浅析数控磨床电控柜设计注意问题

摘要：本文阐述数控磨床的加工特点和工作环境，分析数控磨床的电控柜出现问题的原因，并就出现的问题提出设计磨床电控柜时需注意的问题。

关键词：数控磨床 电气控制柜 电控柜设计。

工业现场环境条件往往比较恶劣，特别是要磨床的工作环境，所以磨床的数控系统、伺服驱动器等精密产品不能暴露在外界环境中，否则会很容易产生各种各样的故障问题。这时就要用到电气控制来保护它们不受外界的影响，正常工作。电气控制柜用于安装控制机床动作的元器件和控制模块。（如：数控系统，伺服驱动器，主轴驱动器，控制变压器，接触器，继电器，接线端子，行线槽等）。电气控制柜能保护箱里的器件密封，防尘，防水，散热，防止干扰和辐射。

1.数控磨床的结构特点和工作环境

数控磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。数控磨床又有数控平面磨床、数控无心磨床、数控内外圆磨床、数控立式万能磨床、数控坐标磨床、数控成形磨床等等

数控磨床主要部件包括主轴部件、进给单元、床具和辅助单元。

1.1主轴部件

砂轮的线速度一般为30~60m/s，CBN砂轮可高达150~200m/s，最高主轴转速达15000r/min。主轴单元是磨床的枢纽部件，对于高速高精度单元系统应具备刚性好、回转精度高、温升小、不乱性好、功耗低、寿命长、本钱适中的特性。砂轮主轴单元的轴承常采用高精度动弹轴承、液体静压轴承、液体动压轴承、消息压轴承。高速和超高速磨床越来越多采用电主轴单元部件。

1.2进给单元

进给单元包括伺服驱动部件、动弹部件、位置监测单元等。进给单元是保持砂轮正常工作的必要前提，是评价磨床机能的重要指标之一。要求进给单元运转灵活、分辨率高、定位精度高、动态响应快，既要有较大的加速度，又要有足够大的驱动力。进给单元常用的方案为交、直流伺服电念头与动弹丝杠组合的进给方案或直线伺服电念头直接驱动的方案。两种方案的传动链很短，主要是为了减少机械传動误差。两种方案都是依赖电念头来调速、换向。

1.3床具

砂轮架、头架、尾架、工作台、床身、立柱等是数控磨床的基础构件，其设计制造技术是保证磨床质量的根本。

1.4辅助单元

辅助单元包括工件快速装夹装置、高效磨削液供应系统、安全防护装置、主轴及砂轮动平衡系统、切屑处理系统等。

由于磨床主轴采用的都是比较大功率的电机，大功率电机工作时能产生很大的电磁干扰。数控机床在工作时，与电网、空间与周围环境发生了联系而受到电磁干扰。比如浪涌电压干扰、电快速瞬变脉冲群等，其传播途径是沿着低阻抗方向传播，会使干扰传导到敏感设备当中去，比如是进给单元的伺服系统。这样就很容易造成系统故障，影响正常工作。这就要求电控柜的设计要有很强的抗干扰能力。

另外磨床的加工对象主要是硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。所以数控磨床进行工作时，会产生大量的铁屑，磨床在磨削过程中，加工表面和砂轮都会产生很高的温度，要用循环水来冷却，冷却过程会产生很多水气。这些铁屑和水气一旦进入到电控柜里的，就有可能对里面的系统和驱动器产生致命的损害。这要求电控柜密封性要好，有够强的防尘防水能力。

2.数控磨床电控柜设计注意事项

2.1散热问题: 电气控制柜中装有数控系统，伺服驱动器，电气元件和继电器等，为了保证这些元件的正常可靠运行，必须对控制柜进行散热处理，磨床电气控制柜内通常采用电柜空调或者热交换机来保持电控柜内的温度，不能用风扇，因为风扇会将外界的粉尘和水气带进电控柜,对电气元件造成影响。

2.2电磁干扰问题:

电气控制柜内伺服驱动器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他元件。如果伺服驱动器的功率很大占整个系统25%以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。

强电部分和弱电部分必须分开，注意控制柜内的走线，强电信号线和弱电信号线不要在一个线槽内走线，也不要靠的太近，以免产生干扰。

电控柜内的接地一定要接好，这样才能保护敏感设备不受影响，电气控制柜应该采用导电的金属板制作，为了保证控制柜的电磁一致性，应采用一体结构或

焊接。控制柜的安装板采用导电的金属板，以提高系统的接地性能。

2.3防护问题需要注意以下几点:

防水防尘:磨床工作时要用到循环水来冷却，现场肯定会有冷却水的管道，电控柜放在现场，需要注意控制柜上方不要有管道法兰或其他漏点，在电控柜附近不能有喷溅水流，现场柜体防护等级要在IP43以上。电控柜要整体密封，电控柜门周边要用密封圈包围，以确保关上门后，粉尘和水气不能从缝隙中进入。电控柜的进线孔在铺设完电缆后，也要做好封闭工作

另外柜内温度设定一般设得比外界要高，使柜内形成正压。如果柜内出现负压力，就有可能把外界的粉尘和水气吸进柜内。

3.参考文献

[1] 汤继东，中低压电气设计与电气设备成套技术，中国电力出版社，2010

[2] 顾忠仁. 电气制造.《电气控制柜散热方法的比较分析》.2006年第2期

[3] 白玉岷. 电气工程常用装置及开关控制柜制作加工技术. 机械工业出版社 2011

作者简介

陈振汉（1986 -），男，广东江门人，江门蓬江区迪佳电气有限公司助理工程师,主要数控机床电气调试方面的工作。