圖1 氣動(dòng)傳動(dòng)制動(dòng)的替代方案：Hema機(jī)床公司用Linclamp G-SMA系列的樣品產(chǎn)品和Linclamp K-SMA系列的樣品產(chǎn)品這兩個(gè)系列產(chǎn)品來(lái)試驗(yàn)形狀記憶合金的兩種不同的應(yīng)用方案
線性導(dǎo)軌系統(tǒng)的夾緊裝置在保護(hù)作業(yè)人員和機(jī)床方面起著重要的作用。機(jī)床進(jìn)行作業(yè)時(shí)，機(jī)床的線性導(dǎo)向系統(tǒng)的夾緊裝置既可在出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況時(shí)，也可按照程序的設(shè)定快速、可靠和精準(zhǔn)的止住線性滑動(dòng)。現(xiàn)在市場(chǎng)上的此類線性滑動(dòng)的裝置通常是堅(jiān)實(shí)耐用且可靠的基于氣動(dòng)彈簧鋼膜片的裝置。在該領(lǐng)域內(nèi)，Hema機(jī)床公司的Linclamp 系列產(chǎn)品具有可靠性和靈活性方面的優(yōu)勢(shì)，因此在市場(chǎng)上享譽(yù)盛名。目前，機(jī)床正面臨著小型化、電氣化和數(shù)字化方面的新挑戰(zhàn)，由此可見(jiàn)，機(jī)床不再采用氣動(dòng)裝置幾乎已經(jīng)成了一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。Hema機(jī)床公司與形狀記憶技術(shù)應(yīng)用中心進(jìn)行獨(dú)家合作，為應(yīng)對(duì)該發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)辟出未來(lái)前景：合作研制出的Linclamp K-SMA和Linclamp G-SMA 這兩個(gè)系列產(chǎn)品，主傳動(dòng)系統(tǒng)均是采用形狀記憶合金而實(shí)現(xiàn)的，從而取代了氣動(dòng)元件。那么，什么是形狀記憶合金呢?形狀記憶合金(FGL)是一種智能材料，這種智能材料在超過(guò)一個(gè)臨界溫度時(shí)，會(huì)線性的進(jìn)行一個(gè)相位轉(zhuǎn)換。這樣，便實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)的變化，隨之產(chǎn)生一個(gè)異常大的力。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：將一條FGL(形狀記憶合金)線材放入裝有90℃熱水的盆里，34?ms后，該條線材便轉(zhuǎn)變成了一個(gè)之前記憶的辦公用文件夾的形狀。
夾緊過(guò)程有兩個(gè)方案
圖2是這一效應(yīng)的示意圖：該條直的FGL(形狀記憶合金)線材已由鋼彈簧預(yù)應(yīng)力張緊。將該裝置進(jìn)行加熱(通過(guò)熱的介質(zhì)或通過(guò)電流)，該條線材形狀變短。電阻可使得該智能材料發(fā)生如此之大的變化，以致于人們能夠?qū)⑵渲苯幼鳛闋顟B(tài)或位移傳感器來(lái)使用。
圖2 一根直的 FGL線材用鋼制彈簧預(yù)應(yīng)力張拉。試驗(yàn)人員加熱該裝置，使FGL 線材變短。在此，試驗(yàn)材料的電阻大，以至于人們可將其作為狀態(tài)或位移傳感器來(lái)加以使用
如今，該解決方案可在如平板電腦、閥門控制器或者是門禁系統(tǒng)等電子產(chǎn)品的系列化生產(chǎn)中加以應(yīng)用，產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)過(guò)程的周期數(shù)可超過(guò)250?000次。現(xiàn)在，Hema機(jī)床公司與形狀記憶技術(shù)應(yīng)用中心合作研發(fā)的Linclamp K-SMA和Linclamp G-SMA這兩個(gè)系列的產(chǎn)品已經(jīng)用于實(shí)現(xiàn)夾緊過(guò)程的各種不同的技術(shù)解決方案。
在Linclamp G-SMA系列產(chǎn)品中，有一個(gè)用作拉線里的靈活的FGL(形狀記憶合金)線材行動(dòng)件，用以轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置。該FGL(形狀記憶合金)線材行動(dòng)件提升1?mm，產(chǎn)生的力為80?N，這個(gè)調(diào)節(jié)動(dòng)作可轉(zhuǎn)換成2?kN的制動(dòng)力，并且能夠使每個(gè)制動(dòng)片的制動(dòng)距離最大達(dá)到0.3?mm。通過(guò)一個(gè)電容器裝置向FGL(形狀記憶合金)線材上放電，從而產(chǎn)生觸發(fā)動(dòng)作。放電的結(jié)果是導(dǎo)致產(chǎn)生對(duì)上級(jí)設(shè)備控制裝置或是在停電時(shí)的控制命令。通過(guò)FGL(形狀記憶合金)線材的電氣化，該FGL(形狀記憶合金)線材在短于40?ms的時(shí)間內(nèi)，溫度便升高到110℃ 以上。這樣，該FGL(形狀記憶合金)線材便產(chǎn)生形成制動(dòng)力的必要的調(diào)節(jié)動(dòng)作。
圖3 該制動(dòng)裝置例如作為臺(tái)鋸的滑動(dòng)工作臺(tái)的線性安全制動(dòng)器使用
在Linclamp K-SMA系列產(chǎn)品中使用的是兩個(gè)不同的FGL(形狀記憶合金)線材行動(dòng)件類型。由兩個(gè)厚度為2?mm的FGL(形狀記憶合金)線材行動(dòng)件(力行動(dòng)件)產(chǎn)生一個(gè)最大為4?kN的預(yù)應(yīng)力，這個(gè)力主動(dòng)使制動(dòng)器開(kāi)著。為了使其保持恒溫，這樣專門為此研發(fā)的熱元件便具有能效和進(jìn)行調(diào)節(jié)，且能效和進(jìn)行調(diào)節(jié)能夠保持達(dá)到所需水平。通過(guò)一個(gè)第三個(gè)FGL(形狀記憶合金)線材行動(dòng)件(觸發(fā)件)按照球形節(jié)咔噠原理激活一個(gè)復(fù)雜的能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而使得預(yù)應(yīng)力和制動(dòng)機(jī)構(gòu)分離。因?yàn)橛|發(fā)件是靠一根很細(xì)的FGL(形狀記憶合金)線材來(lái)活動(dòng)，因此它只需要一個(gè)相當(dāng)小的電流脈沖便可接通解鎖。
試驗(yàn)表明，特別是Linclamp K-SMA系列的樣品產(chǎn)品的制動(dòng)單元激活時(shí)間可短于20?ms，即約為當(dāng)今的制動(dòng)單元觸發(fā)時(shí)間的1/10。同時(shí)，Hema機(jī)床公司和形狀記憶技術(shù)應(yīng)用中心這兩個(gè)合作伙伴，未來(lái)設(shè)備的發(fā)展?jié)摿υ谟谠O(shè)備不安裝氣動(dòng)裝置。
在線性滑動(dòng)工作臺(tái)內(nèi)的應(yīng)用
該項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)定下的一個(gè)可能的應(yīng)用場(chǎng)景是：現(xiàn)在，臺(tái)鋸的線性滑動(dòng)工作臺(tái)常常還需要操作人員用手來(lái)推。如果要使臺(tái)鋸有一個(gè)安全的制動(dòng)系統(tǒng)，但又不是在任何時(shí)候都能有一臺(tái)空氣壓縮機(jī)。為此，這里便必須使用一個(gè)純的電保護(hù)和制動(dòng)系統(tǒng)。該應(yīng)用場(chǎng)景見(jiàn)圖3：傳感器通過(guò)RFID無(wú)線電射頻識(shí)別技術(shù)裝置或是通過(guò)光學(xué)的評(píng)估來(lái)確定操作人員的手是否接近了圓鋸的鋸片。如果能夠在沒(méi)有超出規(guī)定的安全距離時(shí)，滑動(dòng)工作臺(tái)便制動(dòng)，這樣，操作人員的手便不可能接近圓鋸的鋸齒。如果制動(dòng)是純用電實(shí)現(xiàn)的，那么，這既是一個(gè)安全的解決方案，同時(shí)又可使操作人員對(duì)預(yù)先設(shè)定的鋸的切削深度得到感知上的反饋。
