机电一体化毕业论文：数控车床电气柜设计.doc

浙江工业大学博士学位论文毕业设计说明书课题名称： FANUC Oid 数控车床电气柜设计与调试 学生姓名 舒科杰 学 号 0902013324 二级学院（系） 电气电子工程学院 专 业 机电一体化 班 级 机电0933 指导教师 黄文广 许孔杨 起讫时间：2012年2月15日～2012年5月2日32浙江机电职业技术学院毕业设计说明书摘 要数控机床由普通机床发展而来，它集机械、液压、气动、伺服驱动、精密测量、电气自动控制、现代控制理论、计算机控制和网络通信等技术于一体是一种高效率、高精密、能保证加工质量、解决工艺难题，而且又具有一定柔性的生产设备，并正逐步取代普通机床数控机床的广泛的使用，给机械制造业的生产方式、产品结构和产业结构带来了深刻的变化，其技术水平高低和拥有量多少，是衡量一个国家和企业现代化水平的重要标志本设计主要对电气柜等设计关键词：数控车床；FANUC；电气柜设计 目 录摘要 1第1章 绪论 21.1 数控机床电气控制系统的发展 21.2 强电控制柜简介 31.3 电气控制系统设计的意义 4第2章 电气柜的设计 52.1 电气柜柜体设计 52.2 元器件选型 82.3 电气控制柜组件的划分 132.4 抗干扰和接地对策 132.5 电气控制柜接线的注意事项 182.6 电气控制柜总体配置设计 18第3章 调试 203.1 手动进给的调试 203.2 全闭环伺服系统的调试 203.3 系统综合调试 22第4章 结论 23参考文献 24致谢 25附录一：数控车床电气柜柜体图 26附录二：数控车床布局说明 27附录三：FANUC 数控系统设备电气图（另附页） 30第1章 绪论目前，数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重点。

数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测技术以及光电磁等多种学科技术融为一体，使制造业成为知识、技术密集的大学科范畴内的现代制造业，成为国民经济的基础工业1952年，美国研制的世界第一台三坐标数控机床，其特点是用三个数控伺服系统代替了传统的机械进给系统早期的数控机床同普通机床相比，除进给系统是数控伺服系统外，外形和结构基本相同我国现在生产的经济型数控机床，就属于这种类型，因为这些产品是在普通机床的总体结构基础上经局部改进而发展出来的数控机床不仅表现为数量迅速增长，而且在质量性能和控制方式上也有明显改善数控机床加工工件时，完全根据计算机发出的指令自动进行加工，不允许频繁测量和进行手术补偿，这就要求机床结构具有较高静刚度与动刚度，同时要提高结构的热稳定性，提高机械进给系统的刚度并消除机械传动间隙，消除爬行这样，可以有效避免振动、热变形、爬行和间隙影响被加工工件的精度数控机床在当今机械加工设备中有着举足轻重的作用，而机床有CNC、PLC、进给伺服驱动系统、主轴伺服驱动系统、辅助装置等部分组成其中主轴是不可或缺的高速铣削加工在高速切削加工中扮演着最重要的角色,而高速机床所选用的主轴系统特性的优劣,又直接影响着高速铣削加工的质量。

1.1 数控机床电气控制系统的发展数控机床电气控制系统的发展与数控系统、伺服系统、可编程控制器的发展密切相关一）数控系统的发展随着微电子技术和计算机技术的飞速发展数控系统的功能不断的增多、柔性不断增强、性能价格比不断提高当前数控系统正朝着下面几个方面发展1. 高速度、高精度化2. 智能化数控系统应用高技术的重要目标是智能化智能化主要体现以下几个方面：（1） 自适应控制技术（2） 附加人机会话自动编程功能（3） 具有设备故障自诊断功能3. 小型化4. 计算机群控5. 具有更高的通信功能（二）伺服系统的发展早期的数控机床伺服系统多采用晶闸管直流驱动系统并且采用了闭环控制，以获得良好的动静态特性但是由于直流电动机受机械换向的影响和限制，大多数直流驱动系统适用性差，维护比较困难，而且其恒功率调速范围小20世纪80年代以后，交流驱动系统进入实用阶段目前交流伺服驱动系统已经基本取代了直流伺服驱动系统图1-1数控机床系统伺服（三）可编程控制器的发展1969年在美国出现第一台可编程逻辑控制器（PLC programmable logic controller）以来，经过多年的发展，PLC现在已成为一种重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。

1.2 强电控制柜简介强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路过载、欠压等电气保护外，主要在PLC的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起连接作用，控制机床装置，如各种交流电动机，液压系统电磁阀或电磁离合器等此外，它也与机床操作台有关手动按钮连接强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元件等构成，它与一般普通机床的电气类似，但为了提高对弱电控制系统抗干扰性，要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等其中的电磁感应器件中均必须并联RC阻容吸收器；对各种检测信号的输入均要求用屏蔽电缆连接1.3 电气控制系统设计的意义电气柜的设计、电气线路的设计是数控机床靠可靠性的最重要关口，设计的先天缺陷对产品的可靠性影响非常大，有时是无法补救的一定尽量在设计中避免上述问题的出现，不要等出现问题再去补救，费时费力且会对厂家的信誉产生影响通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1.培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2.强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3.使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4.培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风。

第2章 电气柜的设计2.1 电气柜柜体设计在设计电柜时，必须充分考虑电柜运输和使用的环境条件，比如：温室中，它运行时的温度最好在0℃~45 ℃；在存贮或运输中最好在-20 ℃~60 ℃之间还有湿度通常小于等于75%，短期（一个月内）最好小于等于95%当然，还要考虑振动、海拔高度等等其他因素一）电柜的密封电柜的密封需满足运输和使用的环境要求，设计电柜时必须有效防止灰尘、冷却液和有机溶液的进入，防止其对设备造成伤害1.密封装置在空气入口处使用空气过滤器，控制气流以保证进入空气入口的灰尘量换气风扇也应加过滤器处理风扇要装在控制柜下面的要进风，上面或顶上的要出风，（热空气上升)，电气柜内装有变频器等大功率发热设备，那么电气柜上的风扇排气量要大于内部设备的总排气量图2-1风扇或空气入口空气过滤器及护罩2．电缆锁紧装置电柜到机床的电缆接口设计需使用锁紧件，备用口需加孔堵满足密封条件：使用电缆锁紧装置进行密封，可同时起到电缆的固定作用另外，以下情况会导致间隙过大，而导致密封程度过低：(1)密封圈的单孔内穿进多根电缆者;（2）密封圈没有完全套在电缆护套上或将密封圈割开套在电缆上的；（3）密封圈与电缆护套之间有其它包扎物者;（4）密封圈部分破损；（5）一个进线嘴内多个密封圈的；（6）密封圈内径大于引入电缆外径超过1mm；（7）密封圈厚度<电缆外径的0.7倍、密封圈内外径差<电缆外经的0.3倍者。

图2-2电缆锁紧装置及孔堵图片3．电柜门及操作站的密封处理使用密封胶条或其他密封措施进行密封处理如果电柜或操作站部分密封不够充分，灰尘就会不断穿过缝隙而附着在单元上，灰尘累积会引起绝缘效果的恶化图2-3柜门加密封胶条可防止灰尘累积（二）电柜温升设计1.设计电柜时，需保证电柜内的温度上升时柜内和柜外的温度差不超过10摄氏度2.一个封闭的电柜必须安装风扇（或空调等换气冷却装置）以保证内部空气的循环风扇需作调整设计以保证空气以0.5m/sec的速度流过每一个安装单元的表面，但不能直吹，如果空气由风扇直接吹向单元，灰尘会很容易附着，容易引起单元的故障，缩短元件使用寿命热交换器的排风尽量保证能够直接作用到伺服或用电设备3.冷风机和空调的安装使用有两种安装方式，顶装与侧装顶装的优势在于热空气往上，机柜底部应开通风口，形成自下而上的空气流动，这样在电器元件表面不容易形成热点和局部的热导效应冷风机主要以给排风为主，即向柜外抽风式当风机无法达到机柜内降温的要求时，可选装机柜空调选装机柜空调时应注意功率选择，功率过大会使机柜内温度低于或等于28度，极可能形成凝露现象，这将导致电器元件短路等问题此外，过大功率的机柜空调制冷时间过短，工作与非工作状态切换频率过高，对机柜空调本身的使用寿命有很大影响。

4.模块放大器的安装使用带有散热片的模块尽量将散热片安装在电柜外部，因为散热片对柜内温度影响很大，同时为防止环境影响可考虑给散热片增加防护各种模块发热量及计算方法参考“ 电柜温升计算” 图2-4 将模块散热片置于电柜外部 图2-5 防护设计（三）电柜柜体的抗干扰设计电柜设计时还必须考虑到尽量降低噪声，并且防止噪声向CNC单元传送，在柜体设计时须考虑元件的布局情况，尽量减少元件之间相互干扰情况1．单元在电柜内部的安装和排列必须考虑检查和维修的方便，元件分交直流布置，走线尽量做到交直流分离，因此要在设计柜体时充分考虑各元件安装情况2．如果有电磁辐射的元件（比如变压器，风扇风机，电磁接触器，线圈和继电器）安装在显示器附近，他们经常会干扰显示器的显示电磁元件位置固定且和显示器之间的距离小于300mm时，可以通过调整电磁元件的方向来降低对屏幕显示的影响3. 柜体设计时充分考虑柜体接地策略，预先设计好接地点，详细参考“ 电柜的抗干扰和接地对策”四）电气柜的制造工艺对于电柜板金的制作要求首先是能够为柜内电气设备提供一个可靠的保护箱体，同时必须拥有良好的接地。

在实际生产中柜内接地螺丝只是使用镀锌螺丝且由于使用焊接的方法固定在柜内，使得被焊接后的螺丝很快就发生锈蚀现象况且电柜还要经过油漆烘漆等柜体防腐蚀和美观处理，这样一来接地螺丝反而成了“准绝缘螺丝”，其接地效果会大打折扣所以电柜制作时一般采用铜质螺柱，电柜的柜门将全部焊上接地桩而取代过去的接地螺丝以解决以前“准绝缘”螺丝的问题电源线导体截面S （mm2）接地铜导体件最小截面Q（mm2）接地螺柱直径 （mm）S<4Q=S，但Q不小于1.5M64120Q=70M10表2-1接地导体、螺柱关系表2.2 元器件选型低压电器选型的一般原则：1.低压电器的额定电压应不小于回路的工作电压，即Ue≥Ug2.低压电器的额定电流应不小于回路的计算工作电流，即Ie≥Ig3.设备的遮断电流应不小于短路电流，即Izh≥Ich4.热稳定保证值应不小于计算值5.按回路起动情况选择低压电器如，熔断器和自动空气开关就。