工工件不被破坏。
文档编号F16P7/00GK201164952SQ20072017594
公开日2008年12月17日 申请日期2007年9月13日 优先权日2007年9月13日
发明者孙家友 申请人:北京精雕科技有限公司