關(guān)于數(shù)控機(jī)床電氣控制接地系統(tǒng)的研究

陳建飛

摘要：隨著時代的發(fā)展，基礎(chǔ)工業(yè)是一個國家衡量其綜合競爭能力的核心標(biāo)志，而基礎(chǔ)工業(yè)主要考察的是制造業(yè)，這是國家財富的源泉。作為制造業(yè)中的機(jī)床裝備，幾乎是整個現(xiàn)代化制造業(yè)的推動力，尤其是具備電氣控制的數(shù)控機(jī)床;伴著數(shù)控機(jī)床走進(jìn)千萬個企業(yè)車間，數(shù)控機(jī)床的裝配問題，尤其數(shù)控機(jī)床電器控制接地成為關(guān)系著設(shè)備的效率和安全的重大問題。本文將從數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)入手，通過分析接地系統(tǒng)來研究數(shù)控機(jī)床電氣控制接地的方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;電氣控制;接地系統(tǒng)

隨著改革的推進(jìn)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的制造業(yè)在世界范圍內(nèi)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(jìn)行工業(yè)升級，數(shù)控機(jī)床基本上全面替代了簡易的機(jī)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(yè)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(shù)字控制與模擬控制并存，在安裝過程中的接地系統(tǒng)越來越重要，其處理不好會導(dǎo)致機(jī)床的電氣系統(tǒng)產(chǎn)生故障，甚至影響人員的人身安全。所以，數(shù)控機(jī)床電氣控制接地系統(tǒng)的重要性，越來越受到重視。

一、數(shù)控機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的組成

1.1數(shù)控機(jī)床的常規(guī)組成

數(shù)控機(jī)床和傳統(tǒng)的簡易機(jī)床相比較，他們都是利用電氣控制實現(xiàn)。但是數(shù)控機(jī)床擁有強(qiáng)大的邏輯能力，完成簡易機(jī)床不能完成的高效、高精度的工作任務(wù)。它一般由電氣控制部分、機(jī)床部分、數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部分和數(shù)據(jù)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(jī)、電源、和電路等。主要由主回路和控制回路構(gòu)成，主回路有主電源開關(guān)、保護(hù)回路，控制回路有延時電路、整流電路、互鎖回路等。它是數(shù)控機(jī)床的“大腦”，在機(jī)床的工作和邏輯方面發(fā)揮著重要的作用。

2）機(jī)床部分

這是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)，包含由5大件組成的主題結(jié)構(gòu)、主軸、刀具庫架和刀具等部分，主要是完成對零件進(jìn)行加工。

3）執(zhí)行部分

針對機(jī)床刀具的直接作用部分，通過電機(jī)、接觸器、電磁閥等電氣元件控制結(jié)果對機(jī)床刀具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、切削的結(jié)果，將邏輯信號轉(zhuǎn)換成為加工零件結(jié)構(gòu)和尺寸的能力;通過控制刀具的切換，減少簡易機(jī)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(jié)構(gòu)和尺寸公差進(jìn)行監(jiān)督，保證其質(zhì)量。

4）數(shù)據(jù)部分

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

1.2數(shù)控機(jī)床的附加結(jié)構(gòu)

企業(yè)的數(shù)控機(jī)床一般采用人工控制方法，同時它進(jìn)行自動加工，這樣的過程中難免出現(xiàn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量隱患，所以需要附加一些結(jié)構(gòu)部件，保證生產(chǎn)的安全性。

1）急停按鈕

急停按鈕時現(xiàn)今數(shù)控設(shè)備上都會安裝的附加結(jié)構(gòu)，當(dāng)由于發(fā)生突發(fā)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(shè)備對人生的繼續(xù)傷害。

2）復(fù)位按鈕

這是保證設(shè)備的故障或者產(chǎn)品的問題解決后，快速回復(fù)生產(chǎn)的基本按鈕。

二、數(shù)控機(jī)床電氣控制接地系統(tǒng)的研究

2.1.接地系統(tǒng)對數(shù)控機(jī)床保護(hù)作用的分類

在數(shù)控機(jī)床普及的今天，由于電氣系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，其控制系統(tǒng)和伺服單元由于電路屏蔽效果不好，容易引發(fā)設(shè)備故障，威脅人員人身安全。

1）工作接地的作用

當(dāng)人在操作過程中發(fā)生意外時，能夠保證電氣設(shè)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(shè)備，降低數(shù)控機(jī)床的絕緣水平，保證人員安全。

2）保護(hù)接地的作用

在安裝數(shù)控機(jī)床時，如果沒有接地系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)床的某部分絕緣出破損時，機(jī)床主體將會帶電;當(dāng)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(dāng)有了接地系統(tǒng)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(hù)。

3）重復(fù)接地的作用

利用接地系統(tǒng)能夠降低零線的電壓，即使零線斷裂，也能將機(jī)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(tǒng)中，必須采用接零保護(hù)，將數(shù)控機(jī)床的外殼直接接到系統(tǒng)的零線上，如發(fā)短路時即形成單相短路，安全跳脫開關(guān)跳脫保護(hù)機(jī)床設(shè)備能可靠地迅速動作，以斷開故障設(shè)備，使人體避免觸電的危險。

5）防靜電接地的作用

設(shè)備移動或物體在管道中流動，因磨擦產(chǎn)生靜電，它聚集在管道，容器和貯灌或加工設(shè)備上，形成高電位，對人身安全及對設(shè)備和建筑物都有危險。作為靜電接低，靜電一旦產(chǎn)生，就導(dǎo)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(chǎn)生的電場限制在金屬屏蔽的內(nèi)部，使外界免受金屬屏蔽內(nèi)干擾源的影響。也可以把防止干擾的機(jī)床設(shè)備用作金屬屏蔽接地，任何外來干擾源所產(chǎn)生的電場不能穿進(jìn)機(jī)殼內(nèi)部，使屏蔽內(nèi)的設(shè)備，不受外界干擾源的影響。

7）電法保護(hù)接地

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

8）過電壓保護(hù)接地的作用

對于直擊雷，避雷裝置（包括過電壓保護(hù)接地裝置在內(nèi)）促使雷云正電荷和地面感應(yīng)負(fù)電荷中和，以防止數(shù)控機(jī)床設(shè)備遭到雷擊的破壞，對于靜感應(yīng)雷，感應(yīng)產(chǎn)生的靜電荷，其作用是迅速地把它們導(dǎo)入地中，以避免產(chǎn)生火花放電或局部發(fā)熱造成易燃或易爆物品燃燒爆炸的危險。

2.2接地系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致的機(jī)床問題

1）接地系統(tǒng)的接地不良可能會導(dǎo)致操作面板出現(xiàn)問題，但是設(shè)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(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)控制故障;比如機(jī)床不能運動，操作面板無法進(jìn)行操控等故障。

3）產(chǎn)生軟性故障或無規(guī)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(shù)控機(jī)床電氣控制接地系統(tǒng)的常見方案

1）保護(hù)接零

企業(yè)中的數(shù)控機(jī)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(jī)床設(shè)備的金屬外殼和電路的中性線連接起來，由于進(jìn)行了接零的保護(hù)，將設(shè)備和零線形成了直接的回路，當(dāng)發(fā)生漏電時，會將電流導(dǎo)向零線，保護(hù)設(shè)備和人員的安全。

2）保護(hù)接地

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

3）系統(tǒng)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(dá)到抗干擾和保護(hù)安全的作用。由于電氣系統(tǒng)的智能化不斷提高，其影響的精度越來越大，通過系統(tǒng)接地能夠保證數(shù)控機(jī)床設(shè)備穩(wěn)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(yīng)本身多樣性的影響，

通過別樣化的區(qū)別接地，將保護(hù)做到做好。

其二、混合接地，在數(shù)控機(jī)床中不但有普通的電路同時還有編制的數(shù)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(tǒng)。

其四、浮地方式，原理是將機(jī)床設(shè)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(dāng)電量積累一定程度時將之消除，達(dá)到保護(hù)的作用，是一種間接的接地方案。

三、針對降低接地系統(tǒng)給數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)械、EDM、高周波等設(shè)備很接近數(shù)控機(jī)床NC系統(tǒng)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(jī)床附近位置獨立設(shè)置接地銅棒并深埋后引出連接數(shù)控機(jī)床接地線，避免設(shè)備與設(shè)備之間的噪聲干擾和因某臺設(shè)備接地不良后產(chǎn)生的串?dāng)_。

3.4、使用符合安規(guī)認(rèn)證（CE、UL 等）的電源供應(yīng)器，避免電源供應(yīng)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(qū)動電線選擇帶屏蔽層的護(hù)套線材，將電流通過是電線上的產(chǎn)生的電磁感應(yīng)、感生電壓進(jìn)行隔離屏蔽。

3.6、使用外設(shè)備接入數(shù)控機(jī)床前，請確認(rèn)外協(xié)設(shè)備接地是否與機(jī)床之間接觸良好。

3.7、針對數(shù)控系統(tǒng)對信號質(zhì)量比較敏感的數(shù)據(jù)傳送線，位置反饋線，數(shù)字檢測開關(guān)線等都應(yīng)選擇帶屏蔽層的護(hù)套線材。

隨著電氣控制技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床電氣控制越來越復(fù)雜和趣向于智能控制，從而導(dǎo)致針對電氣控制的保護(hù)措施不斷發(fā)展和更新，對接地系統(tǒng)的要求越來越高，這是本類技術(shù)研究的發(fā)展前景。對設(shè)備運行的穩(wěn)定性保護(hù)，設(shè)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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