闕彥，王凱華

（漢川數(shù)控機(jī)床股份公司，陜西漢中 723000）

電加工機(jī)床光柵尺計(jì)數(shù)干擾問(wèn)題的解決方法

闕彥，王凱華

（漢川數(shù)控機(jī)床股份公司，陜西漢中 723000）

對(duì)于電加工機(jī)床，除了脈沖電源的性能會(huì)影響加工精度以外，控制加工精度的基本手段還有安裝光柵尺，使機(jī)床實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。隨著加工零件精度要求越來(lái)越高，非數(shù)控（數(shù)顯）電加工機(jī)床已很難滿(mǎn)足高精度模具加工的需要。目前解決該問(wèn)題最有效的辦法就是提高機(jī)床的定位控制精度，要達(dá)到這一目的，基本思路就是：增加全閉環(huán)控制策略，用高精度的光柵數(shù)顯尺作為測(cè)量反饋器件，增加一級(jí)位置環(huán)路，實(shí)時(shí)地將機(jī)床的機(jī)械位置反饋給控制系統(tǒng)，而不是伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，再通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)整目標(biāo)位置，達(dá)到高精度控制。

該方案在普通金切機(jī)床上使用會(huì)取得明顯的效果，能很好地將機(jī)床定位精度提高到0.002 mm/ 100 mm以?xún)?nèi)。但應(yīng)用于電加工脈沖電源控制系統(tǒng)機(jī)床上，如果不做特殊處理，就會(huì)由于放電脈沖的干擾，使控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生無(wú)規(guī)律的不確定記數(shù)誤差，嚴(yán)重影響機(jī)床的實(shí)際定位精度。因此，解決數(shù)顯尺在電加工機(jī)床應(yīng)用中的計(jì)數(shù)抗干擾問(wèn)題就顯得尤為重要。

電加工機(jī)床的機(jī)理是：依靠高頻電脈沖的能量瞬間擊穿加工介質(zhì)，使能量基本均勻的帶電離子與兩個(gè)電極發(fā)生顯著的電物理變化，從而將工件蝕除。在此期間，伴隨著微秒級(jí)甚至納秒級(jí)的高頻脈沖信號(hào)干擾，加之機(jī)床床體本身作為加工的一個(gè)電極，數(shù)顯尺又安裝在床體上，因此，數(shù)顯尺計(jì)數(shù)及傳送信號(hào)就成了極易受到干擾的環(huán)節(jié)。解決干擾問(wèn)題的核心就是如何避免高頻干擾脈沖影響到數(shù)顯尺的計(jì)數(shù)檢測(cè)電路和傳送接收電路？如何更好地做好接口兼容匹配？為了避免干擾源對(duì)計(jì)數(shù)信號(hào)的影響，在數(shù)顯尺質(zhì)量可靠的前提下，應(yīng)從以下4個(gè)方面加以考慮：

（1）接收電路與輸出電路的參數(shù)應(yīng)匹配。電加工機(jī)床一般選用的數(shù)顯尺為直線(xiàn)光柵尺，刻度單位為柵距20 μm，分辨率為5 μm，電器參數(shù)為差動(dòng)輸出方式，輸出A、B兩路相位差90°的正交脈沖，最大輸出電流為30 mA，工作電源電壓為5 V。因此，在讀取數(shù)顯尺信號(hào)時(shí)，接收電路必須與之匹配。圖1采用了光電隔離、平衡電阻、上下拉電阻及長(zhǎng)線(xiàn)差動(dòng)接收等措施，對(duì)數(shù)顯尺輸出信號(hào)的接收電路進(jìn)行了參數(shù)匹配及隔離。

圖1 數(shù)顯尺的接收電路

（2）有可靠的信號(hào)處理電路。信號(hào)處理需充分考慮各種干擾毛刺的影響。目前較流行、且被普遍認(rèn)可的經(jīng)典電路是四倍頻電路。采用8位EE/ FLASH型高性能可嵌入式微處理器SX28AC75，將四倍頻電路進(jìn)行軟件化處理，同時(shí)對(duì)電路中的各種干擾現(xiàn)象用MicroSim Schematics軟件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明電路在各類(lèi)信號(hào)擾動(dòng)下的計(jì)數(shù)處理沒(méi)有問(wèn)題。

（3）有能夠提供足夠功率的供電電源。在原理分析沒(méi)有問(wèn)題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了電路板聯(lián)機(jī)試驗(yàn)，在靜態(tài)情況下數(shù)顯計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。但在開(kāi)、關(guān)機(jī)和加工過(guò)程中，出現(xiàn)了俗稱(chēng)“跑數(shù)”的問(wèn)題，即系統(tǒng)計(jì)數(shù)因干擾等原因產(chǎn)生了隨機(jī)變化。經(jīng)反復(fù)觀察，發(fā)現(xiàn)每次關(guān)機(jī)時(shí)坐標(biāo)值已變化，開(kāi)機(jī)后看到的坐標(biāo)位置和關(guān)機(jī)時(shí)就不一致了。分析原因，可能是在關(guān)機(jī)瞬間電源的不穩(wěn)定造成的。于是將數(shù)顯的供電電源功率加大，再進(jìn)行試機(jī)，發(fā)現(xiàn)關(guān)機(jī)時(shí)不再有亂計(jì)數(shù)現(xiàn)象，加工中也不再出現(xiàn)“跑數(shù)”問(wèn)題。

（4）連接線(xiàn)的選取和屏蔽線(xiàn)的接法。對(duì)于數(shù)顯尺這種采用長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)及接收電路方式進(jìn)行信號(hào)傳送的設(shè)備，電纜規(guī)格的選取和連接方式不容忽視。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于差動(dòng)方式的信號(hào)傳送，必須選取雙絞屏蔽電纜線(xiàn)，在電纜長(zhǎng)度不超過(guò)5 m的情況下，信號(hào)線(xiàn)的線(xiàn)徑不應(yīng)小于0.3 mm2，電源線(xiàn)的線(xiàn)徑不應(yīng)小于0.6 mm2，且對(duì)應(yīng)信號(hào)和電源必須雙絞焊接。如果電纜更長(zhǎng)，則要相應(yīng)增加電纜線(xiàn)的截面積。此外，屏蔽線(xiàn)必須采用雙端接地的方法，以增強(qiáng)對(duì)干擾信號(hào)的屏蔽效果。

通過(guò)上述4個(gè)方面的處理，在本公司的電源柜上進(jìn)行大電流加工試驗(yàn)、高頻精加工試驗(yàn)和頻繁的開(kāi)關(guān)機(jī)試驗(yàn)考核，均未出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，數(shù)顯尺的抗干擾問(wèn)題得以解決。

TG661

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1009－279X（2014）05－0060-02

2014-05-24

闕彥，男，1973年生，工程師。