数控机床电气安全的研究与应用

数控机床电气安全的研究与应用

摘要：数控系统的干扰源是多渠道的，对于不同的现场，应有不同的处理方法，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，只有正确和合理的电气设计、接地与屏蔽的抑制方法，才能使机床系统稳定、可靠的工作。

关键词：数控机床；电气安全；研究；应用

引言：

随着数控机床在我国加工行业的普遍应用，数控机床维修人员的技术提升能力远低于数控机床的发展。

本人作为一名数控机床维修技术员时刻关住着该行业各种技术的发展和提高，但是由于目前数控技术的普及程度还不算太高，所以维修数控机床时经常遇到各种类型的报警，有些报警简单明了，根据报警内容很快能够处理故障；

但有些报警就不那么直接，报警号内容和实际故障并不完全贴合，从而导致误报警、报警号不固定或出现多个报警号现象的发生，甚至有时控机床无任何报警显示，但设备运行状态诡异、乱动、定位不准、加工尺寸不稳定、回零位置不稳定。多个报警不知道究竟哪一个是其根本，特别是时有时无的报警，需要较长时间的等待与观察，有时候可能去处理几次。根据多年的维修经验和处理结果以及与系统生产厂商维修工程师的交流发现：90%以上的这类问题是机床制造或改造时对电气柜的处理不当造成的。具体地讲就是电柜设计不合理，接地、布线设计缺陷使系统受到外界干扰造成的。

1、数控机床的电气设计中的干扰抑制

系统的抗干扰能力是确保数控机床正常运行的重要因素，也是关系到整机可靠运行的关键，

而干扰的产生，很大程度上是由于接地和屏蔽处理不当引起的，数控系统的工作信号电压低，抗于扰能力差。就数控机床而言：

各种干扰叠加在信号上，会引起信号测控的失真和误动作，位置控制产生漂移，对测量单元的干扰直接影响测量与控制精度，时钟信号、复位信号、中断信号、控制信号对噪声干扰信号的敏感性很强，会造成系统控制不稳定、设备无法正常工作。而在机床制造或改造时，对电气柜和机床床身接线与布线处理是整个机床正常运行的关键，接线与布线不当就会引起干扰，从而使数控控制系统受到干扰导致运行不可靠。一般在电网上对电子设备造成干扰的噪音有以下几种：第一，传导噪音，由伺服放大器产生的噪音，经由电缆传导可对连在同一电源上的电子设备造成干扰；第二，辐射（无线电）噪音，由伺服放大器产生的噪音，经由电网的辐射可对周围的电子设备造成干扰。电网的电线就像发射天线一样向四周发射噪音信号；第三，诱导（感应）噪音，当设备的电缆靠的太近时经感应或电容的偶合造成的干扰。

2、数控机床电气装置组成

数控机床是制造业中精密和高效的加工设备，数控机床电气系统主要由数控系统、电源模块、伺服驱动器、伺服电机、伺服主轴驱动器（或变频器）、伺服主轴电机（或变频主轴电机）、控制变压器、PLC输人输出模块、强电柜的机床电器元器件、各种电动机、电磁阀和机床操作面板等组成。

数控机床电气装置控制机床各部件完成相应功能并协调各部件的运行，是数控机床能够完成复杂零件加工和实现自动化生产的保障，是数控机床的核心和中枢部分。

3、数控机床电气安全研究与应用

3.1数控机床保护性接地研究与应用：在数控机床电气系统中，保护接地是数控机床本体及电气装置内外外露部分接地，保护接地对于电气安全非常重要。现在我国多数加工企业、厂家配电系统采用TN-S系统，如图1所示。

当发生相线碰数控机床外壳接地故障后，如果没有机床外壳接到保护地线PE上，设备外壳的对地电压U，即为L1相电压220V，远远超过安全电压50V，人体如果接触到此电压，电击致死的危险性非常大。所以在数控机床中必须要有保护性接地。当做保护性接地后，即机床或电气装置外壳接在PE线上，外壳电压建有很大程度的降低。

3.2数控机床剩余电流研究与应用：尽管数控机床电气装置TN-S系统中，断路器多数情况下能够在规定时间内切断电气故障，确保人身安全。但是在设计和装配调试数控机床电气系统时，不可能逐一校验每部分电气设备发生接地故障时过电流保护能够满足电气防护的要求，即便校验也不一定正确，因为每个现场环境的线路阻抗是不同的，且当接地线（PE）发生断线时，短路器回路没有电流存在，断路器保护对相线碰壳故障不再起作用。因此在数控机床电气装置需要增加剩余电流保护装置，也就是漏电保护措施，对完善数控机床电击防护有很大的益处。

一般情况下，整个数控机床电气装置采用一个剩余电流保护（RCD）装置即可，如图2。其原理是只要接地故障电流l}大于剩余电流保护电器（RCD）额定动作电流，便及时切断电路。采用RCD后，能够极大的提升系统的电击防护灵敏度。根据不同的数控机床电气装置要合理的采用剩余电流保护电器（RCD）。

3.3数控机床电气隔离和特低电压的研究与应用：数控机床重要的组成部分数控系统对电压的波动以及电磁的干扰非常灵敏，且在机床床身处有好多位置行程开关和电磁阀来检测机床的状态、控制机床的动作，工作人员在操作和维修的过程中，很容易接触到这些开关。为了不发生电气安全危险，在数控机床电气系统采用电气隔离措施和特低电压，防止电击事故的发生。

在数控电气装置中，最好将控制线路、伺服系统、数控系统以及相应的输人输出线路都采用变压器供电。这样变压器两侧通过磁路来传递能量，在电气系统中没有直接的联系。即便是

变压器一次侧发生故障，也不至于将故障引人变压器二次侧部分，使上述多个系统不至于受到侵害。在机床容易接触到的电气部分，在设计电气系统时采用24V的特低电压，控制线路、数控系统、输人输出部分都采用特低电压。这样工作人员即便接触到这些部分，也不至于发生电击危险。

3.4数控机床电气系统中性线的处理：在数控机床供电系统中，一般不会使用中性线（N）。因为如果使用中性线。在中性线断线的情况下，会使中性点数值发生偏移，造成三相电压不平衡，这样设备即便能够运转，但在不正常状态下运行，极有可能发生电气事故和烧毁设备。特别数控机床许多电机，因为不管电压的升高还是降低，都会引起电机的发热，这样使电机绝缘老化加速而缩短使用寿命，极端情况下还能引起火灾。而且更为不利的是发生故障时设备能够运转，其危险性不容易被发现，故障难以很快的解除，更容易引发其他电气故障。所以在设计数控机床电气系统中，一般情况下不允许使用中性线。

结语

通过本文的研究，认识到接地、剩余电流保护、电气隔离和特低电压对数控机床电气装置设计和安装中的重要性。只有在数控机床电气装置设计中很好的遵守电气安全措施，才能保证在不同的电气环境下下，减小甚至杜绝电气事故的发生。特别在数控机床的安装调试过程中，不同企业的安装环境条件不同，安装调试人员更要熟悉和理解数控机床的电气安全措施，才能有效的保护设备和操作人员的安全。通过本文的研究和在数控机床上的应用，可以提高数控机床的电气安全，防止事故的发生，同时能够提升数控机床的高干扰性、加工精度，保持机床的稳定性，从而提高数控机床的加工效率。

参考文献

[1] 金强敏.数控机床电气控制系统的故障诊断与维护[EB/OL]..

[2] 王玲.基于PLC的数控机床电气控制系统研究[J].新技术新工艺，2013，12：125-127.