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銑削加工中心在大型汽輪發(fā)電機線圈的研制
2010-05-12 11:10:44
東方電機股份有限公司生產(chǎn)的30萬千瓦、60萬千瓦汽輪發(fā)電機，其線圈加工工藝特殊，線圈加工質(zhì)量直接關系到發(fā)電機效率及安全。大型汽輪發(fā)電機轉子線圈銅排上的通風孔，其形狀及排列情況直接決定著汽輪發(fā)電機的散熱，進而影響到汽輪發(fā)電機的可靠性、穩(wěn)定性及效率。因此，東電自行研制了線圈銑削加工中心。

圖1

1 線圈銑削加工中心的機械架構

如圖1 所示，線圈銑削加工中心由1#～4#四個銑削頭和一個工作臺組成。1#～4#四個銑削頭可根據(jù)需要分別作上下運動。每個銑削頭由A、C兩個圓盤銑刀和1個棒銑刀B組成；圓盤銑刀A進行銑通孔加工、圓盤銑刀C進行通孔兩側的倒角加工；棒型銑刀B用于銅排銑削后的去除毛刺工作。被加工的銅排固定于工作臺上，工作臺由伺服電機控制進行水平運動和準確定位。

2 線圈銑削加工中心的控制系統(tǒng)


圖2
該加工中心采用開放式的數(shù)控系統(tǒng)(CNC)進行控制?；赑C、微處理器及其體系結構的開放式數(shù)控系統(tǒng)，利用成熟的PC硬件來組成他們的系統(tǒng)，因而節(jié)省開發(fā)專用硬件的費用，降低成本。同時，由于PC總線是一種開放性的總線，所以系統(tǒng)的硬件體系結構就具有了開放性、模塊化、可嵌入的特點。另外，為了使系統(tǒng)能更好地適應不同需要，滿足多樣性的要求，就要在控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件方面下功夫，使系統(tǒng)軟件依據(jù)用戶級別的不同提供不同程度的開放，根據(jù)用戶需要配置系統(tǒng)，達到用戶的要求。另外，由于系統(tǒng)是基于PC的，所以在軟件設計的同時可以充分利用PC機豐富的軟件資源，組成開發(fā)控制系統(tǒng)的軟件平臺，達到事半功倍的效果。大型汽輪發(fā)電機線圈銑削加工中心屬專用加工設備，故而我們采用了開放式的數(shù)控系統(tǒng)對其進行控制。控制系統(tǒng)結構如圖2所示。
考慮到安裝該加工中心的車間工況條件較差(電源波動較大、粉塵較多、大功率用電設備及電焊機較多)，我們在CNC系統(tǒng)的開發(fā)、使用中特別強調(diào)了可靠性。
CNC系統(tǒng)是集精密電子技術、精密檢測技術、軟件技術、控制技術、計算機技術于一體的復雜整體，其發(fā)展趨勢是高性能、多功能、高精度、高速度、高柔性及高可靠性，高可靠性是高性能、高精度、高效率及良好效益得以實現(xiàn)的決定因素。CNC系統(tǒng)可靠性的保障措施應從CNC系統(tǒng)的設計、硬件、軟件及使用等方面考慮，既要注意消除影響可靠性的干擾源，又要注意提高CNC系統(tǒng)本身的抗干擾能力。
  1. 我們在設計中，將CNC系統(tǒng)的主體安置在機床加工區(qū)以外，但其執(zhí)行部件、檢測部件如伺服電機、限位開關、零件開關、光柵、碼盤等往往不能脫離加工區(qū)域，冷卻液及油液完全可能對其造成損害；工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，粉塵、鐵屑、靜電、振動等對CNC系統(tǒng)中廣泛使用的電子器件、印刷電路板有致命危害；部分機床上的伺服電機隨機械執(zhí)行部件運動，使電纜及信號線長期周而復始地伸曲摩擦，極易磨損，引起故障甚至事故。因此，在CNC機床及CNC系統(tǒng)的設計時，我們對機床的總體架構、伺服電機及限位開關的把合位置、電線電纜的走行方式等進行了認真考慮，并且對CNC系統(tǒng)的封裝給予足夠重視。
  2. 電磁干擾是影響CNC系統(tǒng)可靠性的主要原因之一。一般電源波動、電器開關及功率開關元件的通斷、電子器件固有干擾、地線線徑大小、電路布局、公共阻抗、信號畸變、信號相互干擾、信號失真、外來干擾等均可最終歸于電磁干擾。一般采取屏蔽、平衡干擾信號(如導線絞行)、各功能模塊分電源供電、濾波、光電藕合、阻容吸收、二極管泄放等措施解決。
由于大型汽輪發(fā)電機線圈銑削加工中心的安裝現(xiàn)場有大量電焊機使用，我們采取了以下措施：電焊機的電源電流線盡量遠離CNC系統(tǒng)；CNC系統(tǒng)發(fā)出的控制信號經(jīng)放大后送給伺服系統(tǒng)，確保信號不因傳輸距離大而被干擾；機床所有開關信號均經(jīng)過繼電器隔離后進入CNC系統(tǒng)；CNC電源經(jīng)過濾波；CNC系統(tǒng)使用watchdog功能使CNC系統(tǒng)不致受影響死機；采用光電藕合、阻容吸收、RC抑制。
在交流伺服系統(tǒng)中，電路電壓與電流脈沖振蕩的諧波分量造成強電磁干擾，通過輻射及傳導方式影響其他電子器件及CNC系統(tǒng)的工作。一方面，干擾信號從輸入端電源線反饋傳導出去，其基波低而高次諧波豐富故對供電電網(wǎng)造成危害，不僅使CNC系統(tǒng)受干擾而且使供電效率下降；另一方面，伺服輸出的陡峭脈沖包含多次高頻諧波，伺服與電機間的連接電纜存在雜散電容，高頻脈沖信號與雜散電容藕合而產(chǎn)生漏電流。漏電流和多次高頻諧波輻射影響CNC系統(tǒng)及其電子器件，造成危害。
在大型汽輪發(fā)電機線圈銑削加工中心的制造中，我們采取了以下措施：使用濾波器阻止干擾信號沿電源線傳輸以及進行阻抗變換，使干擾信號被反射回干擾源。在伺服的輸入輸出端均進行濾波；正確的接地——為高頻干擾信號形成低阻通路，從而抑止干<
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