淺析數控磨床電控柜設計注意問題

摘要：本文闡述數控磨床的加工特點和工作環境，分析數控磨床的電控柜出現問題的原因，并就出現的問題提出設計磨床電控柜時需注意的問題。

關鍵詞：數控磨床 電氣控制柜 電控柜設計。

工業現場環境條件往往比較惡劣，特別是要磨床的工作環境，所以磨床的數控系統、伺服驅動器等精密產品不能暴露在外界環境中，否則會很容易產生各種各樣的故障問題。這時就要用到電氣控制來保護它們不受外界的影響，正常工作。電氣控制柜用于安裝控制機床動作的元器件和控制模塊。（如：數控系統，伺服驅動器，主軸驅動器，控制變壓器，接觸器，繼電器，接線端子，行線槽等）。電氣控制柜能保護箱里的器件密封，防塵，防水，散熱，防止干擾和輻射。

1.數控磨床的結構特點和工作環境

數控磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。數控磨床又有數控平面磨床、數控無心磨床、數控內外圓磨床、數控立式萬能磨床、數控坐標磨床、數控成形磨床等等

數控磨床主要部件包括主軸部件、進給單元、床具和輔助單元。

1.1主軸部件

砂輪的線速度一般為30~60m/s，CBN砂輪可高達150~200m/s，最高主軸轉速達15000r/min。主軸單元是磨床的樞紐部件，對于高速高精度單元系統應具備剛性好、回轉精度高、溫升小、不亂性好、功耗低、壽命長、本錢適中的特性。砂輪主軸單元的軸承常采用高精度動彈軸承、液體靜壓軸承、液體動壓軸承、消息壓軸承。高速和超高速磨床越來越多采用電主軸單元部件。

1.2進給單元

進給單元包括伺服驅動部件、動彈部件、位置監測單元等。進給單元是保持砂輪正常工作的必要前提，是評價磨床機能的重要指標之一。要求進給單元運轉靈活、分辨率高、定位精度高、動態響應快，既要有較大的加速度，又要有足夠大的驅動力。進給單元常用的方案為交、直流伺服電念頭與動彈絲杠組合的進給方案或直線伺服電念頭直接驅動的方案。兩種方案的傳動鏈很短，主要是為了減少機械傳動誤差。兩種方案都是依賴電念頭來調速、換向。

1.3床具

砂輪架、頭架、尾架、工作臺、床身、立柱等是數控磨床的基礎構件，其設計制造技術是保證磨床質量的根本。

1.4輔助單元

輔助單元包括工件快速裝夾裝置、高效磨削液供應系統、安全防護裝置、主軸及砂輪動平衡系統、切屑處理系統等。

由于磨床主軸采用的都是比較大功率的電機，大功率電機工作時能產生很大的電磁干擾。數控機床在工作時，與電網、空間與周圍環境發生了聯系而受到電磁干擾。比如浪涌電壓干擾、電快速瞬變脈沖群等，其傳播途徑是沿著低阻抗方向傳播，會使干擾傳導到敏感設備當中去，比如是進給單元的伺服系統。這樣就很容易造成系統故障，影響正常工作。這就要求電控柜的設計要有很強的抗干擾能力。

另外磨床的加工對象主要是硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。所以數控磨床進行工作時，會產生大量的鐵屑，磨床在磨削過程中，加工表面和砂輪都會產生很高的溫度，要用循環水來冷卻，冷卻過程會產生很多水氣。這些鐵屑和水氣一旦進入到電控柜里的，就有可能對里面的系統和驅動器產生致命的損害。這要求電控柜密封性要好，有夠強的防塵防水能力。

2.數控磨床電控柜設計注意事項

2.1散熱問題: 電氣控制柜中裝有數控系統，伺服驅動器，電氣元件和繼電器等，為了保證這些元件的正常可靠運行，必須對控制柜進行散熱處理，磨床電氣控制柜內通常采用電柜空調或者熱交換機來保持電控柜內的溫度，不能用風扇，因為風扇會將外界的粉塵和水氣帶進電控柜,對電氣元件造成影響。

2.2電磁干擾問題:

電氣控制柜內伺服驅動器在工作中由于整流和變頻，周圍產生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對附近的儀表、儀器有一定的干擾，而且會產生高次諧波，這種高次諧波會通過供電回路進入整個供電網絡，從而影響其他元件。如果伺服驅動器的功率很大占整個系統25%以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施。

強電部分和弱電部分必須分開，注意控制柜內的走線，強電信號線和弱電信號線不要在一個線槽內走線，也不要靠的太近，以免產生干擾。

電控柜內的接地一定要接好，這樣才能保護敏感設備不受影響，電氣控制柜應該采用導電的金屬板制作，為了保證控制柜的電磁一致性，應采用一體結構或

焊接。控制柜的安裝板采用導電的金屬板，以提高系統的接地性能。

2.3防護問題需要注意以下幾點:

防水防塵:磨床工作時要用到循環水來冷卻，現場肯定會有冷卻水的管道，電控柜放在現場，需要注意控制柜上方不要有管道法蘭或其他漏點，在電控柜附近不能有噴濺水流，現場柜體防護等級要在IP43以上。電控柜要整體密封，電控柜門周邊要用密封圈包圍，以確保關上門后，粉塵和水氣不能從縫隙中進入。電控柜的進線孔在鋪設完電纜后，也要做好封閉工作

另外柜內溫度設定一般設得比外界要高，使柜內形成正壓。如果柜內出現負壓力，就有可能把外界的粉塵和水氣吸進柜內。

3.參考文獻

[1] 湯繼東，中低壓電氣設計與電氣設備成套技術，中國電力出版社，2010

[2] 顧忠仁. 電氣制造.《電氣控制柜散熱方法的比較分析》.2006年第2期

[3] 白玉岷. 電氣工程常用裝置及開關控制柜制作加工技術. 機械工業出版社 2011

作者簡介

陳振漢（1986 -），男，廣東江門人，江門蓬江區迪佳電氣有限公司助理工程師,主要數控機床電氣調試方面的工作。