數控機床系統穩定性研究

劉　楊

數控機床系統穩定性研究

劉楊

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾161005）

隨著世界工業進入信息數字化化時代，數控機床已經成為工業，特別是裝備制造業的主要生產設備，其高效率、高精度、高可靠性等特點也符合現代制造業的要求，但是數控機床應用過程中也會受到自然條件，生產環境，操作技術的因素影響。在實踐工作過程中，應結合現場條件，分析存在的不穩定因素，有針對性地設計抗干擾措施，重點在硬件設計中采取相應的保護措施，軟件方面的設計可作為硬件的補充，進一步提高數控系統的穩定性。

數控機床；系統 ；穩定性

1　數控機床系統簡介

數控機床是數字控制機床的簡稱，它是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，并將其譯碼，從而控制機床運行。在數控機床系統在運行過程中不穩定的因素主要有：電磁干擾、供電系統干擾和信號傳輸干擾。數控機床在受到干擾后往往會出現一系列故障，例如莫名其妙的警報，運行穩定性變差，定位、跟蹤誤差過大等，嚴重的會造成停機、死機甚至是機毀人亡。因此，要想保證數控機床安全穩定的運行，就必須要運用電氣技術抗干擾。

2　影響數控機床系統穩定性的因素分析

（1）數控機床電源系統穩定性。數控機床控制系統的供電電源由電網供給，由于電網覆蓋范圍廣，所有空間電磁干擾，尤其是電網內部的變化，如大型電力設備起停，交直流傳動裝置引起的諧波，電網短路暫態沖擊等，都會通過輸電線路傳到數控機床控制系統，影響其的正常運行。據統計，電源的瞬時短路、欠壓、過壓和電網竄人的噪聲引起CPU誤動作及數據丟失占各種系統不穩定因素的90%以上。因此在數控系統中，應重點考慮電源系統的可靠性和安全性。

（2）磁場耦合性對數控系統的影響。電動機，特別是大功率電動機以及電力變壓器和有大電流通過的電線周圍都有較強的磁場。此磁場可在場內的導線中產生感應電動勢。在數控車床工作時，其主軸電動機動作所產生的強磁輻射，有可能使位控模塊中的信號出錯，存儲器內數據改變，導致伺服電動機工作矢量失真，編碼器信號丟失等。

（3）漏電耦合對數控機床的危害。機床電氣或電氣絕緣電阻性能降低，導致漏電流，引起電路故障。多發生于工作條件比較惡劣的環境或器件性能退化，器件本身老化的情況下。

（4）接地問題。數控機床控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂會引起各個接地點電位分布不均，引起地環路電流，影響系統正常工作。

3　提高數控機床系穩定性的方法

提高數控機床系統穩定性的方法很多，有硬件措施，也可以升級軟件對信號進行補償，這里主要探討針對數控機床硬件結構應用現代電氣技術提高系統穩定性的方法。

（1）屏蔽技術。屏蔽技術是提高信號穩定性也就是抗干擾技術中應用最多、最有效的一種技術。該技術常用金屬材料或磁性材料把需要屏蔽的區域包圍起來，將屏蔽區域內外場隔離開來，從而切斷輻射電磁噪聲的傳輸途徑。屏蔽技術按其機理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

（2）隔離技術。隔離技術就是用隔離元器件將干擾源隔離，以防雜波計入控制系統，影響系統穩定性，保證數控機床的正常運行。常見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。濾波技術是抑制干擾的一種有效措施。濾波器具有分離信號、抑制干擾、阻抗變換與阻抗匹配和延遲信號等功能。采用濾波器能夠有效過濾數控機床電路中的干擾因素，維護設備安全穩定的運行。在數控機床上，為了抑制高頻對電網的干擾，可采用低通濾波器濾除電路中的高頻成分，改善電源質量。一般來說,濾波器一般安裝在

電柜交流電源線進線處，抑制電源中的有害成分。對于各類觸點或開關，在閉合或斷開瞬間因觸點抖動所引起的干擾，抑制感性負載在切斷電源瞬間所產生的反向勢，可以采用阻容濾波來排除，這樣可以將電感線圈的磁場釋放出來的能力轉化為電容器電場的能量儲存起來，以降低能耗。采用l-c濾波器則會降低負載阻抗，從而增加濾波效果，發揮濾波器的作用，降低干擾。

（4）接地技術。接地就是將電路、設備機殼等與作為零電位的一個公共參考點（大地）實現低阻抗的連接。接地的目的是為了減小干擾和保障人身安全。數控機床的接地系統由信號線、框架地和系統地組成。數控機床安裝中對“接地”有嚴格要求，在使用數控機床之前必須要嚴格按照要求將數控機床的地線系統進行接地，以保證設備安全穩定地運行。在生產應用中，數控機床的接地方式主要有三種，即工作接地、保護接地、屏蔽接地。其中，工作接地方式又可分為浮地、單點接地、多點接地和混合接地。通常來說，為了避免數控機床在工作過程中的共地線阻抗干擾和地環路干擾以及共模電流輻射干擾發生，工作接地極為重要。

（5）減少供電線路干擾。有條件的工作場所可將數控機床在某一區域內單獨安置，如果不能單獨安置，則應與電焊機等大功率設備保持合適的距離，以免這些大功率設備造成電網電壓波動或者產生大量諧波而干擾數控機床的正常運行。在工作場所安置數控機床時應盡量使用獨立電源，在電壓不穩定的工作場所應使用穩壓器，防止電壓的波動對數控機床造成干擾。在鋪線時應將動力線與信號線分開布置。信號線采用絞合線，以減少和防止磁場與電場的耦合干擾，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，力求成90°，并且控制電路的配線應采用屏蔽雙絞線。

（6）新型系統穩定技術。這類技術與傳統的抗干擾穩定技術最大的不同之處在于它是通過應用軟件實現了抗干擾。它的最大優勢在于實現了抗干擾的自動化，用軟件就能夠自動識別有用信號和干擾信號，并濾除干擾信號。當電磁干擾使數控系統的程序“跑飛”時，相關的軟件能夠幫助系統自動恢復正常運行。常用軟件有軟件濾波、軟件“陷阱”、軟件“看門狗”等。

4　結語

數控機床控制系統穩定性是一個復雜的問題。在實踐工作過程中，應結合現場條件，分析存在的不穩定因素，有針對性地設計抗干擾措施，重點在硬件設計中采取相應的保護措施，軟件方面的設計可作為硬件的補充，進一步提高數控系統的穩定性。

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：數控。