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数控铣床的电气柜散热分析计算
Aug 13, 2020  来源:成都航空职业技术学院   作者:周丽霞 周树强 覃琴


      摘 要:文章以 XK714B 数控铣床的数控系统 FANUC 0i-D 数控系统为例 , 并结合 FANUC 公司提供的模块发热量公式,计算电气柜内元件的总体发热量,进行数控铣床电气柜的散热设计,根据计算结果进行数控铣床电气柜散热方案的选型。

     关键字:FANUC0i-D 系统;电气柜;散热;发热量
  
     1 、引言
  
     文章以 XK714B 数控铣床的系统升级改造的电气柜为例,分析其内部模块的发热,由于数控铣床电气柜内安装有数控伺服驱动模块、控制变压器、变频器等大量发热电气元件,引起电器柜内温度升高。为了维持机床电器柜内的温度在正常工作范围内,保证元器件能正常工作,就需要对电柜内的元器件的发热进行计算。

     对于机床电器柜,CNC 及其驱动器等部件的最高允许温度为 58℃,考虑到我国夏天最高气温一般为 40℃左右,局部生产场所的环境温度要达到 45℃,因此,作为电气柜散热设计的原则,电气柜内部的温升应限制在 10 ~ 13℃以内。为使数控机床能正常工作,必须使数控机床电气柜中的温度、湿度和清洁度保持在一个允许的范围内。

     笔者以 XK714B 数控铣床的数控数控铣床的电气柜散热分析计算系统改造项目中,将原有的 XK714B 数控铣床系统升级为 FANUC0i MD 数控系统。文章以实际的改造的电气柜实例来说明电气柜的散热分析。
   
     2、 电气柜元器件的散热分析计算
  
     数控机床电气柜的散热方式主要是通过电气柜表面自然散热、通过热交换器散热和通过空调器散热。用空调器散热的冷却方法使用方便,制冷量较大,可以使内部温度低于环境温度,并且环境温度的变化对散热能力的影响较小,对于数控系统的发热可以有效散热。风扇适用于柜内温度高于环境温度,但是当环境温度高于柜内温度或者环境温度高于柜内要求的温度(一般为 35℃)时,那就应该考虑使用工业空调器了。还有当柜内外空气循环要求隔绝时,也应该考虑使用工业空调器。

     安装于电气柜内部的元器件发热量( 功率 ) 应根据元器件的具体信号与参数进行计算,总发热量等于所有元器件发热量之和。数控系统的主要的发热量来自于驱动器,伺服放大器发热量取决于伺服模块规格和伺服电机的持续工作额定电流(参考值)。

     (1)单轴低压伺服模块发热量计算公式如下:
  
         
       
     根据单轴低压伺服模块发热量计算公式算出单轴低压伺服模块发热量,通过查单轴低压伺服模块发热量表(如表1 所示)得到 13+5*7=48。

    (2)双轴低压伺服模块发热量计算按照下面公式:

  
 
  
  
      根据双轴低压伺服模块发热量计算公式算出双轴低压伺服模块发热量,通过表 2 得出数据并且带入公式得(单位 W):双轴低压伺服模块发热量 =17+5×7+5×7=87。系统升级后的XK714B数控铣床电气柜内元器件发热量,及总发热量如表 3 所示。

  
      3、 空调的制冷功率计算
  
     本次进行机床系统升级改造,电气柜的尺寸为1500mm× 900mm×540mm。空调的选型也是根据柜内温度与环境温度的差值以及柜内热损耗,从而确定空调所需要的制冷量来选取的,现在一般都是按照德国威图公司提供的经验公式来选取的。其计算如下:

      
  
     选型计算:箱体体积为1500mm×900mm×540mm,控制箱表面积为3.9m²(A=3.9m²),环境温度为35℃(To=35℃),箱内产生的总热量为:欲使箱内温度保持在 26℃(Ti=26℃),则冷气机选择计算方法如下:

           
  
     选择 1 台制冷功率为 600W 的空调符合制冷要求。
  
     4 、结语
    
     本文以改造升级的 FANUC 数控系统铣床的电气柜为例,通过对数控铣床电气柜内的模块发热量进行计算,并根据电器柜内部的整体发热量来进行选用空调的制冷量的计算,来达到合适的散热效果,保证数控系统元器件工作在正常的使用温度下。

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