數控機床控制機柜的研究和設計

【摘要】數控機床控制機柜安裝了大量的數控系統及其電控元件，機床能否可靠運行依賴控制機柜狀態是否良好，而控制機柜能否可靠地工作受工作時的溫度、濕度、電網電壓、接地等諸多方面的影響。如果忽視工作環境變化對數控機床的影響，輕則可能使機床不能正常使用，嚴重的會損壞相關機床部件，造成企業和用戶大量的經濟損失。因此合理的設計控制機柜可以延長數控機床使用壽命，本文主要研究了控制機柜的設計要素，給出了設計方法和思路。

【關鍵詞】控制機柜；工作環境；防護等級；控制柜空調

1.引言

由于控制柜設計的不合理導致機床故障率升高，或者說由于控制柜導致數控系統使用壽命的降低占到了8%～15%。例如我廠銷往南方用戶有的因為環境溫度高，系統模塊無法在正常的溫度下工作，研究表明：溫度每上升10℃，電子產品的使用壽命將比預期減半；有的是因為空氣濕度大，導致數控模塊損毀。必須總結出機床控制機柜設計方法和思路，從而使機床的可靠性提高，延長使用壽命。

2.控制機柜對工作環境的要求

是指數控機床工作時的溫度、濕度、電網電壓、接地等諸多方面。

2.1 溫度的要求

實踐證明，當室溫過高時數控系統故障率會大大的增加。通常數控系統中半導體工作溫度要求在40～45℃以下，而室溫達到35℃時電氣柜內部溫度經常可能達40℃以上，因此數控系統不能正常工作。

2.2 濕度的要求

要求環境的相對濕度應該小于75%，處于濕度較大環境中的數控機床，大多采用密封電氣柜，同時配備空調進行溫度冷卻。濕度大產生結露，造成硬件模塊短路的損壞。

3.控制機柜的結構設計

3.1 控制機柜結構設計要求

我廠從設計上分為兩種控制柜，一種是外購并聯機柜，另外一種是自己設計的控制機柜。多數機床都采用的是自制控制機柜，其優點就是價格便宜，外購機柜造價是自制的3倍，同時自制機柜一般是安裝在機床上，機床連線和運輸都很方便。本文主要以自制的控制機柜為研究對象。

3.2 控制機柜的密封措施

一些數控機床長期在加工鑄鐵、石墨工件環境中對控制機柜防護等級要求更高，電氣柜密封不嚴，導電粉塵進入電氣柜并且在模塊線路板上沉積，可能導致硬件部分損壞，特別是高壓部件，如驅動器的電源模塊等。如果用戶使用數控機床主要用于加工上述材料， 那么就應當采用密閉的電氣柜，而控制機柜的電柜門支撐和鎖緊方式也是影響密封主要因素，見圖3-1所示。

假設以1800*800mm（高*寬）的門體尺寸為例，通過SolidWorks COSMOSXpress進行位移分析，我們不難看出折頁和門體固定點安裝數量和位置對位移的影響很大，同時我們也比較了威圖機柜在箱體密閉上的設計，得到同樣的結論。

圖中紅色區域位為位移變形量最大區，而藍色為最小區域。在1800高機柜等距安裝3個門折頁，可以有效的使門體在高度方向上獲得更多的支撐點，保證在這一方向上密閉良好。而圖3-1左右兩圖不同的是左側門的鎖緊點為1個，而右側是3點（我們做了仿制改進）。通過對比可以看出因所進點的增加紅色位移點的消失，由此我們在設計的時候就要將折頁和門鎖固定點，在左右方向上對稱，上下方向上等距，以確保門的膠條與控制柜之間緊密結合，不會因為受力不均，破壞密閉性。

3.4 控制柜的電磁兼容

（1）接地元件安裝板必須使用未漆過的鍍鋅板，機柜內的所有金屬接地部件都要連接到一起，濾波器、數控系統等電氣部件要用螺絲直接固定在元件安裝板上，柜門和柜體通過接地銅帶連接，所有的保護接地導體都必須和大地連接。

（2）屏蔽 控柜中常采用的屏蔽方式有：

使用屏蔽電纜屏蔽、隔離板屏蔽、柜體屏蔽。功率模塊的輸出采用屏蔽電纜，屏蔽層接地。

4.控制機柜元件布局

合理分配空間，避免空氣的流動性差保證數控系統模塊的散熱性。雖然有空調控制溫度，但是系統模塊安裝位置距離空調近的話，由于模塊自身風扇由下向上吹風，而冷空氣（空調產生的）密度大，它的流動方向是自上而下的，在模塊上方就容易出現對流，產生冷凝水最終導致模塊燒毀。如圖4-1所示。

5.結束語

除非進行必要的調整和維修，不允許隨便開啟控制柜門，更不允許在使用時敞開柜門。一旦有油霧、灰塵甚至金屬粉末落在數控系統內的印制線路或電器件上，容易引起元器件間絕緣電阻下降，甚至導致元器件及印制線路的損壞。

定時維護控制柜也是非常必要的，否則灰塵積聚過多，將會引起數控系統柜內溫度高，造成過熱報警或數控系統工作不可靠。

參考文獻

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