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    數(shù)控機床控制機柜的研究和設計

    2014-12-31 00:00:00齊斯倩
    電子世界 2014年10期

    【摘要】數(shù)控機床控制機柜安裝了大量的數(shù)控系統(tǒng)及其電控元件,機床能否可靠運行依賴控制機柜狀態(tài)是否良好,而控制機柜能否可靠地工作受工作時的溫度、濕度、電網(wǎng)電壓、接地等諸多方面的影響。如果忽視工作環(huán)境變化對數(shù)控機床的影響,輕則可能使機床不能正常使用,嚴重的會損壞相關機床部件,造成企業(yè)和用戶大量的經(jīng)濟損失。因此合理的設計控制機柜可以延長數(shù)控機床使用壽命,本文主要研究了控制機柜的設計要素,給出了設計方法和思路。

    【關鍵詞】控制機柜;工作環(huán)境;防護等級;控制柜空調

    1.引言

    由于控制柜設計的不合理導致機床故障率升高,或者說由于控制柜導致數(shù)控系統(tǒng)使用壽命的降低占到了8%~15%。例如我廠銷往南方用戶有的因為環(huán)境溫度高,系統(tǒng)模塊無法在正常的溫度下工作,研究表明:溫度每上升10℃,電子產品的使用壽命將比預期減半;有的是因為空氣濕度大,導致數(shù)控模塊損毀。必須總結出機床控制機柜設計方法和思路,從而使機床的可靠性提高,延長使用壽命。

    2.控制機柜對工作環(huán)境的要求

    是指數(shù)控機床工作時的溫度、濕度、電網(wǎng)電壓、接地等諸多方面。

    2.1 溫度的要求

    實踐證明,當室溫過高時數(shù)控系統(tǒng)故障率會大大的增加。通常數(shù)控系統(tǒng)中半導體工作溫度要求在40~45℃以下,而室溫達到35℃時電氣柜內部溫度經(jīng)??赡苓_40℃以上,因此數(shù)控系統(tǒng)不能正常工作。

    2.2 濕度的要求

    要求環(huán)境的相對濕度應該小于75%,處于濕度較大環(huán)境中的數(shù)控機床,大多采用密封電氣柜,同時配備空調進行溫度冷卻。濕度大產生結露,造成硬件模塊短路的損壞。

    3.控制機柜的結構設計

    3.1 控制機柜結構設計要求

    我廠從設計上分為兩種控制柜,一種是外購并聯(lián)機柜,另外一種是自己設計的控制機柜。多數(shù)機床都采用的是自制控制機柜,其優(yōu)點就是價格便宜,外購機柜造價是自制的3倍,同時自制機柜一般是安裝在機床上,機床連線和運輸都很方便。本文主要以自制的控制機柜為研究對象。

    3.2 控制機柜的密封措施

    一些數(shù)控機床長期在加工鑄鐵、石墨工件環(huán)境中對控制機柜防護等級要求更高,電氣柜密封不嚴,導電粉塵進入電氣柜并且在模塊線路板上沉積,可能導致硬件部分損壞,特別是高壓部件,如驅動器的電源模塊等。如果用戶使用數(shù)控機床主要用于加工上述材料, 那么就應當采用密閉的電氣柜,而控制機柜的電柜門支撐和鎖緊方式也是影響密封主要因素,見圖3-1所示。

    假設以1800*800mm(高*寬)的門體尺寸為例,通過SolidWorks COSMOSXpress進行位移分析,我們不難看出折頁和門體固定點安裝數(shù)量和位置對位移的影響很大,同時我們也比較了威圖機柜在箱體密閉上的設計,得到同樣的結論。

    圖中紅色區(qū)域位為位移變形量最大區(qū),而藍色為最小區(qū)域。在1800高機柜等距安裝3個門折頁,可以有效的使門體在高度方向上獲得更多的支撐點,保證在這一方向上密閉良好。而圖3-1左右兩圖不同的是左側門的鎖緊點為1個,而右側是3點(我們做了仿制改進)。通過對比可以看出因所進點的增加紅色位移點的消失,由此我們在設計的時候就要將折頁和門鎖固定點,在左右方向上對稱,上下方向上等距,以確保門的膠條與控制柜之間緊密結合,不會因為受力不均,破壞密閉性。

    3.4 控制柜的電磁兼容

    (1)接地元件安裝板必須使用未漆過的鍍鋅板,機柜內的所有金屬接地部件都要連接到一起,濾波器、數(shù)控系統(tǒng)等電氣部件要用螺絲直接固定在元件安裝板上,柜門和柜體通過接地銅帶連接,所有的保護接地導體都必須和大地連接。

    (2)屏蔽 控柜中常采用的屏蔽方式有:

    使用屏蔽電纜屏蔽、隔離板屏蔽、柜體屏蔽。功率模塊的輸出采用屏蔽電纜,屏蔽層接地。

    4.控制機柜元件布局

    合理分配空間,避免空氣的流動性差保證數(shù)控系統(tǒng)模塊的散熱性。雖然有空調控制溫度,但是系統(tǒng)模塊安裝位置距離空調近的話,由于模塊自身風扇由下向上吹風,而冷空氣(空調產生的)密度大,它的流動方向是自上而下的,在模塊上方就容易出現(xiàn)對流,產生冷凝水最終導致模塊燒毀。如圖4-1所示。

    5.結束語

    除非進行必要的調整和維修,不允許隨便開啟控制柜門,更不允許在使用時敞開柜門。一旦有油霧、灰塵甚至金屬粉末落在數(shù)控系統(tǒng)內的印制線路或電器件上,容易引起元器件間絕緣電阻下降,甚至導致元器件及印制線路的損壞。

    定時維護控制柜也是非常必要的,否則灰塵積聚過多,將會引起數(shù)控系統(tǒng)柜內溫度高,造成過熱報警或數(shù)控系統(tǒng)工作不可靠。

    參考文獻

    [1]電氣配電柜安裝技術的應用分析[J].城市建設理論研究(電子版),2013(24).

    [2]中低壓控制柜智能溫度控制器的研制[J].江蘇電器,2008(6).

    [3]儀器設備間距對空間實驗室機柜內部流動和傳熱的影響分析[J].中國空間科學技術,2006,26(5).

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