闕彥，王凱華

（漢川數控機床股份公司，陜西漢中 723000）

電加工機床光柵尺計數干擾問題的解決方法

闕彥，王凱華

（漢川數控機床股份公司，陜西漢中 723000）

對于電加工機床，除了脈沖電源的性能會影響加工精度以外，控制加工精度的基本手段還有安裝光柵尺，使機床實現全閉環(huán)控制。隨著加工零件精度要求越來越高，非數控（數顯）電加工機床已很難滿足高精度模具加工的需要。目前解決該問題最有效的辦法就是提高機床的定位控制精度，要達到這一目的，基本思路就是：增加全閉環(huán)控制策略，用高精度的光柵數顯尺作為測量反饋器件，增加一級位置環(huán)路，實時地將機床的機械位置反饋給控制系統，而不是伺服驅動系統，再通過控制系統調整目標位置，達到高精度控制。

該方案在普通金切機床上使用會取得明顯的效果，能很好地將機床定位精度提高到0.002 mm/ 100 mm以內。但應用于電加工脈沖電源控制系統機床上，如果不做特殊處理，就會由于放電脈沖的干擾，使控制系統的數據采集產生無規(guī)律的不確定記數誤差，嚴重影響機床的實際定位精度。因此，解決數顯尺在電加工機床應用中的計數抗干擾問題就顯得尤為重要。

電加工機床的機理是：依靠高頻電脈沖的能量瞬間擊穿加工介質，使能量基本均勻的帶電離子與兩個電極發(fā)生顯著的電物理變化，從而將工件蝕除。在此期間，伴隨著微秒級甚至納秒級的高頻脈沖信號干擾，加之機床床體本身作為加工的一個電極，數顯尺又安裝在床體上，因此，數顯尺計數及傳送信號就成了極易受到干擾的環(huán)節(jié)。解決干擾問題的核心就是如何避免高頻干擾脈沖影響到數顯尺的計數檢測電路和傳送接收電路？如何更好地做好接口兼容匹配？為了避免干擾源對計數信號的影響，在數顯尺質量可靠的前提下，應從以下4個方面加以考慮：

（1）接收電路與輸出電路的參數應匹配。電加工機床一般選用的數顯尺為直線光柵尺，刻度單位為柵距20 μm，分辨率為5 μm，電器參數為差動輸出方式，輸出A、B兩路相位差90°的正交脈沖，最大輸出電流為30 mA，工作電源電壓為5 V。因此，在讀取數顯尺信號時，接收電路必須與之匹配。圖1采用了光電隔離、平衡電阻、上下拉電阻及長線差動接收等措施，對數顯尺輸出信號的接收電路進行了參數匹配及隔離。

圖1 數顯尺的接收電路

（2）有可靠的信號處理電路。信號處理需充分考慮各種干擾毛刺的影響。目前較流行、且被普遍認可的經典電路是四倍頻電路。采用8位EE/ FLASH型高性能可嵌入式微處理器SX28AC75，將四倍頻電路進行軟件化處理，同時對電路中的各種干擾現象用MicroSim Schematics軟件進行仿真，仿真結果表明電路在各類信號擾動下的計數處理沒有問題。

（3）有能夠提供足夠功率的供電電源。在原理分析沒有問題的基礎上，設計了電路板聯機試驗，在靜態(tài)情況下數顯計數準確。但在開、關機和加工過程中，出現了俗稱“跑數”的問題，即系統計數因干擾等原因產生了隨機變化。經反復觀察，發(fā)現每次關機時坐標值已變化，開機后看到的坐標位置和關機時就不一致了。分析原因，可能是在關機瞬間電源的不穩(wěn)定造成的。于是將數顯的供電電源功率加大，再進行試機，發(fā)現關機時不再有亂計數現象，加工中也不再出現“跑數”問題。

（4）連接線的選取和屏蔽線的接法。對于數顯尺這種采用長線驅動及接收電路方式進行信號傳送的設備，電纜規(guī)格的選取和連接方式不容忽視。在試驗中發(fā)現，對于差動方式的信號傳送，必須選取雙絞屏蔽電纜線，在電纜長度不超過5 m的情況下，信號線的線徑不應小于0.3 mm2，電源線的線徑不應小于0.6 mm2，且對應信號和電源必須雙絞焊接。如果電纜更長，則要相應增加電纜線的截面積。此外，屏蔽線必須采用雙端接地的方法，以增強對干擾信號的屏蔽效果。

通過上述4個方面的處理，在本公司的電源柜上進行大電流加工試驗、高頻精加工試驗和頻繁的開關機試驗考核，均未出現干擾現象，數顯尺的抗干擾問題得以解決。

TG661

B

1009－279X（2014）05－0060-02

2014-05-24

闕彥，男，1973年生，工程師。