淺析接地與屏蔽對(duì)數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定性的影響及抗干擾措施

甘淑娟 胡 輝 林超青 魏紅根

(①昌河飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司機(jī)械動(dòng)力部，江西景德鎮(zhèn) 333002;②北京菲迪亞機(jī)電有限公司，北京 100027)

1 接地對(duì)數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定性的影響

對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性、可靠性是保證機(jī)床正常運(yùn)行的首要條件。數(shù)控系統(tǒng)一般在電磁環(huán)境較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)適用，因此對(duì)系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)有較高的要求。

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾對(duì)設(shè)備的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地，會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使數(shù)控系統(tǒng)無(wú)法正常工作。為了防止共地線阻抗干擾，在每臺(tái)設(shè)備中可能有多種接地線，但概括起來(lái)可以分為3類:信號(hào)地(Signal Ground System)、機(jī)殼地(Frame Ground System)和系統(tǒng)地(System Ground System)(圖1)。

接地系統(tǒng)混亂對(duì)數(shù)控機(jī)床的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。數(shù)控系統(tǒng)工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的干擾容易影響數(shù)控系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、系統(tǒng)死機(jī)。模擬地電位的干擾將導(dǎo)致測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。

2 實(shí)際案例

以下就簡(jiǎn)單介紹下實(shí)際工作中碰到的3個(gè)接地與屏蔽問(wèn)題以及解決的方法:

(1)數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的接地是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題。現(xiàn)在工廠一般都采用三相四線制，在電柜連接布線時(shí)已經(jīng)把所有零線和地線連接在一起，把中線當(dāng)作PE，但當(dāng)三相不平衡時(shí)，中線就會(huì)帶電，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)莫名其妙的報(bào)警且系統(tǒng)硬件損壞、驅(qū)動(dòng)燒壞現(xiàn)象。因此，我們針對(duì)每臺(tái)設(shè)備單獨(dú)做接地，中線不接入機(jī)床，借助機(jī)床地基的鋼筋網(wǎng)架做接地級(jí)(圖2)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)大地的電氣接觸，接地電阻經(jīng)測(cè)量小于4 Ω，一般可以達(dá)到 0.8 Ω。目前該方案已取得良好效果，并已在全廠推廣實(shí)施。

(2)數(shù)控機(jī)床的測(cè)量單元和數(shù)控單元是電磁干擾影響最大的子系統(tǒng)，對(duì)測(cè)量單元的干擾，是造成機(jī)床控制不穩(wěn)定、控制達(dá)不到預(yù)期加工精度的主要因素。我公司有1臺(tái)K197五軸立式加工中心經(jīng)常出現(xiàn)A軸位置有4～5°漂移的問(wèn)題，而機(jī)床沒(méi)有任何報(bào)警。我們檢查驅(qū)動(dòng)上位置編碼器接口，更換伺服驅(qū)動(dòng)，擦洗A軸位置編碼器讀數(shù)頭及尺身，均未解決問(wèn)題。后拆開(kāi)罩殼，檢查連線時(shí)發(fā)現(xiàn)其中一屏蔽地線端子未接好(圖3)。一般來(lái)說(shuō)，單端接地只能屏蔽低頻磁場(chǎng)，而對(duì)于高頻磁場(chǎng)，則通常采用雙端接地。由于位置編碼器線不可避免地要與電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線走同一坦克鏈，如果是單端接地的話，電動(dòng)機(jī)動(dòng)力線產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)則會(huì)影響位置信號(hào)的傳輸，進(jìn)而影響A軸位置的控制。后將松開(kāi)的接地端子重新連接好，問(wèn)題解決。

(3)我公司有一臺(tái)瑞士dixi djc350坐標(biāo)鏜，安裝調(diào)試完畢后，一直運(yùn)轉(zhuǎn)良好。后因生產(chǎn)需要，從一個(gè)廠房搬遷到另外一個(gè)廠房，安裝調(diào)試完成后投入生產(chǎn)，操作人員發(fā)現(xiàn)，該機(jī)床的Y軸經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高達(dá)1 mm左右的零點(diǎn)漂移，造成工件報(bào)廢。我們檢查接線，驅(qū)動(dòng)上位置編碼器接口，更換伺服驅(qū)動(dòng)，擦洗Y軸同步感應(yīng)尺的滑尺和定尺以及兩者間的間隙，但是故障依然沒(méi)有解決。對(duì)比搬遷前后的相關(guān)圖片，后來(lái)發(fā)現(xiàn)機(jī)床的380 V進(jìn)線是從電柜下面貼地面橫穿，接到機(jī)床總開(kāi)關(guān)，而電柜下面的封底鐵板因故無(wú)法安裝，無(wú)法形成屏蔽，且電柜下面有信號(hào)電纜，有可能是380 V強(qiáng)電對(duì)數(shù)控系統(tǒng)有干擾，于是把380 V進(jìn)線從電柜下面抽出，從電柜外面走線，問(wèn)題得到解決。

3 結(jié)語(yǔ)

正確接地是數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定可靠運(yùn)行的基本保證，它可以減少設(shè)備的故障和停機(jī)時(shí)間，為企業(yè)產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)效益。