数控系统电磁干扰及控制分析

万里

摘要：随着技术的发展，数控机床已经成为制造业的支柱之一，而数控机床在实际运用中暴露出一定的问题。本文主要对数控系统受到电磁干扰的问题进行研究分析，对电磁干扰的主要来源与具体耦合方式进行分析，再结合数控机床的实际工作经验，对数控系统抗干扰提出一些具体措施，以提高数控机床的稳定性。

关键词：数控机床；电磁感应；电磁干扰

技术的进步改变了工业生产模式，数控机床实现了高效且高质量的机械化生产，是工业自动化发展的重要基石，而数控系统代替人工进行制造加工，出现了新的问题，由于电磁感应对于电信号的影响，造成较为严重的电磁干扰现象，造成数控系统的失误，这是难以避免的，这是由于内部电磁干扰的存在，虽然难以完全消除，但是通过设计进行优化，可以最大程度上削弱与抑制电磁干扰的影响。

一、抑制电磁干扰对数控系统的重要性

电磁干扰对于数控系统而言存在较大的危害，主要表现在对数控系统电信号传输的干扰上，由于驱动设备等的功率较大，在强电流环境下的电磁干扰情况严重，对于数控系统的精密运行造成较大的影响。主要可能出现的误差有两种：第一是对于伺服驱动系统可能造成的误差，由于数控单元的运行受到电磁信号的干扰，对于驱动系统的控制精度会有所降低，因此实际加工的精度要求得不到保障；第二是对测量单元的干扰问题，目前使用的数控机床多是半闭环数控机床，也存在一定的闭环机床在使用，这一类机床为了保障加工精度，需要利用测量系统，对伺服驱动系统的运动情况进行监控反馈，而反馈出现误差会导致加工精度的偏差，这不但会导致加工精度的下降，还会出现零件的报废。

二、对数控系统电磁干扰的原因分析

电磁干扰会造成数控系统工作不稳定，无法完全达到设计的加工要求，这是极为严重的问题，要解决或者抑制电磁干扰的影响，首先就要对电磁干扰的具体成因进行分析说明。通过对电磁干扰的成因分析，对于干扰传递途径与干扰源进行判断，找到干扰源可以寻找有效措施帮助数控系统正常工作。

机床的数控系统构成较为复杂，主要有执行机构、控制系统、信号传输这三个部分。控制系统包含了输入输出装置，信号处理等，而执行机构也包含了伺服驱动系统和换刀系统及其他零件，而电磁干扰的存在主要对于测量单元与数控单元影响较大因此抗干扰工作也要从这些关键处着手。电磁干扰的主要干扰源分为两大部分，第一是机床数控系统内部的的电磁干扰来源，主要是数控系统的内部的各种电力节点，如驱动电源、变频器、接触器以及电磁阀，尤其是变频器和接触器在开闭开关时产生的巨大磁场，是极为强大的干扰信号，而这些内部干扰会通过一些耦合途径对数控机床的运行产生影响。

除了数控机床内部的干扰源，一些外部的电磁干扰源也会对机床运行造成较大的影响，其主要干扰源有变压器以及大型直流电机如电焊设备等，这些设备在运行时的电流较大，因此在电源开闭时会产生强磁场。对于这一部分的外部电磁干扰会通过电磁波以外接线路传输到数控系统内部，而在机床附近的其他电源开关设备也会带来较大的电磁干扰，特别是开关较为频繁的设备，会产生较大的冲击电流，而这对周围的其他数字化电器设备的使用带来一定的影响。数控系统的电磁干扰从内外两个部分进行分析，其主要成因还是由于电流的剧烈变化导致的电磁脉冲，因此在进行数控系统电磁抗干扰分析时要格外注意这一点。

三、电磁耦合方式

在了解电磁干扰的主要成因后，对于内部干扰源的产生作用原理做更进一步的研究分析，也就是电磁耦合方式的分析说明。

3.1 传导耦合

在数控系统的内部干扰源与数控单元的主要作用途径就是传导耦合，电磁干扰会通过各种相关线路，如电源线、信号线、互联线、接地线等等。传导耦合的干扰性并不强，这里笔者不做更进一步的说明。

3.2 共阻抗耦合

当两个不同电路电流合流之时，由于不同电流流经公共阻抗会出现不可避免的互阻抗与电流变化，因此会出现共阻抗耦合，其原理如图一，原本电路1与2 的电流i1与i2会在

公共阻抗Z，对于电路1而言其接地电压与电流2所调制，会出现噪声对于数控系统的信号控制而言是极大的问题，而图二的独立电路进行串联处理。由于电路串联，各部分阻抗电压分别为U1=Z1（i1+i2+i3）U2=Z1（i1+i2+i3）+Z2（i2+i3），U3=Z1（i1+i2+i3）+Z2（i2+i3）+Z3*i3，其中i1，i2，i3分别为电路1、2、3的接地电流值，而U1、U2、U3这是三个电路对应的接地点最终电压值。由于接地点的电流值与电压值关系密切，因此如果一个电路的电流值改变会造成整体电压环境的改变，对于数控系统的影响较大。

3.3 感应耦合

这一耦合方式主要是在关键的电力节点中出现，例如变压器、变频器等，在这些元器件之间出现的感应耦合主要分为两种，感应耦合和磁感应耦合，其主要干扰是作用于测量单元，通过电压变化产生的互感电流，将电磁干扰传递到其他单元。

3.4 辐射耦合

这一类耦合方式主要是由于工作车间内的空间电磁波辐射而导致的数字系统信号噪声，主要通过电缆耦合、机壳耦合等将外界的高频电磁信号传递到内部数控电路中去，在实际工作中对于机床数控系统的危害较大。

四、抗干扰措施分析

在进行电磁干扰的成因与具体耦合方式的分析之后，结合笔者的实际检测检验，提出笔者个人的意见想法与建议，希望对于数控加工的发展带来一定的帮助。

第一，优化最初设计方案，通过对数控系统的内部链接线路进行合理科学的规划，避免线路之间出现干扰，并且对于较为危险的电磁干扰环节，增加良好的防干扰措施，如滤波装置，辐射隔绝层等等，对于高频开关与大功率设备等实施完善的电磁干扰隔绝措施。

第二，对于电网电压出现较大波动的地方，采用可靠的稳压供电方式，将强干扰设备进行单独布置，避免由于共用母线或变压器导致相互干扰。

第三，对于线路检查的常规检查的要求进一步提高，防止数控系统中出現一些地线出现线路浮地问题与大地构成控制信号回路。

五、结论

数控机床作为一项高精密生产设备在数字化与自动化生产的过程中，需要更进一步保证其运行的精确性，因此需要对电磁感应兼容性问题投入足够的重视，降低机床运行中的电磁干扰的不良影响，促进自动化生产的不断发展。

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