關于數控機床電氣控制接地系統的研究

陳建飛

摘要：隨著時代的發展，基礎工業是一個國家衡量其綜合競爭能力的核心標志，而基礎工業主要考察的是制造業，這是國家財富的源泉。作為制造業中的機床裝備，幾乎是整個現代化制造業的推動力，尤其是具備電氣控制的數控機床;伴著數控機床走進千萬個企業車間，數控機床的裝配問題，尤其數控機床電器控制接地成為關系著設備的效率和安全的重大問題。本文將從數控機床的電氣控制系統入手，通過分析接地系統來研究數控機床電氣控制接地的方案。

關鍵詞：數控機床;電氣控制;接地系統

隨著改革的推進和經濟的發展，我國的制造業在世界范圍內迅速鋪開，中國制造也成為中國的一個代名詞;自2014年以來，中國正在積極進行工業升級，數控機床基本上全面替代了簡易的機床，成為市場的主流。由于其具有較高的效率、較好的精度和操作的簡單性，成為眾多企業制造裝配的首選。但近年來，隨著其電氣控制的智能化提升，甚至于數字控制與模擬控制并存，在安裝過程中的接地系統越來越重要，其處理不好會導致機床的電氣系統產生故障，甚至影響人員的人身安全。所以，數控機床電氣控制接地系統的重要性，越來越受到重視。

一、數控機床電氣控制系統的組成

1.1數控機床的常規組成

數控機床和傳統的簡易機床相比較，他們都是利用電氣控制實現。但是數控機床擁有強大的邏輯能力，完成簡易機床不能完成的高效、高精度的工作任務。它一般由電氣控制部分、機床部分、數控系統執行部分和數據部分組成。

1）電氣控制部分

一般來說，電氣控制部分包含電機、電源、和電路等。主要由主回路和控制回路構成，主回路有主電源開關、保護回路，控制回路有延時電路、整流電路、互鎖回路等。它是數控機床的“大腦”，在機床的工作和邏輯方面發揮著重要的作用。

2）機床部分

這是數控機床的基礎，包含由5大件組成的主題結構、主軸、刀具庫架和刀具等部分，主要是完成對零件進行加工。

3）執行部分

針對機床刀具的直接作用部分，通過電機、接觸器、電磁閥等電氣元件控制結果對機床刀具進行旋轉、切削的結果，將邏輯信號轉換成為加工零件結構和尺寸的能力;通過控制刀具的切換，減少簡易機床刀具換切的時間，提高了效率;還能在加工過程中對零件的結構和尺寸公差進行監督，保證其質量。

4）數據部分

這一部分主要是基于PLC的程序編制和設計人員你對加工零件結構、尺寸及刀具的選擇等后期預處理分析或人工手工編制程序的過程，利用三維軟件進行實體建模，然后進行程序的導出，從而對加工軌跡進行控制。

1.2數控機床的附加結構

企業的數控機床一般采用人工控制方法，同時它進行自動加工，這樣的過程中難免出現安全和產品質量隱患，所以需要附加一些結構部件，保證生產的安全性。

1）急停按鈕

急停按鈕時現今數控設備上都會安裝的附加結構，當由于發生突發情況時，將之按下，能夠切斷所有的電源回路和運動部件，停止設備對人生的繼續傷害。

2）復位按鈕

這是保證設備的故障或者產品的問題解決后，快速回復生產的基本按鈕。

二、數控機床電氣控制接地系統的研究

2.1.接地系統對數控機床保護作用的分類

在數控機床普及的今天，由于電氣系統的廣泛應用，其控制系統和伺服單元由于電路屏蔽效果不好，容易引發設備故障，威脅人員人身安全。

1）工作接地的作用

當人在操作過程中發生意外時，能夠保證電氣設備可靠地運行的同時，降低人體的接觸電壓，立刻自動迅速切地斷故障設備，降低數控機床的絕緣水平，保證人員安全。

2）保護接地的作用

在安裝數控機床時，如果沒有接地系統，當機床的某部分絕緣出破損時，機床主體將會帶電;當人不小心接觸絕緣處時，電流會通過人的身體，形成回路，造成人員的觸點危險。當有了接地系統后，電流大部分會通過接地的線路流入到大地中，接觸性并路的人體上通過的電流幾乎為零，這樣為人員安全提供保護。

3）重復接地的作用

利用接地系統能夠降低零線的電壓，即使零線斷裂，也能將機床的故障降低到最低。

4）接零的作用

在中性點直接接地的1千伏以下的系統中，必須采用接零保護，將數控機床的外殼直接接到系統的零線上，如發短路時即形成單相短路，安全跳脫開關跳脫保護機床設備能可靠地迅速動作，以斷開故障設備，使人體避免觸電的危險。

5）防靜電接地的作用

設備移動或物體在管道中流動，因磨擦產生靜電，它聚集在管道，容器和貯灌或加工設備上，形成高電位，對人身安全及對設備和建筑物都有危險。作為靜電接低，靜電一旦產生，就導入地中，以消除其聚集的可能。

6）隔離接地的作用

把干擾源產生的電場限制在金屬屏蔽的內部，使外界免受金屬屏蔽內干擾源的影響。也可以把防止干擾的機床設備用作金屬屏蔽接地，任何外來干擾源所產生的電場不能穿進機殼內部，使屏蔽內的設備，不受外界干擾源的影響。

7）電法保護接地

輸送介質的長距離管道，為防止各種腐蝕因素的危害，確保管道投產后長期安全運轉，通常全線路采用以外電源陰極保護為主，犧牲陽極保護為輔的電法保護，作為管道防腐的第二道防線。

8）過電壓保護接地的作用

對于直擊雷，避雷裝置（包括過電壓保護接地裝置在內）促使雷云正電荷和地面感應負電荷中和，以防止數控機床設備遭到雷擊的破壞，對于靜感應雷，感應產生的靜電荷，其作用是迅速地把它們導入地中，以避免產生火花放電或局部發熱造成易燃或易爆物品燃燒爆炸的危險。

2.2接地系統故障可能導致的機床問題

1）接地系統的接地不良可能會導致操作面板出現問題，但是設備還可以部分能夠運行。

2）電氣控制不能被很好的屏蔽接地，導致數控系統控制故障;比如機床不能運動，操作面板無法進行操控等故障。

3）產生軟性故障或無規律性的故障，造成難以把握到住故障點，增加排除故障的難度。

2.3數控機床電氣控制接地系統的常見方案

1）保護接零

企業中的數控機床一般使用三相電，其中的零線是接地線路的重要組成部分。將機床設備的金屬外殼和電路的中性線連接起來，由于進行了接零的保護，將設備和零線形成了直接的回路，當發生漏電時，會將電流導向零線，保護設備和人員的安全。

2）保護接地

將設備和地面連接來稱之為接地，在這種系統情況下，由于漏電的電流會流向地面，保護人員的安全。

3）系統接地

這種方案是利用電路之間的相互耦合，形成電路的互相限制和干擾，將之削弱，從而達到抗干擾和保護安全的作用。由于電氣系統的智能化不斷提高，其影響的精度越來越大，通過系統接地能夠保證數控機床設備穩定的運行，保持其較高的精度。主要有：

其一、多點接地，這是由于電氣控制中的電磁感應本身多樣性的影響，

通過別樣化的區別接地，將保護做到做好。

其二、混合接地，在數控機床中不但有普通的電路同時還有編制的數值電路，這樣既包含了單點觸地又包含多點觸地的方式，具有高效的防止干擾的目的。

其三、單點接地，這種方式較為簡單，能夠滿足較低頻率的電氣控制系統。

其四、浮地方式，原理是將機床設備使用的公共線路隔離開，防止和地線形成互相影響。在連接的同時，將之與地面之間安裝一個電阻，其阻值要求較大，目的是當電量積累一定程度時將之消除，達到保護的作用，是一種間接的接地方案。

三、針對降低接地系統給數控機床帶來危害的其他解決方法

3.1、匯流到接地排上引出的機床接地線徑至少要大于14 mm2 或以上，而且接地阻抗不可超過100Ω

3.2、盡量避免焊接機械、EDM、高周波等設備很接近數控機床NC系統工作，將地線和含有大量噪聲電源的地線分離接地也是一個很好的方法。

3.3、于機床附近位置獨立設置接地銅棒并深埋后引出連接數控機床接地線，避免設備與設備之間的噪聲干擾和因某臺設備接地不良后產生的串擾。

3.4、使用符合安規認證（CE、UL 等）的電源供應器，避免電源供應器直流電壓濾波不良或交流電源噪聲消除不良帶來次生影響。

3.5、對于高電壓、大電流的驅動電線選擇帶屏蔽層的護套線材，將電流通過是電線上的產生的電磁感應、感生電壓進行隔離屏蔽。

3.6、使用外設備接入數控機床前，請確認外協設備接地是否與機床之間接觸良好。

3.7、針對數控系統對信號質量比較敏感的數據傳送線，位置反饋線，數字檢測開關線等都應選擇帶屏蔽層的護套線材。

隨著電氣控制技術的不斷發展，數控機床電氣控制越來越復雜和趣向于智能控制，從而導致針對電氣控制的保護措施不斷發展和更新，對接地系統的要求越來越高，這是本類技術研究的發展前景。對設備運行的穩定性保護，設備模塊之間的干擾阻礙，確保加工精度和人員安全性具有重大的意義。

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