电加工机床光栅尺计数干扰问题的解决方法

阙彦，王凯华

（汉川数控机床股份公司，陕西汉中 723000）

电加工机床光栅尺计数干扰问题的解决方法

阙彦，王凯华

（汉川数控机床股份公司，陕西汉中 723000）

对于电加工机床，除了脉冲电源的性能会影响加工精度以外，控制加工精度的基本手段还有安装光栅尺，使机床实现全闭环控制。随着加工零件精度要求越来越高，非数控（数显）电加工机床已很难满足高精度模具加工的需要。目前解决该问题最有效的办法就是提高机床的定位控制精度，要达到这一目的，基本思路就是：增加全闭环控制策略，用高精度的光栅数显尺作为测量反馈器件，增加一级位置环路，实时地将机床的机械位置反馈给控制系统，而不是伺服驱动系统，再通过控制系统调整目标位置，达到高精度控制。

该方案在普通金切机床上使用会取得明显的效果，能很好地将机床定位精度提高到0.002 mm/ 100 mm以内。但应用于电加工脉冲电源控制系统机床上，如果不做特殊处理，就会由于放电脉冲的干扰，使控制系统的数据采集产生无规律的不确定记数误差，严重影响机床的实际定位精度。因此，解决数显尺在电加工机床应用中的计数抗干扰问题就显得尤为重要。

电加工机床的机理是：依靠高频电脉冲的能量瞬间击穿加工介质，使能量基本均匀的带电离子与两个电极发生显著的电物理变化，从而将工件蚀除。在此期间，伴随着微秒级甚至纳秒级的高频脉冲信号干扰，加之机床床体本身作为加工的一个电极，数显尺又安装在床体上，因此，数显尺计数及传送信号就成了极易受到干扰的环节。解决干扰问题的核心就是如何避免高频干扰脉冲影响到数显尺的计数检测电路和传送接收电路？如何更好地做好接口兼容匹配？为了避免干扰源对计数信号的影响，在数显尺质量可靠的前提下，应从以下4个方面加以考虑：

（1）接收电路与输出电路的参数应匹配。电加工机床一般选用的数显尺为直线光栅尺，刻度单位为栅距20 μm，分辨率为5 μm，电器参数为差动输出方式，输出A、B两路相位差90°的正交脉冲，最大输出电流为30 mA，工作电源电压为5 V。因此，在读取数显尺信号时，接收电路必须与之匹配。图1采用了光电隔离、平衡电阻、上下拉电阻及长线差动接收等措施，对数显尺输出信号的接收电路进行了参数匹配及隔离。

图1 数显尺的接收电路

（2）有可靠的信号处理电路。信号处理需充分考虑各种干扰毛刺的影响。目前较流行、且被普遍认可的经典电路是四倍频电路。采用8位EE/ FLASH型高性能可嵌入式微处理器SX28AC75，将四倍频电路进行软件化处理，同时对电路中的各种干扰现象用MicroSim Schematics软件进行仿真，仿真结果表明电路在各类信号扰动下的计数处理没有问题。

（3）有能够提供足够功率的供电电源。在原理分析没有问题的基础上，设计了电路板联机试验，在静态情况下数显计数准确。但在开、关机和加工过程中，出现了俗称“跑数”的问题，即系统计数因干扰等原因产生了随机变化。经反复观察，发现每次关机时坐标值已变化，开机后看到的坐标位置和关机时就不一致了。分析原因，可能是在关机瞬间电源的不稳定造成的。于是将数显的供电电源功率加大，再进行试机，发现关机时不再有乱计数现象，加工中也不再出现“跑数”问题。

（4）连接线的选取和屏蔽线的接法。对于数显尺这种采用长线驱动及接收电路方式进行信号传送的设备，电缆规格的选取和连接方式不容忽视。在试验中发现，对于差动方式的信号传送，必须选取双绞屏蔽电缆线，在电缆长度不超过5 m的情况下，信号线的线径不应小于0.3 mm2，电源线的线径不应小于0.6 mm2，且对应信号和电源必须双绞焊接。如果电缆更长，则要相应增加电缆线的截面积。此外，屏蔽线必须采用双端接地的方法，以增强对干扰信号的屏蔽效果。

通过上述4个方面的处理，在本公司的电源柜上进行大电流加工试验、高频精加工试验和频繁的开关机试验考核，均未出现干扰现象，数显尺的抗干扰问题得以解决。

TG661

B

1009－279X（2014）05－0060-02

2014-05-24

阙彦，男，1973年生，工程师。