【正文】 Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 論 文 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械檢測(cè)及維修技術(shù)教育 班級(jí)學(xué)號(hào)： 機(jī)檢0301班 – 02 學(xué)生姓名： 牛曉莉 指導(dǎo)教師： 戴怡 教授 二〇〇八 年 六 月天津工程師范學(xué)院本科生畢業(yè)論文基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)電氣柜設(shè)計(jì)技術(shù)研究Comprehensive Experimental Development Based on the Laboratory Bench of FANUC NC System Design of electronic cabinet 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：機(jī)檢0301 學(xué)生姓名：牛曉莉 指導(dǎo)教師：戴怡 教授 系 別：機(jī)械工程系 2008 年 6 月摘 要數(shù)控機(jī)床電氣柜不僅僅是數(shù)控機(jī)床電氣部件的載體，而且是這些電氣部件的保護(hù)層。數(shù)控機(jī)床整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性不僅僅取決于數(shù)控機(jī)床中每一個(gè)元器件的可靠性和穩(wěn)定性，而且取決于各個(gè)元器件標(biāo)定的運(yùn)行條件在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行過(guò)程中是否得到滿(mǎn)足。電氣柜的作用是保證安裝在其中的電氣部件能夠工作在其標(biāo)定的運(yùn)行條件范圍內(nèi)。本文簡(jiǎn)單的介紹了中國(guó)數(shù)控機(jī)床工業(yè)的迅速發(fā)展以及相關(guān)的電氣柜技術(shù)的發(fā)展。闡述了常用電器元件（如：接觸器，繼電器等）在電氣柜中的應(yīng)用。對(duì)配線(xiàn)的基礎(chǔ)知識(shí)、電器配線(xiàn)的工藝與電器的安裝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后，通過(guò)數(shù)控機(jī)床電氣柜及其部件的安裝與電氣柜中的布線(xiàn)詳細(xì)介紹了如何防止電磁干擾，電氣柜中各部件的保護(hù)接地以及電氣柜在數(shù)控機(jī)床的使用進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：電氣柜；電器元件；配線(xiàn)技術(shù)；電氣兼容性ABSTRACTThe electronic cabinet of NC machine tool is not only the carrier of electronic ponents, but also the protection. The reliability and stability of the whole NC machine tool are not only decided by the reliability and stability of each ponents, it also determined by the operation condition of each ponents required whether fit the demands of NC Machine Tool during the process of operation. The electronic cabinet is used to ensure the ponents which been fixed in could working within the limits of operation condition . The article brief introduced the rapid development of the Machine control unite type DNC in China and the development of some related electrical cabinets.
This article expatiate the application of some mon electrical ponents (: contactor, relay and so on). It also introduced the basic knowledge of wiring, the electrical wiring and electrical installation in details. At last, it introduced how to prevent electromagnetic interference in details through the installment of electronic cabinet and its ponents and the electrical wiring in the cabinet. And it also investigated on the usage of electronic cabinet and the protection of every ponent which would be connected into ground.
Keyword: Electronic cabinet 。 Electrical ponent 。 Circuitry technique 。 Electric patibility. 目 錄1 緒論 1 1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) 1 2 32 常用電器元件在電氣柜中的應(yīng)用 5 5 6 7 9 10 103 配線(xiàn)安裝技術(shù) 12 12 12 12 12 12 13 14 15 16 17 18 18 18 194 電氣柜及其電磁兼容性研究 26 27 29 30 30 32 33結(jié) 論 34參考文獻(xiàn) 35附 錄：翻譯 36致 謝 4848天津工程師范學(xué)院2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,制造業(yè)已成為中國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。圍繞著航空航天業(yè)、汽車(chē)工業(yè)，模具制造等領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已成為制造業(yè)必不可少的基本加工設(shè)備。中國(guó)也一躍成為全球機(jī)床制造和消費(fèi)的大國(guó)。國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不僅在產(chǎn)量上增長(zhǎng)迅速，而且在質(zhì)量和技術(shù)水平上也得到了顯著的提高。數(shù)控機(jī)床的制造能力也由低端的簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床向全功能高端數(shù)控機(jī)床發(fā)展，已經(jīng)能夠設(shè)計(jì)制造五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心、并聯(lián)數(shù)控機(jī)床和高速高精度的數(shù)控機(jī)床。改革開(kāi)放使中國(guó)的經(jīng)濟(jì)走向世界，國(guó)際化已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。國(guó)際著名的機(jī)床制造廠(chǎng)正將業(yè)務(wù)重點(diǎn)不斷地轉(zhuǎn)向中國(guó)，在國(guó)內(nèi)建立生產(chǎn)研發(fā)機(jī)構(gòu)，比如德國(guó)的德瑪吉公司，美國(guó)的法道公司、哈挺公司等，以及日本大畏和中國(guó)臺(tái)灣的機(jī)床制造廠(chǎng)紛紛將生產(chǎn)銷(xiāo)售的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到中國(guó)大陸。國(guó)際著名數(shù)控系統(tǒng)制造商，如西門(mén)子、法納克等，也紛紛在中國(guó)建立生產(chǎn)銷(xiāo)售機(jī)構(gòu)。西門(mén)子公司在南京建立了數(shù)控系統(tǒng)的生產(chǎn)研發(fā)基地，努力將其業(yè)務(wù)融入中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，采取了數(shù)控系統(tǒng)中國(guó)制造、全球銷(xiāo)售的戰(zhàn)略。近年來(lái)中國(guó)自主研制的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)也取得了迅速的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的功能、質(zhì)量和可靠性都在不斷完善，在國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)享有知名度，如華中數(shù)控、廣州數(shù)控等。對(duì)于中國(guó)的機(jī)床工業(yè)來(lái)說(shuō)，國(guó)際化的格局既是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)。市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，更高性?xún)r(jià)比的數(shù)控機(jī)床已成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。 FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床應(yīng)能連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長(zhǎng)期無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行。為保證機(jī)床長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行,數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運(yùn)行特性。常年的工作考驗(yàn)證明FANUC 0i系統(tǒng)是最可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一,它能在一般車(chē)間環(huán)境下運(yùn)行,其工作場(chǎng)地的室溫為0～45℃，相對(duì)濕度75%,短時(shí)可達(dá)95%， g，電網(wǎng)電壓波動(dòng)為10%～15%，經(jīng)對(duì)使用中系統(tǒng)的實(shí)際統(tǒng)計(jì), FANUC ，比較好地滿(mǎn)足了我國(guó)市場(chǎng)的要求。FANUC 0i系統(tǒng)之所以有非常高的可靠性,主要源自以下因素:1. 可靠的高質(zhì)量的元器件及良好的老化篩選工藝2. 大規(guī)模及超大規(guī)模的專(zhuān)用集成電路芯片F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)采用了許多由富士通公司制造的高度集成的專(zhuān)用功能芯片。3. 全自動(dòng)化工廠(chǎng)生產(chǎn)制造多層印刷板的制板、元件的插裝、焊接、印刷板的檢查、系統(tǒng)的組裝、電機(jī)投料、沖片、精鑄、機(jī)械加工、裝配、成品的包裝出廠(chǎng)全部為自動(dòng)化，這就使得在生產(chǎn)過(guò)程中避免了外界(人)的不穩(wěn)定因素的干預(yù),所以產(chǎn)品的一致性好,增加了可靠性。4. 良好的控制軟件設(shè)計(jì)。FANUC 0i系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在世界各地?cái)?shù)年的運(yùn)行,積累了豐富的數(shù)據(jù),因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)考慮了可能出現(xiàn)的各種故障情況，加入了許多保護(hù)和提高可靠性的措施，如開(kāi)機(jī)和狀態(tài)切換時(shí)的層層檢測(cè)、過(guò)壓、過(guò)流、反饋斷線(xiàn)等報(bào)警，使得機(jī)床運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)能及時(shí)處理，從而避免了元部件的損壞。數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng)、 數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運(yùn)行的可靠性。主軸控制信號(hào)的傳送使用光纜,使信號(hào)免受外界干擾。 數(shù)控機(jī)床是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，作為精密金屬加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床的各種功能都是基于機(jī)械和電氣的完美配合。一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的品質(zhì)首先取決于數(shù)控機(jī)床的機(jī)械總成，就是說(shuō)機(jī)械部件的質(zhì)量和整機(jī)裝配的質(zhì)量。對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)大的絲杠間隙、對(duì)大的絲杠螺距誤差、過(guò)低的絲杠剛性、絲杠軸承的軸性攢動(dòng)、導(dǎo)軌的配合間隙及過(guò)高和不均勻的靜摩擦因數(shù)、機(jī)床的水平調(diào)整、主軸的跳動(dòng)度、主軸的動(dòng)平衡等問(wèn)題，完全依靠數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能來(lái)彌補(bǔ)這些機(jī)械缺陷或誤差是不現(xiàn)實(shí)的。對(duì)于一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，不僅在設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中需要機(jī)床制造廠(chǎng)的機(jī)械和電氣人員密切配合，在數(shù)控機(jī)床使用過(guò)程中的故障診斷更需要機(jī)械和電器技術(shù)人員精誠(chéng)協(xié)作。數(shù)控機(jī)床在使用過(guò)程中可能的故障有機(jī)械故障、電氣故障、操作故障、編程故障。數(shù)控機(jī)床故障的原因是多樣的，有的可能是電器元器件的質(zhì)量問(wèn)題，有的可能是設(shè)計(jì)問(wèn)題，有的可能是裝配問(wèn)題，有的可能是使用問(wèn)題。對(duì)出現(xiàn)故障原因進(jìn)行正確、準(zhǔn)確的分析，并確定合理的解決方案，使數(shù)控機(jī)床能夠迅速恢復(fù)生產(chǎn)，并且能夠避免今后出現(xiàn)同樣的故障，是數(shù)控機(jī)床的使用者、設(shè)計(jì)制造者元、器件和數(shù)控系統(tǒng)的供貨商共同關(guān)注的問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床故障的診斷過(guò)程是復(fù)雜的，需要綜合的知識(shí)，例如，數(shù)控機(jī)床上的某個(gè)元器件總出現(xiàn)故障，可能是該器件的質(zhì)量問(wèn)題，因?yàn)樵骷|(zhì)量不合格而導(dǎo)致機(jī)床故障；另外，一種可能性是機(jī)床制造廠(chǎng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，選用的某個(gè)元器件驅(qū)動(dòng)能力不能滿(mǎn)足負(fù)載要求。如24V DC穩(wěn)壓電源不能提供數(shù)控機(jī)床中個(gè)電氣部件所需的供電電流，或者所選擇伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載要求不匹配；還可能是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有提供其所需的運(yùn)行條件，如沒(méi)有提供正確的工作電壓、保護(hù)接地，換言之，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境不符合該數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行條件。再比如，數(shù)控機(jī)床某軸總出現(xiàn)過(guò)載報(bào)警，這個(gè)故障可能是伺服電機(jī)有問(wèn)題，也可能是機(jī)械系統(tǒng)的問(wèn)題造成電機(jī)過(guò)載。還有很多無(wú)報(bào)警故障，如某些控制邏輯的安全互鎖沒(méi)有設(shè)計(jì)相應(yīng)的報(bào)警，當(dāng)互鎖條件生效時(shí)，無(wú)法判斷原因；最難處理的是那些隨機(jī)出現(xiàn)的故障，這些故障的產(chǎn)生機(jī)理可能更加復(fù)雜，如電磁兼容性的問(wèn)題所導(dǎo)致的故障。加工廠(chǎng)在使用CNC機(jī)床時(shí)經(jīng)常遇到各種類(lèi)型的報(bào)警，有的報(bào)警經(jīng)檢查并不符合CNC系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)家出版的維修說(shuō)明書(shū)中解釋的原因，實(shí)際上是亂報(bào)警，報(bào)警號(hào)不固定或出現(xiàn)多個(gè)報(bào)警號(hào)，或是有的時(shí)候有報(bào)警，有的時(shí)候無(wú)報(bào)警，但機(jī)床運(yùn)行行為奇怪、亂動(dòng)，因此說(shuō)不清引起報(bào)警的原因，還有時(shí)候機(jī)床低速移動(dòng)、回零或是用手搖盤(pán)移動(dòng)幾個(gè)微米機(jī)床定位不準(zhǔn)，等等(注：FANUC系統(tǒng)出現(xiàn)的亂報(bào)警有：930，910， 920， 926， 400，410，41 7，420，436，3XX，750等)。出現(xiàn)這些故障后，機(jī)床廠(chǎng)家要求系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)家處理，認(rèn)為是系統(tǒng)不可靠造成的。這些情況并不只出現(xiàn)于國(guó)產(chǎn)機(jī)床，根據(jù)本人的經(jīng)驗(yàn)，同樣也出現(xiàn)于進(jìn)口機(jī)床：如國(guó)內(nèi)進(jìn)口較多的日本機(jī)床、德國(guó)機(jī)床、韓國(guó)機(jī)床等。這些情況是系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)商的維修人員最頭疼的事，處理起來(lái)相當(dāng)棘手：多個(gè)報(bào)警不知道究竟哪一個(gè)是其根本。特別是時(shí)有時(shí)無(wú)的報(bào)警，需要較長(zhǎng)時(shí)間的等待與觀察，有時(shí)候可能去處理幾次。系統(tǒng)生產(chǎn)廠(chǎng)的多年經(jīng)驗(yàn)、多年的處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)：90％以上的這類(lèi)問(wèn)題是機(jī)床制造時(shí)對(duì)電氣柜的處理不當(dāng)造成的。具體地講是電柜設(shè)計(jì)不良，制造時(shí)接地、布線(xiàn)不合理使系統(tǒng)接受外界干擾造成的。這些措施很容易實(shí)施，只要認(rèn)真去做，就可以使生產(chǎn)的機(jī)床連續(xù)可靠地運(yùn)行，提高機(jī)床的性?xún)r(jià)比。設(shè)計(jì)電氣柜，根據(jù)組件尺寸安裝要求確定電氣柜結(jié)構(gòu)和外型尺寸、安裝支架、安裝尺寸面板安裝方式、各組件的連接方式、通風(fēng)散熱及維修操作位置、方式等。在電氣柜設(shè)計(jì)中應(yīng)注意操作維護(hù)方便與造型美觀。 大型控制系統(tǒng)，電氣柜常設(shè)計(jì)成立柜式或工作臺(tái)式，小型控制設(shè)備則設(shè)計(jì)成臺(tái)式，手提式或懸掛式。電器柜品種繁多，造型結(jié)構(gòu)各異，在柜體的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意吸取各種形式的優(yōu)點(diǎn)。1． 電氣控制柜應(yīng)該采用冷軋板制作，為了保證電柜的電磁一致性，應(yīng)采用一體結(jié)構(gòu)或焊接。2． 電柜安裝采用鍍鋅鋼板，以提高系統(tǒng)的接地性能。3． 控制柜內(nèi)各個(gè)部件按照強(qiáng)、弱電分開(kāi)安裝布線(xiàn)。4． 各屏蔽電纜進(jìn)控制柜的入口處，屏蔽層要接地。5． 各進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、主軸驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力線(xiàn)和反饋線(xiàn)直接接入驅(qū)動(dòng)單元，不得不經(jīng)過(guò)端子轉(zhuǎn)接。6． 各位置反饋線(xiàn)指令給定線(xiàn)通信線(xiàn)等弱電信號(hào)線(xiàn)必須采用屏蔽電纜， ,若采用雙絞雙屏蔽電纜更佳。7． 開(kāi)關(guān)量端子板編碼盤(pán)反饋屏蔽電纜中電源線(xiàn)采用多芯絞合共用，以提高信號(hào)電源和這些部件的抗干擾能力。8． 各部件外殼必須可靠接地。9． 各結(jié)構(gòu)間應(yīng)可靠接地、共地。2 常用電器元件在電氣柜中的應(yīng)用變壓器是一種將某一數(shù)值的交流電壓變換成頻率相同但數(shù)值不同的交流電壓的靜止電器。1． 機(jī)床控制變壓器 機(jī)床控制變壓器適用于頻率50HZ～60HZ，輸入電壓不超過(guò)交流660V的電路。常用于各類(lèi)機(jī)床、機(jī)械設(shè)備中一般電器的控制電源和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、局部照明及指示燈的電源。表21 BK系列控制變壓器的規(guī)格參數(shù)及尺寸型號(hào)初級(jí)電壓/V次級(jí)電壓/V安裝尺寸（AC）/mm安裝孔（KJ）/mm外形尺寸BDE/mmBK252380或根據(jù)用戶(hù)需求而定、1231122380V或根據(jù)用戶(hù)需求而定4657857589BK150857368105103110BK700125100811153146160BK1500159811185