【正文】 Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 論 文 專 業(yè)： 機械檢測及維修技術(shù)教育 班級學號： 機檢0301班 – 02 學生姓名： 牛曉莉 指導教師： 戴怡 教授 二〇〇八 年 六 月天津工程師范學院本科生畢業(yè)論文基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的教學實驗系統(tǒng)開發(fā)電氣柜設計技術(shù)研究Comprehensive Experimental Development Based on the Laboratory Bench of FANUC NC System Design of electronic cabinet 專業(yè)班級：機檢0301 學生姓名：牛曉莉 指導教師：戴怡 教授 系 別：機械工程系 2008 年 6 月摘 要數(shù)控機床電氣柜不僅僅是數(shù)控機床電氣部件的載體，而且是這些電氣部件的保護層。數(shù)控機床整機的可靠性和穩(wěn)定性不僅僅取決于數(shù)控機床中每一個元器件的可靠性和穩(wěn)定性，而且取決于各個元器件標定的運行條件在數(shù)控機床的運行過程中是否得到滿足。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定的運行條件范圍內(nèi)。本文簡單的介紹了中國數(shù)控機床工業(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）在電氣柜中的應用。對配線的基礎知識、電器配線的工藝與電器的安裝進行了詳細介紹，最后，通過數(shù)控機床電氣柜及其部件的安裝與電氣柜中的布線詳細介紹了如何防止電磁干擾，電氣柜中各部件的保護接地以及電氣柜在數(shù)控機床的使用進行了研究。關(guān)鍵詞：電氣柜；電器元件；配線技術(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 1 2 32 常用電器元件在電氣柜中的應用 5 5 6 7 9 10 103 配線安裝技術(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 35附 錄：翻譯 36致 謝 4848天津工程師范學院2008屆本科生畢業(yè)設計1 緒論隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展,制造業(yè)已成為中國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。圍繞著航空航天業(yè)、汽車工業(yè)，模具制造等領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控機床已成為制造業(yè)必不可少的基本加工設備。中國也一躍成為全球機床制造和消費的大國。國產(chǎn)數(shù)控機床不僅在產(chǎn)量上增長迅速，而且在質(zhì)量和技術(shù)水平上也得到了顯著的提高。數(shù)控機床的制造能力也由低端的簡易數(shù)控機床向全功能高端數(shù)控機床發(fā)展，已經(jīng)能夠設計制造五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心、并聯(lián)數(shù)控機床和高速高精度的數(shù)控機床。改革開放使中國的經(jīng)濟走向世界，國際化已成為發(fā)展的必然趨勢。國際著名的機床制造廠正將業(yè)務重點不斷地轉(zhuǎn)向中國，在國內(nèi)建立生產(chǎn)研發(fā)機構(gòu)，比如德國的德瑪吉公司，美國的法道公司、哈挺公司等，以及日本大畏和中國臺灣的機床制造廠紛紛將生產(chǎn)銷售的重點轉(zhuǎn)移到中國大陸。國際著名數(shù)控系統(tǒng)制造商，如西門子、法納克等，也紛紛在中國建立生產(chǎn)銷售機構(gòu)。西門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)務融入中國經(jīng)濟發(fā)展中，采取了數(shù)控系統(tǒng)中國制造、全球銷售的戰(zhàn)略。近年來中國自主研制的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)也取得了迅速的發(fā)展，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的功能、質(zhì)量和可靠性都在不斷完善，在國內(nèi)機床行業(yè)享有知名度，如華中數(shù)控、廣州數(shù)控等。對于中國的機床工業(yè)來說，國際化的格局既是機遇，更是挑戰(zhàn)。市場的競爭越來越激烈，更高性價比的數(shù)控機床已成為市場競爭的焦點。 FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點數(shù)控機床應能連續(xù)加工，其數(shù)控系統(tǒng)必須能夠長期無故障連續(xù)運行。為保證機床長期可靠地運行,數(shù)控系統(tǒng)必須有抵抗惡劣環(huán)境的高可靠運行特性。常年的工作考驗證明FANUC 0i系統(tǒng)是最可靠的數(shù)控系統(tǒng)之一,它能在一般車間環(huán)境下運行,其工作場地的室溫為0～45℃，相對濕度75%,短時可達95%， g，電網(wǎng)電壓波動為10%～15%，經(jīng)對使用中系統(tǒng)的實際統(tǒng)計, FANUC ，比較好地滿足了我國市場的要求。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用功能芯片。3. 全自動化工廠生產(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、電機投料、沖片、精鑄、機械加工、裝配、成品的包裝出廠全部為自動化，這就使得在生產(chǎn)過程中避免了外界(人)的不穩(wěn)定因素的干預,所以產(chǎn)品的一致性好,增加了可靠性。4. 良好的控制軟件設計。FANUC 0i系統(tǒng)經(jīng)過在世界各地數(shù)年的運行,積累了豐富的數(shù)據(jù),因此在軟件設計時考慮了可能出現(xiàn)的各種故障情況，加入了許多保護和提高可靠性的措施，如開機和狀態(tài)切換時的層層檢測、過壓、過流、反饋斷線等報警，使得機床運行中出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)能及時處理，從而避免了元部件的損壞。數(shù)字式進給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動、 數(shù)字控制、數(shù)據(jù)的串行傳輸大大提高了運行的可靠性。主軸控制信號的傳送使用光纜,使信號免受外界干擾。 數(shù)控機床是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，作為精密金屬加工設備，數(shù)控機床的各種功能都是基于機械和電氣的完美配合。一臺數(shù)控機床的品質(zhì)首先取決于數(shù)控機床的機械總成，就是說機械部件的質(zhì)量和整機裝配的質(zhì)量。對于傳動系統(tǒng)過大的絲杠間隙、對大的絲杠螺距誤差、過低的絲杠剛性、絲杠軸承的軸性攢動、導軌的配合間隙及過高和不均勻的靜摩擦因數(shù)、機床的水平調(diào)整、主軸的跳動度、主軸的動平衡等問題，完全依靠數(shù)控系統(tǒng)的補償功能來彌補這些機械缺陷或誤差是不現(xiàn)實的。對于一臺數(shù)控機床，不僅在設計和調(diào)試過程中需要機床制造廠的機械和電氣人員密切配合，在數(shù)控機床使用過程中的故障診斷更需要機械和電器技術(shù)人員精誠協(xié)作。數(shù)控機床在使用過程中可能的故障有機械故障、電氣故障、操作故障、編程故障。數(shù)控機床故障的原因是多樣的，有的可能是電器元器件的質(zhì)量問題，有的可能是設計問題，有的可能是裝配問題，有的可能是使用問題。對出現(xiàn)故障原因進行正確、準確的分析，并確定合理的解決方案，使數(shù)控機床能夠迅速恢復生產(chǎn)，并且能夠避免今后出現(xiàn)同樣的故障，是數(shù)控機床的使用者、設計制造者元、器件和數(shù)控系統(tǒng)的供貨商共同關(guān)注的問題。數(shù)控機床故障的診斷過程是復雜的，需要綜合的知識，例如，數(shù)控機床上的某個元器件總出現(xiàn)故障，可能是該器件的質(zhì)量問題，因為元器件質(zhì)量不合格而導致機床故障；另外，一種可能性是機床制造廠的設計問題，選用的某個元器件驅(qū)動能力不能滿足負載要求。如24V DC穩(wěn)壓電源不能提供數(shù)控機床中個電氣部件所需的供電電流，或者所選擇伺服電機的輸出轉(zhuǎn)矩與傳動系統(tǒng)的負載要求不匹配；還可能是數(shù)控機床的生產(chǎn)現(xiàn)場沒有提供其所需的運行條件，如沒有提供正確的工作電壓、保護接地，換言之，生產(chǎn)現(xiàn)場的工作環(huán)境不符合該數(shù)控機床的運行條件。再比如，數(shù)控機床某軸總出現(xiàn)過載報警，這個故障可能是伺服電機有問題，也可能是機械系統(tǒng)的問題造成電機過載。還有很多無報警故障，如某些控制邏輯的安全互鎖沒有設計相應的報警，當互鎖條件生效時，無法判斷原因；最難處理的是那些隨機出現(xiàn)的故障，這些故障的產(chǎn)生機理可能更加復雜，如電磁兼容性的問題所導致的故障。加工廠在使用CNC機床時經(jīng)常遇到各種類型的報警，有的報警經(jīng)檢查并不符合CNC系統(tǒng)生產(chǎn)廠家出版的維修說明書中解釋的原因，實際上是亂報警，報警號不固定或出現(xiàn)多個報警號，或是有的時候有報警，有的時候無報警，但機床運行行為奇怪、亂動，因此說不清引起報警的原因，還有時候機床低速移動、回零或是用手搖盤移動幾個微米機床定位不準，等等(注：FANUC系統(tǒng)出現(xiàn)的亂報警有：930，910， 920， 926， 400，410，41 7，420，436，3XX，750等)。出現(xiàn)這些故障后，機床廠家要求系統(tǒng)生產(chǎn)廠家處理，認為是系統(tǒng)不可靠造成的。這些情況并不只出現(xiàn)于國產(chǎn)機床，根據(jù)本人的經(jīng)驗，同樣也出現(xiàn)于進口機床：如國內(nèi)進口較多的日本機床、德國機床、韓國機床等。這些情況是系統(tǒng)生產(chǎn)廠商的維修人員最頭疼的事，處理起來相當棘手：多個報警不知道究竟哪一個是其根本。特別是時有時無的報警，需要較長時間的等待與觀察，有時候可能去處理幾次。系統(tǒng)生產(chǎn)廠的多年經(jīng)驗、多年的處理結(jié)果發(fā)現(xiàn)：90％以上的這類問題是機床制造時對電氣柜的處理不當造成的。具體地講是電柜設計不良，制造時接地、布線不合理使系統(tǒng)接受外界干擾造成的。這些措施很容易實施，只要認真去做，就可以使生產(chǎn)的機床連續(xù)可靠地運行，提高機床的性價比。設計電氣柜，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、通風散熱及維修操作位置、方式等。在電氣柜設計中應注意操作維護方便與造型美觀。 大型控制系統(tǒng)，電氣柜常設計成立柜式或工作臺式，小型控制設備則設計成臺式，手提式或懸掛式。電器柜品種繁多，造型結(jié)構(gòu)各異，在柜體的設計中應注意吸取各種形式的優(yōu)點。1． 電氣控制柜應該采用冷軋板制作，為了保證電柜的電磁一致性，應采用一體結(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)各個部件按照強、弱電分開安裝布線。4． 各屏蔽電纜進控制柜的入口處，屏蔽層要接地。5． 各進給驅(qū)動電動機、主軸驅(qū)動電動機的動力線和反饋線直接接入驅(qū)動單元，不得不經(jīng)過端子轉(zhuǎn)接。6． 各位置反饋線指令給定線通信線等弱電信號線必須采用屏蔽電纜， ,若采用雙絞雙屏蔽電纜更佳。7． 開關(guān)量端子板編碼盤反饋屏蔽電纜中電源線采用多芯絞合共用，以提高信號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)間應可靠接地、共地。2 常用電器元件在電氣柜中的應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． 機床控制變壓器 機床控制變壓器適用于頻率50HZ～60HZ，輸入電壓不超過交流660V的電路。常用于各類機床、機械設備中一般電器的控制電源和步進電動機驅(qū)動器、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)及尺寸型號初級電壓/V次級電壓/V安裝尺寸（AC）/mm安裝孔（KJ）/mm外形尺寸BDE/mmBK252380或根據(jù)用戶需求而定、1231122380V或根據(jù)用戶需求而定4657857589BK150857368105103110BK700125100811153146160BK1500159811185