MTX数控机床偶发性丢失参考点的研究

谢钦 梁德重

摘 要：數控机床的加工精度主要受机械传动的精度和电气伺服控制系统的影响，而伺服系统由伺服驱动电机和伺服驱动器组成，对设备的开动率要求很高，本文以Boehringer车车拉机床为例介绍可能导致原点丢失的几种可能性因素，问题的主要表现为当机床断电或者上电的时候会偶发性的有原点丢失的现象，重点分析造成的原因和诊断方法。

关键词：MTX 机床参考点 电磁干扰

1 数控机床伺服系统组成原理

数控机床的加工精度主要受机械传动的精度和电气伺服控制系统的影响，而伺服系统由伺服驱动电机和伺服驱动器组成，作为数控系统的执行机构主要是处理NCU（Number Control Unit）的指令信号，控制传动部件的速度、方向和位置从而达到零件的加工过程，如图1所示。

伺服系统主要有三种方式[1]：开环系统、半闭环系统、全闭环系统，在闭环控制中需要有电流、速度、位置等测量装置，直接或间接的输出一些物理量信号，因此检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分。数控机床对检测元件的主要技术指标为：高可靠性、高抗干扰性、满足精度和测量速度的要求，符合机床运行的环境需要求。

数控机床闭环进给伺服系统的工作原理[2]：当数控装置发出位移指令时，由伺服驱动装置经机械传动装置驱动工作台移动。此时由位置检测装置检测工作台的实际位移，经过A/D转换后反馈到输入端与输入信号比较，得到的差值经过放大和D/A转换，控制伺服驱动装置驱动执行部件以给定的速度向着消除偏差的方向运动，如果输入信号与反馈信号的差值存在，那么工作台就不断地跟随输入信号运动。只有在差值为零时，工作台才静止，即工作台的实际位移量与指令位移量相等时，驱动装置停止运转。由于闭环进给伺服系统有位置反馈，可以补偿机械传动装置中的各种误差、间隙和干扰的影响，因此可以达到很高的定位精度，同时还能达到较高的速度，但闭环伺服系统对稳定性的要求较高。

2 参考点丢失的原因分析

机床伺服轴的参考点即在数控系统中的位置值丢失，本文以Boehringer车车拉机床为例介绍可能导致原点丢失的几种可能性因素，问题的主要表现为当机床断电或者上电的时候会偶发性的有原点丢失的现象。该机床的控制系统架构为德国Rexroth公司的数控产品，由基于PC的MTX CMP60卡作为NCU单元，提供11个伺服轴（XXA、XXB、SCE、SCF、AL1、WZF、WZD、CCA、CCB、ZZA、ZZB）组成，NC通讯采用Sercos光纤通信，同时集成有Profibus-DP接口通讯功能，主要完成轴类产品的加工。

2.1 伺服参数问题[3]

该数控系统NUC单元在实际运行时的伺服控制是由CPM60卡中的SCS配置来实现，其数据结构如图2所示，SERCOS卡主要对伺服轴实时控制，主要针对实时性控制，伺服参数是保存在CMP卡中，平时看到的很多*.par文件是SERCOS卡的轴驱动备份，当出现原点丢失的时候重点怀疑其usrfep区和CPL变量值存在错误或者CMP60卡本身问题，在遇到问题的时候可以考虑将整个工程文件进行还原，刷新存储区的数据，以排除其问题。

2.2 电磁干扰问题

电磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指设备或系统在电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何其他设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指设备自身对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

由于伺服系统的功率比较大，并且存在强电、弱电同时存在的问题，当遇到偶发性的原点丢失的时候，需要重要排查两者的共同点，如果系统的抗干扰不好，断电或者上电的瞬间产生的脉冲对反馈回路的扰动会很大，因此针对地线端子排进行重点排查。

以实际运行时出现的一次案例进行说明，使用数字示波器对两路编码器反馈线的地线进行测量，A通道为CCA/CCB伺服轴、B通道为XXA伺服轴，如图3所示，可以测量发现A通道的扰动电压为6V，B通道的电压为2V，而编码器信号的电压为5V，因此在开关机床的瞬时产生的干扰电压为更强，很可能会造成参考点的丢失。

可能接头没有接好，或者动力线屏蔽层有破损等可能性。

对电机编码器的反馈线进行仔细检查发现，其屏蔽层的存在接触不良的现象，对其进行采用金属铝箔包裹后再进行验证，如图4所示干扰电压只有0.6V，经长时间验证后机床再也未出现过丢参考点的现象。

3 结语

本文主要针对基于Rexroth MTX控制系统的机床偶发性丢失参考点的实际问题进行分析总结，提出了问题解决的思路，对实际现场的设备维护与管理提供一定的参考指导。同时在对现场的设备布线时要格外注意电磁干扰的环境，基本上遵循对动力线与编码器线之间距离的要求为100mm; 按照要求动力线和编码器线交叉时，要90度交叉布置，以减少电磁干扰;避免线缆悬挂，这样会形成类似天线的接收发射功能;对于模拟量信号的线缆，只能在近端有一个接地点;对于数字量信号的线缆，需要在线缆两端都做接地，目的是为了屏蔽电流补偿产生的干扰作用; 对于无屏蔽层的线缆在安装时，要将两股线扭成双绞线的形式。

参考文献：

[1]潘超.数控机床直线电驱进给系统控制技术及动态特性研究[D].江苏大学，2011.

[2]王列虎.高精度数控伺服驱动检测及接口与位置直接闭环控制研究[D].华南理工大学，2011.

[3]Bosch Rexroth产品手册，Rexroth IndraDrive Supply Units HMV01 Instruction Manual，2009.