淺析接地與屏蔽對數(shù)控機床穩(wěn)定性的影響及抗干擾措施

甘淑娟 胡 輝 林超青 魏紅根

(①昌河飛機工業(yè)(集團)有限責任公司機械動力部，江西景德鎮(zhèn) 333002;②北京菲迪亞機電有限公司，北京 100027)

1 接地對數(shù)控機床穩(wěn)定性的影響

對數(shù)控機床來說，穩(wěn)定性、可靠性是保證機床正常運行的首要條件。數(shù)控系統(tǒng)一般在電磁環(huán)境較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場適用，因此對系統(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設(shè)備的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯誤的接地，會引入嚴重的干擾信號，使數(shù)控系統(tǒng)無法正常工作。為了防止共地線阻抗干擾，在每臺設(shè)備中可能有多種接地線，但概括起來可以分為3類:信號地(Signal Ground System)、機殼地(Frame Ground System)和系統(tǒng)地(System Ground System)(圖1)。

接地系統(tǒng)混亂對數(shù)控機床的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，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，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。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)的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、系統(tǒng)死機。模擬地電位的干擾將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

2 實際案例

以下就簡單介紹下實際工作中碰到的3個接地與屏蔽問題以及解決的方法:

(1)數(shù)控機床在生產(chǎn)現(xiàn)場的接地是一個普遍存在的問題。現(xiàn)在工廠一般都采用三相四線制，在電柜連接布線時已經(jīng)把所有零線和地線連接在一起，把中線當作PE，但當三相不平衡時，中線就會帶電，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)莫名其妙的報警且系統(tǒng)硬件損壞、驅(qū)動燒壞現(xiàn)象。因此，我們針對每臺設(shè)備單獨做接地，中線不接入機床，借助機床地基的鋼筋網(wǎng)架做接地級(圖2)，來實現(xiàn)對大地的電氣接觸，接地電阻經(jīng)測量小于4 Ω，一般可以達到 0.8 Ω。目前該方案已取得良好效果，并已在全廠推廣實施。

(2)數(shù)控機床的測量單元和數(shù)控單元是電磁干擾影響最大的子系統(tǒng)，對測量單元的干擾，是造成機床控制不穩(wěn)定、控制達不到預(yù)期加工精度的主要因素。我公司有1臺K197五軸立式加工中心經(jīng)常出現(xiàn)A軸位置有4～5°漂移的問題，而機床沒有任何報警。我們檢查驅(qū)動上位置編碼器接口，更換伺服驅(qū)動，擦洗A軸位置編碼器讀數(shù)頭及尺身，均未解決問題。后拆開罩殼，檢查連線時發(fā)現(xiàn)其中一屏蔽地線端子未接好(圖3)。一般來說，單端接地只能屏蔽低頻磁場，而對于高頻磁場，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機動力線走同一坦克鏈，如果是單端接地的話，電動機動力線產(chǎn)生的高頻磁場則會影響位置信號的傳輸，進而影響A軸位置的控制。后將松開的接地端子重新連接好，問題解決。

(3)我公司有一臺瑞士dixi djc350坐標鏜，安裝調(diào)試完畢后，一直運轉(zhuǎn)良好。后因生產(chǎn)需要，從一個廠房搬遷到另外一個廠房，安裝調(diào)試完成后投入生產(chǎn)，操作人員發(fā)現(xiàn)，該機床的Y軸經(jīng)常會出現(xiàn)高達1 mm左右的零點漂移，造成工件報廢。我們檢查接線，驅(qū)動上位置編碼器接口，更換伺服驅(qū)動，擦洗Y軸同步感應(yīng)尺的滑尺和定尺以及兩者間的間隙，但是故障依然沒有解決。對比搬遷前后的相關(guān)圖片，后來發(fā)現(xiàn)機床的380 V進線是從電柜下面貼地面橫穿，接到機床總開關(guān)，而電柜下面的封底鐵板因故無法安裝，無法形成屏蔽，且電柜下面有信號電纜，有可能是380 V強電對數(shù)控系統(tǒng)有干擾，于是把380 V進線從電柜下面抽出，從電柜外面走線，問題得到解決。

3 結(jié)語

正確接地是數(shù)控機床穩(wěn)定可靠運行的基本保證，它可以減少設(shè)備的故障和停機時間，為企業(yè)產(chǎn)生更高的經(jīng)濟效益。