数控机床系统稳定性研究

刘　杨

数控机床系统稳定性研究

刘杨

（齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔161005）

随着世界工业进入信息数字化化时代，数控机床已经成为工业，特别是装备制造业的主要生产设备，其高效率、高精度、高可靠性等特点也符合现代制造业的要求，但是数控机床应用过程中也会受到自然条件，生产环境，操作技术的因素影响。在实践工作过程中，应结合现场条件，分析存在的不稳定因素，有针对性地设计抗干扰措施，重点在硬件设计中采取相应的保护措施，软件方面的设计可作为硬件的补充，进一步提高数控系统的稳定性。

数控机床；系统 ；稳定性

1　数控机床系统简介

数控机床是数字控制机床的简称，它是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而控制机床运行。在数控机床系统在运行过程中不稳定的因素主要有：电磁干扰、供电系统干扰和信号传输干扰。数控机床在受到干扰后往往会出现一系列故障，例如莫名其妙的警报，运行稳定性变差，定位、跟踪误差过大等，严重的会造成停机、死机甚至是机毁人亡。因此，要想保证数控机床安全稳定的运行，就必须要运用电气技术抗干扰。

2　影响数控机床系统稳定性的因素分析

（1）数控机床电源系统稳定性。数控机床控制系统的供电电源由电网供给，由于电网覆盖范围广，所有空间电磁干扰，尤其是电网内部的变化，如大型电力设备起停，交直流传动装置引起的谐波，电网短路暂态冲击等，都会通过输电线路传到数控机床控制系统，影响其的正常运行。据统计，电源的瞬时短路、欠压、过压和电网窜人的噪声引起CPU误动作及数据丢失占各种系统不稳定因素的90%以上。因此在数控系统中，应重点考虑电源系统的可靠性和安全性。

（2）磁场耦合性对数控系统的影响。电动机，特别是大功率电动机以及电力变压器和有大电流通过的电线周围都有较强的磁场。此磁场可在场内的导线中产生感应电动势。在数控车床工作时，其主轴电动机动作所产生的强磁辐射，有可能使位控模块中的信号出错，存储器内数据改变，导致伺服电动机工作矢量失真，编码器信号丢失等。

（3）漏电耦合对数控机床的危害。机床电气或电气绝缘电阻性能降低，导致漏电流，引起电路故障。多发生于工作条件比较恶劣的环境或器件性能退化，器件本身老化的情况下。

（4）接地问题。数控机床控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱会引起各个接地点电位分布不均，引起地环路电流，影响系统正常工作。

3　提高数控机床系稳定性的方法

提高数控机床系统稳定性的方法很多，有硬件措施，也可以升级软件对信号进行补偿，这里主要探讨针对数控机床硬件结构应用现代电气技术提高系统稳定性的方法。

（1）屏蔽技术。屏蔽技术是提高信号稳定性也就是抗干扰技术中应用最多、最有效的一种技术。该技术常用金属材料或磁性材料把需要屏蔽的区域包围起来，将屏蔽区域内外场隔离开来，从而切断辐射电磁噪声的传输途径。屏蔽技术按其机理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。

（2）隔离技术。隔离技术就是用隔离元器件将干扰源隔离，以防杂波计入控制系统，影响系统稳定性，保证数控机床的正常运行。常见的隔离方法有光电隔离、变压器隔离和继电器隔离等方法。

（3）滤波技术。滤波技术是抑制干扰的一种有效措施。滤波器具有分离信号、抑制干扰、阻抗变换与阻抗匹配和延迟信号等功能。采用滤波器能够有效过滤数控机床电路中的干扰因素，维护设备安全稳定的运行。在数控机床上，为了抑制高频对电网的干扰，可采用低通滤波器滤除电路中的高频成分，改善电源质量。一般来说,滤波器一般安装在

电柜交流电源线进线处，抑制电源中的有害成分。对于各类触点或开关，在闭合或断开瞬间因触点抖动所引起的干扰，抑制感性负载在切断电源瞬间所产生的反向势，可以采用阻容滤波来排除，这样可以将电感线圈的磁场释放出来的能力转化为电容器电场的能量储存起来，以降低能耗。采用l-c滤波器则会降低负载阻抗，从而增加滤波效果，发挥滤波器的作用，降低干扰。

（4）接地技术。接地就是将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接。接地的目的是为了减小干扰和保障人身安全。数控机床的接地系统由信号线、框架地和系统地组成。数控机床安装中对“接地”有严格要求，在使用数控机床之前必须要严格按照要求将数控机床的地线系统进行接地，以保证设备安全稳定地运行。在生产应用中，数控机床的接地方式主要有三种，即工作接地、保护接地、屏蔽接地。其中，工作接地方式又可分为浮地、单点接地、多点接地和混合接地。通常来说，为了避免数控机床在工作过程中的共地线阻抗干扰和地环路干扰以及共模电流辐射干扰发生，工作接地极为重要。

（5）减少供电线路干扰。有条件的工作场所可将数控机床在某一区域内单独安置，如果不能单独安置，则应与电焊机等大功率设备保持合适的距离，以免这些大功率设备造成电网电压波动或者产生大量谐波而干扰数控机床的正常运行。在工作场所安置数控机床时应尽量使用独立电源，在电压不稳定的工作场所应使用稳压器，防止电压的波动对数控机床造成干扰。在铺线时应将动力线与信号线分开布置。信号线采用绞合线，以减少和防止磁场与电场的耦合干扰，如变频器中的控制电路配线与电源线之间的距离要在0.1m以上；控制电路配线与主电路配线在相交时，力求成90°，并且控制电路的配线应采用屏蔽双绞线。

（6）新型系统稳定技术。这类技术与传统的抗干扰稳定技术最大的不同之处在于它是通过应用软件实现了抗干扰。它的最大优势在于实现了抗干扰的自动化，用软件就能够自动识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号。当电磁干扰使数控系统的程序“跑飞”时，相关的软件能够帮助系统自动恢复正常运行。常用软件有软件滤波、软件“陷阱”、软件“看门狗”等。

4　结语

数控机床控制系统稳定性是一个复杂的问题。在实践工作过程中，应结合现场条件，分析存在的不稳定因素，有针对性地设计抗干扰措施，重点在硬件设计中采取相应的保护措施，软件方面的设计可作为硬件的补充，进一步提高数控系统的稳定性。

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

刘杨，主要研究方向：数控。