浅析接地与屏蔽对数控机床稳定性的影响及抗干扰措施

甘淑娟 胡 辉 林超青 魏红根

(①昌河飞机工业(集团)有限责任公司机械动力部，江西景德镇 333002;②北京菲迪亚机电有限公司，北京 100027)

1 接地对数控机床稳定性的影响

对数控机床来说，稳定性、可靠性是保证机床正常运行的首要条件。数控系统一般在电磁环境较恶劣的工业现场适用，因此对系统的电磁兼容性(EMC)有较高的要求。

接地是提高电子设备电磁兼容性的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰对设备的影响，又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地，会引入严重的干扰信号，使数控系统无法正常工作。为了防止共地线阻抗干扰，在每台设备中可能有多种接地线，但概括起来可以分为3类:信号地(Signal Ground System)、机壳地(Frame Ground System)和系统地(System Ground System)(图1)。

接地系统混乱对数控机床的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。数控系统工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的干扰容易影响数控系统的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、系统死机。模拟地电位的干扰将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

2 实际案例

以下就简单介绍下实际工作中碰到的3个接地与屏蔽问题以及解决的方法:

(1)数控机床在生产现场的接地是一个普遍存在的问题。现在工厂一般都采用三相四线制，在电柜连接布线时已经把所有零线和地线连接在一起，把中线当作PE，但当三相不平衡时，中线就会带电，系统运行不稳定，经常出现莫名其妙的报警且系统硬件损坏、驱动烧坏现象。因此，我们针对每台设备单独做接地，中线不接入机床，借助机床地基的钢筋网架做接地级(图2)，来实现对大地的电气接触，接地电阻经测量小于4 Ω，一般可以达到 0.8 Ω。目前该方案已取得良好效果，并已在全厂推广实施。

(2)数控机床的测量单元和数控单元是电磁干扰影响最大的子系统，对测量单元的干扰，是造成机床控制不稳定、控制达不到预期加工精度的主要因素。我公司有1台K197五轴立式加工中心经常出现A轴位置有4～5°漂移的问题，而机床没有任何报警。我们检查驱动上位置编码器接口，更换伺服驱动，擦洗A轴位置编码器读数头及尺身，均未解决问题。后拆开罩壳，检查连线时发现其中一屏蔽地线端子未接好(图3)。一般来说，单端接地只能屏蔽低频磁场，而对于高频磁场，则通常采用双端接地。由于位置编码器线不可避免地要与电动机动力线走同一坦克链，如果是单端接地的话，电动机动力线产生的高频磁场则会影响位置信号的传输，进而影响A轴位置的控制。后将松开的接地端子重新连接好，问题解决。

(3)我公司有一台瑞士dixi djc350坐标镗，安装调试完毕后，一直运转良好。后因生产需要，从一个厂房搬迁到另外一个厂房，安装调试完成后投入生产，操作人员发现，该机床的Y轴经常会出现高达1 mm左右的零点漂移，造成工件报废。我们检查接线，驱动上位置编码器接口，更换伺服驱动，擦洗Y轴同步感应尺的滑尺和定尺以及两者间的间隙，但是故障依然没有解决。对比搬迁前后的相关图片，后来发现机床的380 V进线是从电柜下面贴地面横穿，接到机床总开关，而电柜下面的封底铁板因故无法安装，无法形成屏蔽，且电柜下面有信号电缆，有可能是380 V强电对数控系统有干扰，于是把380 V进线从电柜下面抽出，从电柜外面走线，问题得到解决。

3 结语

正确接地是数控机床稳定可靠运行的基本保证，它可以减少设备的故障和停机时间，为企业产生更高的经济效益。