数控机床的抗干扰措施

为了提高数控机床加工的稳定性，使机床在加工过程中不受到外界信号的干扰。采用一些必要的抗干扰措施，使机床能够正常稳定的工作。
　　随着数控机床制造业的快速发展，数控机床已经在大中型加工厂中占有主导地位，加工过程中机床加工的稳定性及数控机床在设计制造过程中的抗干扰措施，成为数控机床加工业共同关注的问题。
　　数控机床在使用过程中有时会遇到各种类型的报警，有的报警经检查并不符合CNC系统生产厂家出版的维修说明书中解释的原因，实际上是乱报警；报警号不固定或出现多个报警号；或是有的时候有报警，有的时候无报警，但机床运行行为奇怪、乱动，因此说不清引起报警的原因；还有时候机床低速移动、回零或是用手摇盘移动几个微米时机床定位不准，等等。
　　经过了与系统生产厂家的探讨及多年的处理结果发现：90%以上的这类问题是机床制造时对电气柜的处理不当造成的。具体地讲是电柜设计不良，制造时接地、布线不合理使系统接受外界干扰造成的。
　　 1.数控机床的噪音及干扰
　　在电网上对电子设备造成干扰的噪音有以下几种：
　　1.1传导噪音（Conductive noise）
　　例如：由伺服放大器产生的噪音，经由电缆传导可对连在同一电源上的电子设备造成干扰。
　　1.2辐射（无线电）噪音（Radiation noise）
　　例如：由伺服放大器产生的噪音，经由电网的辐射可对周围的电子设备造成干扰。电网的电线就像发射天线一样向四周发射噪音信号。
　　1.3诱导（感应）噪音（Induced noise）
　　当设备的电缆靠的太近时经感应或电容的偶合造成的干扰。
　　 2.机床的抗干扰措施
　　上述这些噪音，如果在机床设计时对电气柜的接线与布线处理不当就会因干扰使系统运行不可靠。根据经验和实践，下面介绍一些抗干扰的基本措施。
　　（1）控制系统包括伺服放大器和主轴驱动单元应装在密封的金属电柜内。
　　（2）注意走线与布线：信号线与功率线分开走线，电缆走线要靠近电柜的金属壁。
　　（3）信号线要屏蔽。指令信号和反馈信号线（如编码器信号）必须屏蔽，屏蔽线要接地。
　　（4）控制器、放大器和导体器件（及材料）都要接地。
　　（5）电网进线要加滤波器，加浪涌吸收器。
　　（6）接触器、继电器或其它电器的电磁线圈的驱动器要加火化吸收器。
　　2.1 CNC 控制器的电源
　　为了兼容，现在的FANUCCNC控制器的电源一率为直流24V，一般用市场上购来的24V稳压电源。选择该电源时要注意：
　　2.1.1容量
　　容量要足够。要考虑到MDI键盘用的容量和LCD或CRT的容量。电源容量应为控制器中各印刷版耗容+MDI键盘耗容+LCD或CRT的耗容之和，且留有一定的余量（约+20%）。如果容量不够，系统可能不工作，或工作出错。
　　2.1.2从空载到满载的变化率
　　带负载时，电源电压要下降，要求变化率不能大于2%。
　　2.1.3输出电压变形
　　输出电压不能有断续。CNC控制器中的元器件是高速运行的，电压的瞬间波动会造成其工作出错。要求输入电压的瞬间断续不要超过允许值。
　　使用电源时要注意：
　　（1）不要将I/O点接于该电源，机床强电控制部分的I/O点须用另外的电源。
　　（2）使用时要注意其通电和断电的顺序，特别是机床有重力轴的控制器，一定要保证重力轴的驱动电动机充分地能耗制动、并用机械卡紧后才能断开伺服的电源。
　　2.2机床的功率进线电路
　　变压器：当使用200V型式的伺服电动机和主轴电动机时，电源的进线需要使用变压器。由于变压器的隔离，在一定程度上提高了抗干扰能力。在我们国内根据电网的情况，需要选择正确的接线型式。
　　电网滤波器，即噪音滤波器，使用滤波器可以滤除：
　　（1）来自电缆的辐射噪音。
　　（2）由于杂散（寄生）电容引起的传导噪音。
　　不同容量的放大器（PSM）使用不同的滤波器。
　　浪涌吸收器：为了避免由于闪电或附近其它用电设备引起的浪涌电流造成干扰，应在进线处接浪涌吸收器。浪涌吸收器有两路：电网的各线之间和各线对地之间。浪涌吸收器的接线要尽量短，导线的截面积要足够，约为2mm2。
　　AC电抗器：在主接触器（MCC）后面应接交流电抗器。
　　断路器：使用的断路器应具有漏电保护功能。
　　当使用400V的伺服电动机和主轴电动机时，可以不用变压器。但使用变压器会提高运行的可靠性。不用变压器时，一定要在电路中加电网滤波器。
　　2.3机床的接地
　　CNC 机床的接地系统可分为：信号地，机壳地和系统地。
　　2.3.1信号地（SG）
　　这是提供给控制信号的基准电平（0V）。
　　2.3.2机壳地（FG）
　　是为了运行可靠、抵抗干扰而提供的将内部和外部噪音隔离的屏蔽层。各单元的机壳，外罩，安装板和接口电缆的屏蔽均应接在一起。
　　2.3.3系统地（SG）
　　是保护地。将各装置的机壳地与大地相连，以保护人员和设备当有漏电或短路时免遭电击，还可使干扰噪音流入大地。
　　接地时要注意：
　　（1）一个单元上的信号地（0V）与机壳地（FG）只在一点连接。
　　（2）信号系统的机壳地与功率部分的机壳地应该分开，以避免功率部分的噪音对信号的干扰。
　　（3）电源模块的CAX1的接地点要接到机壳地。
　　（4）接地线要足够粗，至少要与供电电源线一样粗。
　　（5）接地电阻（系统地）要小于100Ω。
　　2.4机床电气柜内的走线、接线及屏蔽
　　电缆可分为强电（功率）信号线和弱电信号线。强电信号线包括：放大器的输入线，（信息来源：http://www.dqjsw.com.cn）电动机的功率线，机床电柜中的接触器线圈、继电器线圈或其它功率信号线。这些信号为24V 或以上，直流或交流。弱电信号包括：NC与放大器之间的控制信号线和响应信号线，反馈线，各种传感器的信号线等，这些信号为5V或以下。
　　走线时若两种线靠的太近，如上所述，强电信号就会对弱电信号造成干扰，因此要求：
　　（1）必须分开走线：要求分开绑扎，隔开一定距离。
　　（2）弱电信号线必须屏蔽，屏蔽层必须接地。电柜中应有接地板，各单元的屏蔽线经接地板接地，强电（功率）的接地板应与弱电的接地板分开，并离开一定距离。不要与其它系统（例如plc 控制器，物料设备，外部检测设备等）共用一块接地板。
　　2.5机床电气柜的设计
　　（1）电柜必须使用金属材料，电柜必须密封。因为密封的金属电柜可以隔离电磁辐射，防护柜内的装置免受干扰。当然也可以隔离其内部的设备工作时产生的电磁波，避免对外界设备造成干扰。接地的电柜还可使漏电流导入大地，静电场接地，从而保证柜体为零电位，保护了人身和设备的安全，免遭电击。
　　（2）接缝要焊接，没有缝隙。
　　（3）切口或开孔越小越好。盖和门要贴紧柜体，用传导性的密封垫。
　　（4）与外界导体连接时要表面刮净涂漆。
　　 3.总结
　　数控机床的稳定性在未来的机械制造领域中起着很重要的作用，抗干扰措施的实施对提高机床的稳定性有着实质性的作用，对机械加工制造行业有着深远的影响。