大型汽轮发电机线圈铣削加工中心的研制.doc

东方电机股份有限公司生产的30万千瓦、60万千瓦汽轮发电机，其线圈加工工艺特殊，线圈加工质量直接关系到发电机效率及安全。大型汽轮发电机转子线圈铜排上的透风孔，其外形及排列情况直接决定着汽轮发电机的散热，进而影响到汽轮发电机的可靠性、稳定性及效率。因此，东电自行研制了线圈铣削加工中心。1线圈铣削加工中心的机械架构如图1所示，线圈铣削加工中心由1#～4#四个铣削头和一个工作台组成。1#～4#四个铣削头可根据需要分别作上下运动。每个铣削头由A、C两个圆盘铣刀和1个棒铣刀B组成；圆盘铣刀A进行铣通孔加工、圆盘铣刀C进行通孔两侧的倒角加工；棒型铣刀B用于铜排铣削后的往除毛刺工作。被加工的铜排固定于工作台上，工作台由伺服电机控制进行水平运动和正确定位。
图1
2线圈铣削加工中心的控制系统该加工中心采用开放式的数控系统(CNC)进行控制。基于PC、微处理器及其体系结构的开放式数控系统，利用成熟的PC硬件来组成他们的系统，因而节省开发专用硬件的用度，降低本钱。同时，由于PC总线是一种开放性的总线，所以系统的硬件体系结构就具有了开放性、模块化、可嵌进的特点。另外，为了使系统能更好地适应不同需要，满足多样性的要求，就要在控制系统的系统软件方面下功夫，使系统软件依据用户级别的不同提供不同程度的开放，根据用户需要配置系统，达到用户的要求。另外，由于系统是基于PC的，所以在软件设计的同时可以充分利用PC机丰富的软件资源，组成开发控制系统的软件平台，达到事半功倍的效果。大型汽轮发电机线圈铣削加工中心属专用加工设备，故而我们采用了开放式的数控系统对其进行控制。控制系统结构如图2所示。
图2
考虑到安装该加工中心的车间工况条件较差(电源波动较大、粉尘较多、大功率用电设备及电焊机较多)，我们在CNC系统的开发、使用中特别夸大了可靠性。CNC系统是集精密电子技术、精密检测技术、软件技术、控制技术、计算机技术于一体的复杂整体，其发展趋势是高性能、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实现的决定因素。CNC系统可靠性的保障措施应从CNC系统的设计、硬件、软件及使用等方面考虑，既要留意消除影响可靠性的干扰源，又要留意进步CNC系统本身的抗干扰能力。1)我们在设计中，将CNC系统的主体安置在机床加工区以外，但其执行部件、检测部件如伺服电机、限位开关、零件开关、光栅、码盘等往往不能脱离加工区域，冷却液及油液完全可能对其造成损害；产业现场环境恶劣，粉尘、铁屑、静电、振动等对CNC系统中广泛使用的电子器件、印刷电路板有致命危害；部分机床上的伺服电机随机械执行部件运动，使电缆及信号线长期周而复始地伸曲摩擦，极易磨损，引起故障甚至事故。因此，在CNC机床及CNC系统的设计时，我们对机床的总体架构、伺服电机及限位开关的把合位置、电线电缆的走行方式等进行了认真考虑，并且对CNC系统的封装给予足够重视。2)电磁干扰是影响CNC系统可靠性的主要原因之一。一般电源波动、电器开关及功率开关元件的通断、电子器件固有干扰、地线线径大小、电路布局、公共阻抗、信号畸变、信号相互干扰、信号失真、外来干扰等均可终极回于电磁干扰。一般采取屏蔽、平衡干扰信号(如导线绞行)、各功能模块分电源供电、滤波、光电藕合、阻容吸收、二极管泄放等措施解决。由于大型汽轮发电机线圈铣削加工中心的安装现场有大量电焊机使用，我们采取了以下措施：电焊机的电源电流线尽量阔别CNC系统；CNC系统发出的控制信号经放大后送给伺服系统，确保信号不因传输间隔大而被干扰；机床所有开关信号均经过继电器隔离后进进CNC系统；CNC电源经过滤波；CNC系统使用watchdog功能使CNC系统不致受影响死机；采用光电藕合、阻容吸收、RC抑制。在交流伺服系统中，电路电压与电流脉冲振荡的谐波分量造成强电磁干扰，通过辐射及传导方式影响其他电子器件及CNC系统的工作。一方面，干扰信号从输进端电源线反馈传导出往，其基波低而高次谐波丰富故对供电电网造成危害，不仅使CNC系统受干扰而且使供电效率下降；另一方面，伺服输出的陡峭脉冲包含多次高频谐波，伺服与电机间的连接电缆存在杂散电容，高频脉冲信号与杂散电容藕合而产生漏电流。漏电流和多次高频谐波辐射影响CNC系统及其电子器件，造成危害。在大型汽轮发电机线圈铣削加工中心的制造中，我们采取了以下措施：使用滤波器阻止干扰信号沿电源线传输以及进行阻抗变换，使干扰信号被反射回干扰源。在伺服的输进输出端均进行滤波；正确的接地——为高频干扰信号形成低阻通路，从而抑止干扰；良好的屏蔽——防止伺服系统向外辐射干扰信号，防止外界干扰信号进进伺服系统。3）编制CNC系统软件时，使用软件容错、避错技术进步可靠性。采取编制处理子程序的方法进步CNC系统的抗干扰能力，如软件冗余检错、定