淺析接地與屏蔽對數控機床穩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(集團)有限責任公司機械動力部，江西景德鎮 333002;②北京菲迪亞機電有限公司，北京 100027)

1 接地對數控機床穩定性的影響

對數控機床來說，穩定性、可靠性是保證機床正常運行的首要條件。數控系統一般在電磁環境較惡劣的工業現場適用，因此對系統的電磁兼容性(EMC)有較高的要求。

接地是提高電子設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備的影響，又能抑制設備向外發出干擾;而錯誤的接地，會引入嚴重的干擾信號，使數控系統無法正常工作。為了防止共地線阻抗干擾，在每臺設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)和系統地(System Ground System)(圖1)。

接地系統混亂對數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，引起地環路電流，影響系統正常工作。屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。數控系統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控系統的邏輯運算和數據存貯，造成數據混亂、系統死機。模擬地電位的干擾將導致測量精度下降，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)數控機床在生產現場的接地是一個普遍存在的問題。現在工廠一般都采用三相四線制，在電柜連接布線時已經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，系統運行不穩定，經常出現莫名其妙的報警且系統硬件損壞、驅動燒壞現象。因此，我們針對每臺設備單獨做接地，中線不接入機床，借助機床地基的鋼筋網架做接地級(圖2)，來實現對大地的電氣接觸，接地電阻經測量小于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)數控機床的測量單元和數控單元是電磁干擾影響最大的子系統，對測量單元的干擾，是造成機床控制不穩定、控制達不到預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常出現A軸位置有4～5°漂移的問題，而機床沒有任何報警。我們檢查驅動上位置編碼器接口，更換伺服驅動，擦洗A軸位置編碼器讀數頭及尺身，均未解決問題。后拆開罩殼，檢查連線時發現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，安裝調試完畢后，一直運轉良好。后因生產需要，從一個廠房搬遷到另外一個廠房，安裝調試完成后投入生產，操作人員發現，該機床的Y軸經常會出現高達1 mm左右的零點漂移，造成工件報廢。我們檢查接線，驅動上位置編碼器接口，更換伺服驅動，擦洗Y軸同步感應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圖片，后來發現機床的380 V進線是從電柜下面貼地面橫穿，接到機床總開關，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強電對數控系統有干擾，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 結語

正確接地是數控機床穩定可靠運行的基本保證，它可以減少設備的故障和停機時間，為企業產生更高的經濟效益。