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東方電機股份有限公司生產的30萬千瓦、60萬千瓦汽輪發電機，其線圈加工工藝特殊，線圈加工質量直接關系到發電機效率及安全。大型汽輪發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電機的散熱，進而影響到汽輪發電機的可靠性、穩定性及效率。因此，東電自行研制了線圈銑削加工中心。

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。

圖1

2 線圈銑削加工中心的控制系統

該加工中心采用開放式的數控系統(CNC)進行控制?；赑C、微處理器及其體系結構的開放式數控系統，利用成熟的PC硬件來組成他們的系統，因而節省開發專用硬件的費用，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，就要在控制系統的系統軟件方面下功夫，使系統軟件依據用戶級別的不同提供不同程度的開放，根據用戶需要配置系統，達到用戶的要求。另外，由于系統是基于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，組成開發控制系統的軟件平臺，達到事半功倍的效果。大型汽輪發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控系統對其進行控制?？刂葡到y結構如圖2所示。

圖2

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系統的開發、使用中特別強調了可靠性。

CNC系統是集精密電子技術、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的決定因素。CNC系統可靠性的保障措施應從CNC系統的設計、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系統本身的抗干擾能力。

1) 我們在設計中，將CNC系統的主體安置在機床加工區以外，但其執行部件、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域，冷卻液及油液完全可能對其造成損害；工業現場環境惡劣，粉塵、鐵屑、靜電、振動等對CNC系統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系統的封裝給予足夠重視。

2) 電磁干擾是影響CNC系統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。

由于大型汽輪發電機線圈銑削加工中心的安裝現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；CNC系統發出的控制信號經放大后送給伺服系統，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過繼電器隔離后進入CNC系統；CNC電源經過濾波；CNC系統使用watchdog功能使CNC系統不致受影響死機；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造成危害，不僅使CNC系統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生漏電流。漏電流和多次高頻諧波輻射影響CNC系統及其電子器件，造成危害。

在大型汽輪發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，從而抑止干擾；良好的屏蔽——防止伺服系統向外輻射干擾信號，防止外界干擾信號進入伺服系統。

3） 編制CNC系統軟件時，使用軟件容錯、避錯技術提高可靠性。采取編制處理子程序的方法提高CNC系統的抗干擾能力，如軟件冗余檢錯、定時監測、輸入輸出數據處理。
CNC系統的檢測器件受到干擾時，我們使之成對地產生加、減脈沖給CNC系統，CNC收到加脈沖時進行內存加字運算，收到減脈沖時采用程序中斷的方式使內存做減字運算。這樣，即使有干擾產生了加脈沖，利用加減脈沖時間上的先后之差對脈沖進行處理，不影響CNC的位置控制。

4) CNC的使用者對其可靠性存在影響。由于CNC系統的設計與制造水平不斷提高，相對的，CNC系統的安裝調試人員、操作人員、維修人員等的素質對CNC系統的可靠運行的影響越來越大，對他們進行嚴格、規范的系統培訓是必要的。讓他們能夠正確地對CNC系統進行安裝、調試、使用、維護、修理，避免可能影響可靠性的因素產生、積累和擴大。

5) 強電邏輯不合理也影響CNC系統的可靠性。機床強電邏輯錯誤或不嚴密可能造成CNC系統的癱瘓、損害以及CNC使用者的傷害、加工產品報廢等。

3 線圈銑削加工中心研制中的創新點與實際使用效果

1) 東方電機股份有限公司研制的線圈銑削加工中心，首次將線圈加工的銑孔、倒角、去毛刺等工序綜合在銅排的一次裝夾后進行，保證了線圈的加工精度和加工效率。

2) 在該加工中心的控制系統中采用了大量的可靠性保證措施，使該加工中心性能穩定，充分滿足了線圈加工需要。

3) 在對該加工中心的可靠性評價中，采取常規MTBF統計和模糊評判的方法進行，提高了可靠性評價的準確度。

4) 由于線圈加工中心良好的投資收益比，東方電機股份有限公司已先后制造了三臺該型設備并投入使用。