謝欽 梁德重

摘 要：數(shù)控機床的加工精度主要受機械傳動的精度和電氣伺服控制系統(tǒng)的影響，而伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電機和伺服驅(qū)動器組成，對設(shè)備的開動率要求很高，本文以Boehringer車車?yán)瓩C床為例介紹可能導(dǎo)致原點丟失的幾種可能性因素，問題的主要表現(xiàn)為當(dāng)機床斷電或者上電的時候會偶發(fā)性的有原點丟失的現(xiàn)象，重點分析造成的原因和診斷方法。

關(guān)鍵詞：MTX 機床參考點 電磁干擾

1 數(shù)控機床伺服系統(tǒng)組成原理

數(shù)控機床的加工精度主要受機械傳動的精度和電氣伺服控制系統(tǒng)的影響，而伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電機和伺服驅(qū)動器組成，作為數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)主要是處理NCU（Number Control Unit）的指令信號，控制傳動部件的速度、方向和位置從而達(dá)到零件的加工過程，如圖1所示。

伺服系統(tǒng)主要有三種方式[1]：開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、全閉環(huán)系統(tǒng)，在閉環(huán)控制中需要有電流、速度、位置等測量裝置，直接或間接的輸出一些物理量信號，因此檢測元件是數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的重要組成部分。數(shù)控機床對檢測元件的主要技術(shù)指標(biāo)為：高可靠性、高抗干擾性、滿足精度和測量速度的要求，符合機床運行的環(huán)境需要求。

數(shù)控機床閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)的工作原理[2]：當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出位移指令時，由伺服驅(qū)動裝置經(jīng)機械傳動裝置驅(qū)動工作臺移動。此時由位置檢測裝置檢測工作臺的實際位移，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后反饋到輸入端與輸入信號比較，得到的差值經(jīng)過放大和D/A轉(zhuǎn)換，控制伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動執(zhí)行部件以給定的速度向著消除偏差的方向運動，如果輸入信號與反饋信號的差值存在，那么工作臺就不斷地跟隨輸入信號運動。只有在差值為零時，工作臺才靜止，即工作臺的實際位移量與指令位移量相等時，驅(qū)動裝置停止運轉(zhuǎn)。由于閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)有位置反饋，可以補償機械傳動裝置中的各種誤差、間隙和干擾的影響，因此可以達(dá)到很高的定位精度，同時還能達(dá)到較高的速度，但閉環(huán)伺服系統(tǒng)對穩(wěn)定性的要求較高。

2 參考點丟失的原因分析

機床伺服軸的參考點即在數(shù)控系統(tǒng)中的位置值丟失，本文以Boehringer車車?yán)瓩C床為例介紹可能導(dǎo)致原點丟失的幾種可能性因素，問題的主要表現(xiàn)為當(dāng)機床斷電或者上電的時候會偶發(fā)性的有原點丟失的現(xiàn)象。該機床的控制系統(tǒng)架構(gòu)為德國Rexroth公司的數(shù)控產(chǎn)品，由基于PC的MTX CMP60卡作為NCU單元，提供11個伺服軸（XXA、XXB、SCE、SCF、AL1、WZF、WZD、CCA、CCB、ZZA、ZZB）組成，NC通訊采用Sercos光纖通信，同時集成有Profibus-DP接口通訊功能，主要完成軸類產(chǎn)品的加工。

2.1 伺服參數(shù)問題[3]

該數(shù)控系統(tǒng)NUC單元在實際運行時的伺服控制是由CPM60卡中的SCS配置來實現(xiàn)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示，SERCOS卡主要對伺服軸實時控制，主要針對實時性控制，伺服參數(shù)是保存在CMP卡中，平時看到的很多*.par文件是SERCOS卡的軸驅(qū)動備份，當(dāng)出現(xiàn)原點丟失的時候重點懷疑其usrfep區(qū)和CPL變量值存在錯誤或者CMP60卡本身問題，在遇到問題的時候可以考慮將整個工程文件進行還原，刷新存儲區(qū)的數(shù)據(jù)，以排除其問題。

2.2 電磁干擾問題

電磁兼容性EMC（Electro Magnetic Compatibility），是指設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境中的任何其他設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指設(shè)備自身對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

由于伺服系統(tǒng)的功率比較大，并且存在強電、弱電同時存在的問題，當(dāng)遇到偶發(fā)性的原點丟失的時候，需要重要排查兩者的共同點，如果系統(tǒng)的抗干擾不好，斷電或者上電的瞬間產(chǎn)生的脈沖對反饋回路的擾動會很大，因此針對地線端子排進行重點排查。

以實際運行時出現(xiàn)的一次案例進行說明，使用數(shù)字示波器對兩路編碼器反饋線的地線進行測量，A通道為CCA/CCB伺服軸、B通道為XXA伺服軸，如圖3所示，可以測量發(fā)現(xiàn)A通道的擾動電壓為6V，B通道的電壓為2V，而編碼器信號的電壓為5V，因此在開關(guān)機床的瞬時產(chǎn)生的干擾電壓為更強，很可能會造成參考點的丟失。

可能接頭沒有接好，或者動力線屏蔽層有破損等可能性。

對電機編碼器的反饋線進行仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，其屏蔽層的存在接觸不良的現(xiàn)象，對其進行采用金屬鋁箔包裹后再進行驗證，如圖4所示干擾電壓只有0.6V，經(jīng)長時間驗證后機床再也未出現(xiàn)過丟參考點的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

本文主要針對基于Rexroth MTX控制系統(tǒng)的機床偶發(fā)性丟失參考點的實際問題進行分析總結(jié)，提出了問題解決的思路，對實際現(xiàn)場的設(shè)備維護與管理提供一定的參考指導(dǎo)。同時在對現(xiàn)場的設(shè)備布線時要格外注意電磁干擾的環(huán)境，基本上遵循對動力線與編碼器線之間距離的要求為100mm; 按照要求動力線和編碼器線交叉時，要90度交叉布置，以減少電磁干擾;避免線纜懸掛，這樣會形成類似天線的接收發(fā)射功能;對于模擬量信號的線纜，只能在近端有一個接地點;對于數(shù)字量信號的線纜，需要在線纜兩端都做接地，目的是為了屏蔽電流補償產(chǎn)生的干擾作用; 對于無屏蔽層的線纜在安裝時，要將兩股線扭成雙絞線的形式。

參考文獻：

[1]潘超.數(shù)控機床直線電驅(qū)進給系統(tǒng)控制技術(shù)及動態(tài)特性研究[D].江蘇大學(xué)，2011.

[2]王列虎.高精度數(shù)控伺服驅(qū)動檢測及接口與位置直接閉環(huán)控制研究[D].華南理工大學(xué)，2011.

[3]Bosch Rexroth產(chǎn)品手冊，Rexroth IndraDrive Supply Units HMV01 Instruction Manual，2009.