劉　楊

數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

劉楊

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾161005）

隨著世界工業(yè)進(jìn)入信息數(shù)字化化時(shí)代，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為工業(yè)，特別是裝備制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，其高效率、高精度、高可靠性等特點(diǎn)也符合現(xiàn)代制造業(yè)的要求，但是數(shù)控機(jī)床應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)受到自然條件，生產(chǎn)環(huán)境，操作技術(shù)的因素影響。在實(shí)踐工作過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，分析存在的不穩(wěn)定因素，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)抗干擾措施，重點(diǎn)在硬件設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的保護(hù)措施，軟件方面的設(shè)計(jì)可作為硬件的補(bǔ)充，進(jìn)一步提高數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

數(shù)控機(jī)床；系統(tǒng) ；穩(wěn)定性

1　數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)簡(jiǎn)介

數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱，它是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而控制機(jī)床運(yùn)行。在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中不穩(wěn)定的因素主要有：電磁干擾、供電系統(tǒng)干擾和信號(hào)傳輸干擾。數(shù)控機(jī)床在受到干擾后往往會(huì)出現(xiàn)一系列故障，例如莫名其妙的警報(bào)，運(yùn)行穩(wěn)定性變差，定位、跟蹤誤差過(guò)大等，嚴(yán)重的會(huì)造成停機(jī)、死機(jī)甚至是機(jī)毀人亡。因此，要想保證數(shù)控機(jī)床安全穩(wěn)定的運(yùn)行，就必須要運(yùn)用電氣技術(shù)抗干擾。

2　影響數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素分析

（1）數(shù)控機(jī)床電源系統(tǒng)穩(wěn)定性。數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的供電電源由電網(wǎng)供給，由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，所有空間電磁干擾，尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，如大型電力設(shè)備起停，交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波，電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都會(huì)通過(guò)輸電線路傳到數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)，影響其的正常運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電源的瞬時(shí)短路、欠壓、過(guò)壓和電網(wǎng)竄人的噪聲引起CPU誤動(dòng)作及數(shù)據(jù)丟失占各種系統(tǒng)不穩(wěn)定因素的90%以上。因此在數(shù)控系統(tǒng)中，應(yīng)重點(diǎn)考慮電源系統(tǒng)的可靠性和安全性。

（2）磁場(chǎng)耦合性對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的影響。電動(dòng)機(jī)，特別是大功率電動(dòng)機(jī)以及電力變壓器和有大電流通過(guò)的電線周圍都有較強(qiáng)的磁場(chǎng)。此磁場(chǎng)可在場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。在數(shù)控車床工作時(shí)，其主軸電動(dòng)機(jī)動(dòng)作所產(chǎn)生的強(qiáng)磁輻射，有可能使位控模塊中的信號(hào)出錯(cuò)，存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)改變，導(dǎo)致伺服電動(dòng)機(jī)工作矢量失真，編碼器信號(hào)丟失等。

（3）漏電耦合對(duì)數(shù)控機(jī)床的危害。機(jī)床電氣或電氣絕緣電阻性能降低，導(dǎo)致漏電流，引起電路故障。多發(fā)生于工作條件比較惡劣的環(huán)境或器件性能退化，器件本身老化的情況下。

（4）接地問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂會(huì)引起各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。

3　提高數(shù)控機(jī)床系穩(wěn)定性的方法

提高數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法很多，有硬件措施，也可以升級(jí)軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，這里主要探討針對(duì)數(shù)控機(jī)床硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)代電氣技術(shù)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。

（1）屏蔽技術(shù)。屏蔽技術(shù)是提高信號(hào)穩(wěn)定性也就是抗干擾技術(shù)中應(yīng)用最多、最有效的一種技術(shù)。該技術(shù)常用金屬材料或磁性材料把需要屏蔽的區(qū)域包圍起來(lái)，將屏蔽區(qū)域內(nèi)外場(chǎng)隔離開(kāi)來(lái)，從而切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。屏蔽技術(shù)按其機(jī)理可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。

（2）隔離技術(shù)。隔離技術(shù)就是用隔離元器件將干擾源隔離，以防雜波計(jì)入控制系統(tǒng)，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。常見(jiàn)的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。

（3）濾波技術(shù)。濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有效措施。濾波器具有分離信號(hào)、抑制干擾、阻抗變換與阻抗匹配和延遲信號(hào)等功能。采用濾波器能夠有效過(guò)濾數(shù)控機(jī)床電路中的干擾因素，維護(hù)設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行。在數(shù)控機(jī)床上，為了抑制高頻對(duì)電網(wǎng)的干擾，可采用低通濾波器濾除電路中的高頻成分，改善電源質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō),濾波器一般安裝在

電柜交流電源線進(jìn)線處，抑制電源中的有害成分。對(duì)于各類觸點(diǎn)或開(kāi)關(guān)，在閉合或斷開(kāi)瞬間因觸點(diǎn)抖動(dòng)所引起的干擾，抑制感性負(fù)載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反向勢(shì)，可以采用阻容濾波來(lái)排除，這樣可以將電感線圈的磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能力轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，以降低能耗。采用l-c濾波器則會(huì)降低負(fù)載阻抗，從而增加濾波效果，發(fā)揮濾波器的作用，降低干擾。

（4）接地技術(shù)。接地就是將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)（大地）實(shí)現(xiàn)低阻抗的連接。接地的目的是為了減小干擾和保障人身安全。數(shù)控機(jī)床的接地系統(tǒng)由信號(hào)線、框架地和系統(tǒng)地組成。數(shù)控機(jī)床安裝中對(duì)“接地”有嚴(yán)格要求，在使用數(shù)控機(jī)床之前必須要嚴(yán)格按照要求將數(shù)控機(jī)床的地線系統(tǒng)進(jìn)行接地，以保證設(shè)備安全穩(wěn)定地運(yùn)行。在生產(chǎn)應(yīng)用中，數(shù)控機(jī)床的接地方式主要有三種，即工作接地、保護(hù)接地、屏蔽接地。其中，工作接地方式又可分為浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。通常來(lái)說(shuō)，為了避免數(shù)控機(jī)床在工作過(guò)程中的共地線阻抗干擾和地環(huán)路干擾以及共模電流輻射干擾發(fā)生，工作接地極為重要。

（5）減少供電線路干擾。有條件的工作場(chǎng)所可將數(shù)控機(jī)床在某一區(qū)域內(nèi)單獨(dú)安置，如果不能單獨(dú)安置，則應(yīng)與電焊機(jī)等大功率設(shè)備保持合適的距離，以免這些大功率設(shè)備造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)或者產(chǎn)生大量諧波而干擾數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。在工作場(chǎng)所安置數(shù)控機(jī)床時(shí)應(yīng)盡量使用獨(dú)立電源，在電壓不穩(wěn)定的工作場(chǎng)所應(yīng)使用穩(wěn)壓器，防止電壓的波動(dòng)對(duì)數(shù)控機(jī)床造成干擾。在鋪線時(shí)應(yīng)將動(dòng)力線與信號(hào)線分開(kāi)布置。信號(hào)線采用絞合線，以減少和防止磁場(chǎng)與電場(chǎng)的耦合干擾，如變頻器中的控制電路配線與電源線之間的距離要在0.1m以上；控制電路配線與主電路配線在相交時(shí)，力求成90°，并且控制電路的配線應(yīng)采用屏蔽雙絞線。

（6）新型系統(tǒng)穩(wěn)定技術(shù)。這類技術(shù)與傳統(tǒng)的抗干擾穩(wěn)定技術(shù)最大的不同之處在于它是通過(guò)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)了抗干擾。它的最大優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了抗干擾的自動(dòng)化，用軟件就能夠自動(dòng)識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào)，并濾除干擾信號(hào)。當(dāng)電磁干擾使數(shù)控系統(tǒng)的程序“跑飛”時(shí)，相關(guān)的軟件能夠幫助系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。常用軟件有軟件濾波、軟件“陷阱”、軟件“看門狗”等。

4　結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)穩(wěn)定性是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。在實(shí)踐工作過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，分析存在的不穩(wěn)定因素，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)抗干擾措施，重點(diǎn)在硬件設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的保護(hù)措施，軟件方面的設(shè)計(jì)可作為硬件的補(bǔ)充，進(jìn)一步提高數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

Stability Study on Numerical Control Machine tool System

LIU Yang
（Qiqihar NO.2 Machine tool Group CO.，LTD.，Qiqihar，Heilongjiang 161005，China）

As the wor1d industry steps into the digita1 information era，NC machine too1 has become the main production equipment in the industry，especia11y the equipment manufacturing industry，its characteristics of high efficiency，high precision，high re1iabi1ity a1so meet the requirement of modern manufacturing，however，in the app1ication，numerica1 contro1 machine too1 is a1so affected by the factors of natura1 conditions，production environment and techno1ogy.In practice，the staff shou1d combine with worksite condition，ana1yze unstab1e factors and take measures to improve the stabi1ity of NC machine too1 system.

CNC machine too1s；system；stabi1ity

TG659

A

2095-980X（2016）03-0038-01

2016-03-07

劉楊，主要研究方向：數(shù)控。