【摘要】數(shù)控機(jī)床控制機(jī)柜安裝了大量的數(shù)控系統(tǒng)及其電控元件，機(jī)床能否可靠運(yùn)行依賴控制機(jī)柜狀態(tài)是否良好，而控制機(jī)柜能否可靠地工作受工作時(shí)的溫度、濕度、電網(wǎng)電壓、接地等諸多方面的影響。如果忽視工作環(huán)境變化對(duì)數(shù)控機(jī)床的影響，輕則可能使機(jī)床不能正常使用，嚴(yán)重的會(huì)損壞相關(guān)機(jī)床部件，造成企業(yè)和用戶大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此合理的設(shè)計(jì)控制機(jī)柜可以延長(zhǎng)數(shù)控機(jī)床使用壽命，本文主要研究了控制機(jī)柜的設(shè)計(jì)要素，給出了設(shè)計(jì)方法和思路。

【關(guān)鍵詞】控制機(jī)柜；工作環(huán)境；防護(hù)等級(jí)；控制柜空調(diào)

1.引言

由于控制柜設(shè)計(jì)的不合理導(dǎo)致機(jī)床故障率升高，或者說由于控制柜導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)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?yàn)榄h(huán)境溫度高，系統(tǒng)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(chǎn)品的使用壽命將比預(yù)期減半；有的是因?yàn)榭諝鉂穸却?，?dǎo)致數(shù)控模塊損毀。必須總結(jié)出機(jī)床控制機(jī)柜設(shè)計(jì)方法和思路，從而使機(jī)床的可靠性提高，延長(zhǎng)使用壽命。

2.控制機(jī)柜對(duì)工作環(huán)境的要求

是指數(shù)控機(jī)床工作時(shí)的溫度、濕度、電網(wǎng)電壓、接地等諸多方面。

2.1 溫度的要求

實(shí)踐證明，當(dāng)室溫過高時(shí)數(shù)控系統(tǒng)故障率會(huì)大大的增加。通常數(shù)控系統(tǒng)中半導(dǎo)體工作溫度要求在40～45℃以下，而室溫達(dá)到35℃時(shí)電氣柜內(nèi)部溫度經(jīng)?？赡苓_(dá)40℃以上，因此數(shù)控系統(tǒng)不能正常工作。

2.2 濕度的要求

要求環(huán)境的相對(duì)濕度應(yīng)該小于75%，處于濕度較大環(huán)境中的數(shù)控機(jī)床，大多采用密封電氣柜，同時(shí)配備空調(diào)進(jìn)行溫度冷卻。濕度大產(chǎn)生結(jié)露，造成硬件模塊短路的損壞。

3.控制機(jī)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 控制機(jī)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

我廠從設(shè)計(jì)上分為兩種控制柜，一種是外購(gòu)并聯(lián)機(jī)柜，另外一種是自己設(shè)計(jì)的控制機(jī)柜。多數(shù)機(jī)床都采用的是自制控制機(jī)柜，其優(yōu)點(diǎn)就是價(jià)格便宜，外購(gòu)機(jī)柜造價(jià)是自制的3倍，同時(shí)自制機(jī)柜一般是安裝在機(jī)床上，機(jī)床連線和運(yùn)輸都很方便。本文主要以自制的控制機(jī)柜為研究對(duì)象。

3.2 控制機(jī)柜的密封措施

一些數(shù)控機(jī)床長(zhǎng)期在加工鑄鐵、石墨工件環(huán)境中對(duì)控制機(jī)柜防護(hù)等級(jí)要求更高，電氣柜密封不嚴(yán)，導(dǎo)電粉塵進(jìn)入電氣柜并且在模塊線路板上沉積，可能導(dǎo)致硬件部分損壞，特別是高壓部件，如驅(qū)動(dòng)器的電源模塊等。如果用戶使用數(shù)控機(jī)床主要用于加工上述材料， 那么就應(yīng)當(dāng)采用密閉的電氣柜，而控制機(jī)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(shè)以1800*800mm（高*寬）的門體尺寸為例，通過SolidWorks COSMOSXpress進(jìn)行位移分析，我們不難看出折頁(yè)和門體固定點(diǎn)安裝數(shù)量和位置對(duì)位移的影響很大，同時(shí)我們也比較了威圖機(jī)柜在箱體密閉上的設(shè)計(jì)，得到同樣的結(jié)論。

圖中紅色區(qū)域位為位移變形量最大區(qū)，而藍(lán)色為最小區(qū)域。在1800高機(jī)柜等距安裝3個(gè)門折頁(yè)，可以有效的使門體在高度方向上獲得更多的支撐點(diǎn)，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(cè)門的鎖緊點(diǎn)為1個(gè)，而右側(cè)是3點(diǎn)（我們做了仿制改進(jìn)）。通過對(duì)比可以看出因所進(jìn)點(diǎn)的增加紅色位移點(diǎn)的消失，由此我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候就要將折頁(yè)和門鎖固定點(diǎn)，在左右方向上對(duì)稱，上下方向上等距，以確保門的膠條與控制柜之間緊密結(jié)合，不會(huì)因?yàn)槭芰Σ痪?，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(jī)柜內(nèi)的所有金屬接地部件都要連接到一起，濾波器、數(shù)控系統(tǒng)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(hù)接地導(dǎo)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(jī)柜元件布局

合理分配空間，避免空氣的流動(dòng)性差保證數(shù)控系統(tǒng)模塊的散熱性。雖然有空調(diào)控制溫度，但是系統(tǒng)模塊安裝位置距離空調(diào)近的話，由于模塊自身風(fēng)扇由下向上吹風(fēng)，而冷空氣（空調(diào)產(chǎn)生的）密度大，它的流動(dòng)方向是自上而下的，在模塊上方就容易出現(xiàn)對(duì)流，產(chǎn)生冷凝水最終導(dǎo)致模塊燒毀。如圖4-1所示。

5.結(jié)束語(yǔ)

除非進(jìn)行必要的調(diào)整和維修，不允許隨便開啟控制柜門，更不允許在使用時(shí)敞開柜門。一旦有油霧、灰塵甚至金屬粉末落在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)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(dǎo)致元器件及印制線路的損壞。

定時(shí)維護(hù)控制柜也是非常必要的，否則灰塵積聚過多，將會(huì)引起數(shù)控系統(tǒng)柜內(nèi)溫度高，造成過熱報(bào)警或數(shù)控系統(tǒng)工作不可靠。

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