第三章数控机床的位置检测解析
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第3章数控机床的位置检测讲解
旋转变压器——抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、 动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便， 应用广泛。
脉冲编码盘——工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低， 是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元 器件，但抗污染能力差，易损坏。
激光干涉仪——精度很高，但抗震性、抗干扰能力差， 价格较贵，应用较少。
原理 1）指示光栅与标尺光栅刻度等宽。 2）平行装配，且无摩擦 3）两尺条纹之间有一定夹角 4）当指示光栅与标尺光栅相对运动时，会产生与光栅线 垂直的横向的条纹，该条纹为莫尔条纹，当移动一个栅 距时，摩尔条纹也移动一个纹距
标尺光栅
θ
莫尔条纹
应用较多的干涉条纹式光栅，是利用光的 衍射现象产生莫尔干涉条纹。当两片光栅 互相平行，其刻线相互成一小角度θ时， 两光栅有相对运动就会生明暗相间的干涉 条纹，将光源来的光经透镜变成平行光， 垂直照射在光栅上，经狭缝s和透镜由光 电元件接受，即可得到与位移成比例的电 信号。
第三章 数控机床的位置检测
第三章 数控机床的位置检测
本章主要介绍数控机床的位置检测装置
提 作用及分类，讲解光栅尺和脉冲编码器
的结构、工作原理及其应用。
要 学时：2学时
第三章 数控机床的位置检测
目
了解数控机床的位置检测装置作用及类型。
掌握光栅和脉冲编码器的结构特点、工作原理
标
及应用。
第三章 数控机床的位置检测
建
学生学习本章节，可结合数控中心的 数控机床来了解光栅和脉冲编码器和
等位置检测装置的结构特点、工作原
议
理。
第一节 概 述
一、位置检测装置的要求
位置检测装置是NC机床重要组成部分，在闭环系 统中其主要作用是检测位移量，并发出反馈信号与数 控装置的指令信号比较，如有偏差，经放大后控制执 行部件，使其朝消除偏差方向运动，直至偏差为零。
数控车床编程
CNC
例：
如图所示，走刀路线为A-B-C-D-E-F，试分别用绝对坐 标方式和增量坐标方式编程。
绝对坐标编程 G03 X34. Z-4. K-4.（或R4）F50 G01 Z-20. G02 Z-40. R20. G01 Z-58. G02 X50. Z-66. I8.（或R8）
增量坐标编程 G03 U8. W-4. k-4.（或Ｒ4.）Ｆ50 G01 W-16. G02 W-20. R20. G01 W-18. G02 U16. W-8. I8.（或R8.）
A-B B-C C-D D-E E-F
A-B Ｂ-Ｃ Ｃ-Ｄ Ｄ-Ｅ Ｅ-Ｆ
9
第三章 数控机床编程实例
CNC
3、圆弧插补指令（G02、 G03 ）模态代码
指令格式
G02 X（U）_ Z（W）_
G03
I_ K_ F_ R_ F_
指令功能 G02、G03指令表示刀具以Ｆ进给速度
从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补
28
第三章 数控机床编程实例
C例N C1
图3-7
程序：G00 X32.0 Z5.0
X29.0
G32 Z–37.0 F1.0 （第一刀）
G00 X32.0
Z5.0
X28.7
G32 Z–37.0 F1.0 （第二刀）
G00 X32.0
第三章 数控机床编程实例
Z100.0
29
CNC
螺纹长度=螺纹有效长度L+ δ1 + δ2
坐标方式和增量坐标方式 编写G00，G01程序段。
绝对坐标编程： G00 X18. Z2. G01 X18. Z-15. F50 G01 X30. Z-26. G01 X30. Z-36. G01 X42. Z-36.
第三章国产数控系统
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13
ห้องสมุดไป่ตู้
内置PLC，实现机床的各种逻辑功能控制；梯形图可 在线编辑、上传、下载；I/O口可扩展；标准梯形图可 适配斗笠式刀库和机械手刀库；手动干预返回功能使 自动和手动方式灵活切换；手轮中断和单步中断功能 可完成自动运行过程中的坐标系平移；程序再启动功 能使公休或断刀后的断点处启动成为可能；背景编辑 功能允许在自动运行时编辑程序；刚性攻丝和主轴跟 随方式攻丝可由参数设定；三级自动换挡功能，可由 设定主轴转速随时切换变频输出电压；具有旋转、缩 放、极坐标和多种固定循环功能。
（6）光电隔离I/O板主要处理控制面板上以及机床 测量的开关量信号。
（7）多功能板主要处理主轴单元的模拟或数字控制 信号，并回收来自主轴编码器、手摇脉冲发生器 的脉冲信号。
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9
2.航天数控
十多年来，航天数控充分发挥航天工业的高技术优势， 相继开发了高、中、低档次的多个系列的产品，功能 覆盖了车床、铣床、加工中心、磨床、火焰切割机等 控制系统，广泛应用于军工、船舶、汽车、航空、航 天、造纸、建筑等各领域。其主要数控系统产品 CASNUC2100系列数控系统，如图3-3所示：
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19
4．主轴驱动系统
现代数控机床对主轴驱动系统提出了更高的要求，其中 有很高的主轴转速和很宽的无级调速范围等，为满足上 述要求，现在绝大多数数控机床均采用鼠笼式感应交流 异步电动机配矢量变换变频调速的主轴驱动系统，驱动 器如图3-8所示。HSV-18S全数字交流主轴驱动单元是武 汉华中数控股份有限公司继HSV-20S系列交流主轴驱动 单元后推出的新一代高压交流主轴驱动产品。该驱动单 元采用AC380V电源输入。HSV-18S全数字交流主轴驱动 单元采用专用运动控制数字信号处理器（DSP）、大规 模现场可编程逻辑阵列（FPGA）和智能化功率模块（ IPM）等当今最新技术设计，具有025A、050A多种规格 ，具有很宽的功率选择范围。可以根据要求选配不同规 格驱动单元和交流伺服主轴电机。
数控机床位置检测装置课件
复合式位置检测装置
结合接触式和非接触式的特点，如激光扫描仪等。特点是 测量范围大、精度高、稳定性好。
数控机床位置检测装置的发展趋势和前景
01
高精度、高稳定性
随着制造业的发展，对数控机床的加工精度要求越来越高，因此位置检
测装置的高精度、高稳定性是未来的发展趋势。
02
智能化、自动化
随着工业4.0的发展，智能化、自动化是未来的发展方向，因此位置检
测装置的智能化、自动化也是未来的发展趋势。
03
多功能、复合化
为了满足复杂加工需求，位置检测装置的多功能、复合化也是未来的发
展趋势。如将长度、角度、表面粗糙度等多参数测量集成于一体，实现
复合化的测量技术。
02
数控机床位置检测装置的工作原理
感应同步器的工作原理及结构
总结词
感应同步器是利用电磁感应原理实现位移测量的装置。
编码器具有体积小、精度高、响 应速度快等优点。
定期检查编码器的电源和信号输 出是否正常，以及与主轴的连接
是否牢固。
若出现故障，应进行检修或更换 编码器。
磁栅尺的维护与检修
01
02
03
04
磁栅尺具有安装方便、价格较 低等优点。
保持磁栅尺的清洁，避免铁屑 、粉尘等杂质的干扰。
定期检查磁栅尺的磁条是否损 坏或脱落，以及信号输出是否
应用案例二：某型数控铣床的位置检测与控制
总结词
该型数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置，具有高精度、高分辨率、高可靠 性等特点。
详细描述
该数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置，具有高精度、高分辨率、高可靠性 等特点。磁栅尺通过磁场感应原理，能够实时监测机床的移动量和位置，为数控 系统提供准确的反馈信息，从而实现了高精度的加工和控制。
结合接触式和非接触式的特点，如激光扫描仪等。特点是 测量范围大、精度高、稳定性好。
数控机床位置检测装置的发展趋势和前景
01
高精度、高稳定性
随着制造业的发展，对数控机床的加工精度要求越来越高，因此位置检
测装置的高精度、高稳定性是未来的发展趋势。
02
智能化、自动化
随着工业4.0的发展，智能化、自动化是未来的发展方向，因此位置检
测装置的智能化、自动化也是未来的发展趋势。
03
多功能、复合化
为了满足复杂加工需求，位置检测装置的多功能、复合化也是未来的发
展趋势。如将长度、角度、表面粗糙度等多参数测量集成于一体，实现
复合化的测量技术。
02
数控机床位置检测装置的工作原理
感应同步器的工作原理及结构
总结词
感应同步器是利用电磁感应原理实现位移测量的装置。
编码器具有体积小、精度高、响 应速度快等优点。
定期检查编码器的电源和信号输 出是否正常，以及与主轴的连接
是否牢固。
若出现故障，应进行检修或更换 编码器。
磁栅尺的维护与检修
01
02
03
04
磁栅尺具有安装方便、价格较 低等优点。
保持磁栅尺的清洁，避免铁屑 、粉尘等杂质的干扰。
定期检查磁栅尺的磁条是否损 坏或脱落，以及信号输出是否
应用案例二：某型数控铣床的位置检测与控制
总结词
该型数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置，具有高精度、高分辨率、高可靠 性等特点。
详细描述
该数控铣床采用了磁栅尺作为位置检测装置，具有高精度、高分辨率、高可靠性 等特点。磁栅尺通过磁场感应原理，能够实时监测机床的移动量和位置，为数控 系统提供准确的反馈信息，从而实现了高精度的加工和控制。
第三部分-数控机床的伺服系统(位置检测)
四、鉴幅方式
第 二 节
Us=Umsinα电sinωt Uc=Umcosα电sinωt
数 控
E2 = KUm cosα机- KUcsinα机 = KUm sinωVS t (sinα电cosα机- cos电sinα机)
机
床
Us
的
= KUm sin (α电-α机) sinωt 感应电势（E2）是以ω为角频率
通过感应电动电势力Δ工e的程幅技术值（，ch就in可a-测出的Δx大小。
dianli）
四、感应同步器位移测量系统 第 二 节
数
V
控
S
机
床
的
位
置
检
测
电力工程技术（chinadianli）
3.2.4 光栅
第
光栅是一种最常见的测量装置。它的制作工艺是在
二 一块长形玻璃上用真空镀膜的方法镀上一层不透光的金
节 属膜，再涂上一层均匀的感光材料，然后用照相腐蚀法
数 控 机
制成等节距的透光和不透光相间的线纹，这些线纹与运 动方向垂直，线纹间的距离为栅距，而单位长度上的线 纹数目叫线纹密度。
床
光栅种类繁多，一般来讲，可分为物理光栅和计
的 量光栅。物理光栅主要是利用光的衍射现象，用于光谱
位 分析和光波波长测定。而计量光栅较物理光栅刻线稍粗
dianli）
第
3. 信息变换作用
二 节
莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例。当 两个光栅相对移动一个栅距W时，莫尔条纹相应地移
数
动一个莫尔条纹宽度B。若光栅往相反方向移动，莫
控
尔条纹也往相反方向移动。因莫尔条纹移动方向与光
机
栅移动方向垂直，可用检测垂直方向宽大的莫尔条纹
第三章 数控车床机械结构与装调第四节 数控车床刀塔
二、液压刀塔介绍
与电动刀塔相比，液压刀塔能实现快 速、低噪声、正反转双向最短路径转动寻 找换刀刀位，松开和锁紧迅速，工作可靠 性好。但需要相应的液压系统提供压力油 和控制装置，所以一般在全功能数控车床 上配置液压刀塔。
二、液压刀塔介绍
数车排式刀塔
排式刀塔的各刀夹固定在横 向滑板上， 刀位切换运动直 接采用X轴快移运动，结构简 单，制造成本低，刀具系统 刚性好。 刀具容量小、整体占用空间 大，适合以纵向进给为主的 小型数控车上应用。
1—活动鼠牙盘 2—导向销 3—上刀架本体 4—下刀架
• 免抬式四刀位电动刀塔
结构特点
1.上刀架与鼠牙盘为独 立的两个零件，用8个 圆周分布的圆柱导向销 2活动连接。 2.活动鼠牙盘1单独作 升降运动，上刀架在导 向销的作用下作单方向 转动，上下刀架始结合 面始终保持接触。
性能特点
在换刀转位过程中，上下刀架始终闭合，有效防止切削液和切屑等杂物 进入刀塔内部，刀塔传动可靠性和精度保持性提高。
拆去棘爪
拆去定 位盘
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
③拆卸上刀架等
1
2
拆下 蜗杆
取出定 位盘
拆去上盖 和螺母
34
拆去定 位盘
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
④拆卸立轴与轴承
1
2
拆下立轴
用拉马拆除轴承
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
⑤装配与调整
一、装配
装配过程与拆卸过程 除了轴承装配采用压 力机以外基本上是逆 向的。
传动原理
2.卧式八刀位电动刀塔
• 联接方式…… • 动作过程： a 从锁紧到抬起
B 从转位到反转夹紧
二、液压刀塔介绍
卧式12刀位液压刀塔
数控机床位置精度检验
数控机床位置精度检验控机床位置精度，是表明所测量的机床各运动部件在数控机床的控制下所能达到的精度。
根据实测的位置精度，可以判断出这台机床在以后的自动加工中能达到的最好的加工精度。
根据GB/T17421.2-2000《数控检验通则第2部分:数控轴线定位精度和重复定位精度的确定》国家标准的说明，全部包括以下项目:1、线行程在数字控制下运动部件沿轴线移动的最大直线行程或绕轴线回转的最大行程。
2、测量行程用于采集数据的部分轴线行程。
选择测量行程时应保证可以双向趋近第一个和最后个目标位置。
见下图标准检验循环图标准检验循环3、目标位置(i = 1至m) 运动部件编程要达到的位置。
下标表i表示沿轴线或绕轴线选择的目标位置中的特定位置。
4、实际位置(i = 1至m;j = 1至n) 运动部件第j次向第i个目标位置趋近时实际测得的到达位置。
5、位置偏差运动部件到达的实际位置减去目标位置之差。
6、单向以相同的方向沿轴线或绕轴线趋近某目标位置的一系列测量。
符号?表示从正方向趋近所得的参数;符号?表示从负方向趋近所得的参数如或。
7、双向从两个方向沿轴线或绕轴线趋近某目标位置的一系列测量所测得的参数。
8、扩展不确定度定量地确定一个测量结果的区问，该区间期望包含大部分的数值分布。
9、覆盖因子为获得扩展不确定度而用作标准不确定度倍率的一个数值因子10、某一位置的单向平均位置偏差或由n次单向趋近某一位置所得的位置偏差或的算术平均值。
和、某一位置的双向平均位置偏差尤从两个方向趋近某位置尸所得11的单向平均位置偏差和的算术平均值12、某位置的反向差值从两个方向趋近某位置时两单向平均位置偏差之差。
13、轴线反向差值B沿轴线或绕轴线的各目标位置的反向差值的绝对值1召，.中的最人值14、轴线平均反向差值沿轴线或绕轴线的各个目标位置反向差值的算术平均值。
15、在某一位置的单向定位标准不确定度的估算值或通过对某一位置的n次单向趋近所获得的位置偏差标准不确定度的估算值。
数控机床位置精度检测
偏差值（微米）[2]
8
偏差值（微米）[3]
1
偏差值（微米）[4]
1
偏差值（微米）[5]
偏差值（微米）[6]
偏差值（微米）[7]
偏差值（微米）[8]
偏差值（微米）[9]
偏差值（微米）[10]
补偿后，按无补偿的测试步骤和测试程序，再次进行位置精度 的测量并进行数据处理，见表2-18。
表2-18 补偿后的数控车床Z轴位置精度检测数据和计算数据
任务3 数控机床位置精度检测
【知识准备】 一、数控车床位置精度检测 二、数控铣床位置精度检测
【任务实施】 【实训任务书】 【知识拓展】
一、数控机床的工作精度检测 二、球杆仪 【思考与练习】
任务3 数控机床位置精度检测
位置精度就是指机床刀具趋近目标位置的能力， 是通过对测量值进行数据统计分析处理后得出来 的结果。一般由定位精度、重复定位精度及反向 间隙三部分组成。
X i -2Si/μm
X i +2Si/μm
单向重复定位偏差Ri数 4Si/μm
据 处
反向差值Bi/μm
理 双向重复定位精度
结 Ri/μm
果 双向平均位置偏
差 X i /μm
标准
方向
定位精度A/mm
重复定位精度R/mm
平均反向差值 B
/mm
0 -2 1.6 4 0 2 -1.2 -0.2 -0.4
-5
机床型号 CAK3665sj 机床编号 A30900240
环境温度
25℃
湿度
30%
测试轴 测试者
Z轴
补偿 状态
单向补偿
1组
测试 日期
2009.6.24
序号
数控机床数控机床的位置检测系统
软件板图如图6-5
第8页/共27页
中断开始 读2.45
查表得状态序号
Y 等于上一状态号码吗
N 减上一状态序号 等于01
或FF 保留本次序号 可逆计数器加
由序号查表 中断返回
图6-5 判向可逆计数软件框图
第9页/共27页
软件板图中，查表得状态序号就是根据u1′～u16′次序号的不同定义了OO～OFH十六个 状态值。事实上u1′～u16′的变化都是按次序改变的。正转时从： u1′～u16′方向依次 变化。反转时，按 u16′～u1′方向依次变化。正转时，增量总是为01H，反转时，增量总 是为0FFH。只要把此增量与可逆计数器的当前值相加并进行多位操作，便可完成可逆计 数器的操作。
旋转式感应同步器由转子1和定子2组成。用于直线式感应同步器相同的方法制成转子 绕组和定子绕组。所不同的是绕组排列成辐射状，如图6-7所示。转子绕组是单向均匀连 续的。定子绕组亦分为A和B，相对于定子绕组错开1/4节距。
第10页/共27页
第11页/共27页
使用时，对于直线式感应同步器，定尺固定在不动的部件上，滑尺固定在移动的部件上。 对于旋转式感应同步器定子固定在不动的部件上，转子固定在移动的部件上。定尺与滑尺 的两个绕组表面平行其间隙为0.05—0.25mm，定子与半径的平面绕组也平行。其间隙为 0.05—0.25mm。
(6.3.2)
当对两个绕组同时供给励磁电压，滑尺移动时，定磁绕组的总感应电势为上述两个感应
电势的代数和，即
l lA lB KuA cos KuB sin
（6.3.3）
实际使用时，绕组A和B上分别加频率与幅值均相同的正弦变化与余弦变化的励磁电压
uA um sint （6.3.4）
第三章 数控编程基础知识—数控编程工艺及指令代码
坐标偏置设置即可。 特点：法操作简单，但精度较低，会在工件表面留下刀痕。 解决办法：可让刀具离开工件一个距离，用塞尺进行检测， 偏置值应包含塞尺厚度。也可以用标准量棒和块规对刀。
30 2020年5月21日
第三节 数控加工工艺过程
（3）采用寻边器（仪）对刀 光电式：
数控铣 床对刀
机械式：上下两部分、中间由弹簧连成整体，上部分夹持在机 床主轴上，当主轴回转时，由于离心力的作用，上下部分将会 出现偏心，当下部分逐渐靠近工件时，其偏心将会逐渐减小。
对刀点可设在被加工的零件上，也可以设在夹具上，但 均须与零件编程原点有坐标尺寸联系；
对刀点既可与编程原点重合，也可以不重合； 对刀时应使对刀点与刀位点重合。
27 2020年5月21日
第三节 数控加工工艺过程
加工中心: 1) 对刀点最好与工件坐标系重合，最少在X、Y方向上重
合，有利于保证对刀精度，减少对刀误差，适合单件试切法 加工；
2) 对刀点也可以和定位基准重合，直接利用定位元件 进行对刀，可以避免批量加工时工件尺寸误差影响对刀精度 ，适合调整法加工成批工件。 刀位点：是指刀具的定位基准点。铣刀，球头刀，车刀，钻头。
2）换刀点：为加工中心、数控车床等多刀机床编程而设 置的。常设置在被加工零件的外面。
28 2020年5月21日
第三节 数控加工工艺过程
3）常用对刀方法 （1）用百分表（或千分表）对刀
①用磁性表座将百分表（千分表）吸 在机床主轴端面上，并低速转动主轴；
②用手动操作，使旋转的表头分别靠 近X、Y方向的孔壁上，并使表针产生一 个预压量；
③在X、Y方向上微量移动工作台，使表头旋转一周时，指针 摆动量控制在允许的误差范围内，可认为主轴回转轴线与工件 孔中心线重合。记下此时机床的X、Y值，用坐标设定指令就可 以设定工件坐标系。
30 2020年5月21日
第三节 数控加工工艺过程
（3）采用寻边器（仪）对刀 光电式：
数控铣 床对刀
机械式：上下两部分、中间由弹簧连成整体，上部分夹持在机 床主轴上，当主轴回转时，由于离心力的作用，上下部分将会 出现偏心，当下部分逐渐靠近工件时，其偏心将会逐渐减小。
对刀点可设在被加工的零件上，也可以设在夹具上，但 均须与零件编程原点有坐标尺寸联系；
对刀点既可与编程原点重合，也可以不重合； 对刀时应使对刀点与刀位点重合。
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第三节 数控加工工艺过程
加工中心: 1) 对刀点最好与工件坐标系重合，最少在X、Y方向上重
合，有利于保证对刀精度，减少对刀误差，适合单件试切法 加工；
2) 对刀点也可以和定位基准重合，直接利用定位元件 进行对刀，可以避免批量加工时工件尺寸误差影响对刀精度 ，适合调整法加工成批工件。 刀位点：是指刀具的定位基准点。铣刀，球头刀，车刀，钻头。
2）换刀点：为加工中心、数控车床等多刀机床编程而设 置的。常设置在被加工零件的外面。
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第三节 数控加工工艺过程
3）常用对刀方法 （1）用百分表（或千分表）对刀
①用磁性表座将百分表（千分表）吸 在机床主轴端面上，并低速转动主轴；
②用手动操作，使旋转的表头分别靠 近X、Y方向的孔壁上，并使表针产生一 个预压量；
③在X、Y方向上微量移动工作台，使表头旋转一周时，指针 摆动量控制在允许的误差范围内，可认为主轴回转轴线与工件 孔中心线重合。记下此时机床的X、Y值，用坐标设定指令就可 以设定工件坐标系。
机床数控技术第三章
第二节 CNC系统的硬件结构
三、开放式数控系统结构 1．美国的NGC和OMAC计划及其结构 2．欧共体的OSACA计划及其结构 3．日本的OSEC计划及其结构
第三节 CNC系统的软件结构
一、 CNC系统的软件结构 CNC系统的软件是为完成CNC系统的各项功能而专门设计和编制的，是数控加工系 统的一种专用软件，又称为系统软件（系统程序）。 在CNC系统中，软件和硬件在逻辑上是等价的，即由硬件完成的工作原则上也可 以由软件来完成。但是它们各有特点：硬件处理速度快，造价相对较高，适应性 差；软件设计灵活、适应性强，但是处理速度慢。因此，CNC系统中软、硬件的 分配比例是由性能价格比决定的。
图3-2 CNC系统的系统平台
第一节 概述
一、CNC系统的工作过程
1．输入 2．译码处理 3．数据处理(刀具长度补偿、半 径补偿、反向间隙补偿、丝杠 螺距补偿、过象限及进给方向 的判断、进给速度换算、加减 速控制及机床辅助功能处理等) 4．插补运算与位置控制 5．输入/输出（I/O）处理 6．显示 7．诊断
零件 程序
第一种: 硬件 第二种：硬件 第三种：硬件
输入
软件
插补 准备
插补
硬件
位置 控制
速度 控制 位置 检测
硬件
执行 电机
机床
软件 软件
硬件
CNC中三种典型的软硬件功能界面
第三节 CNC系统的软件结构
二、 CNC软件结构特点
1．CNC系统的多任务性
CNC系统的任务
管理
控制
输 入
I/O 处 理
显 示
第二节 CNC系统的硬件结构
二、大板式结构和功能模块式结构
从组成CNC系统的电路板的结构特点来看，有两种常见的结构，即大板式结构 和模块化结构
数控机床的位置检测装置培训课件.pptx
第三章 数控机床的位置检测装置
第一节 数控机床中位置检测装置所起的作用与要求 第二节 数控机床位置检测装置的分类 第三节 位置检测装置的主要性能指标 第四节 常用位置检测装置的结构和工作原理
第三章 数求
位置检测装置是数控系统的重要组成部分，在第二章中我们知道：在闭 环或半闭环控制的数控机床中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实 际位移量随时检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而控制驱 动元件正确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨迹和坐标移动。
3.4.1 旋转变压器
第三章 数控机床的位置检测装置
3.4 常用位置检测装置的结构和工作原理
3.4.1 旋转变压器
旋转变压器又称同步分解器，是利用变压器原理实现角位移测量的检测 装置。它属于模拟式测量装置，具有输出信号幅值大、抗干扰能力强、结构 简单、动作灵敏、性能可靠等特点，同时，对环境条件要求不高，广泛用于 半闭环进给伺服驱动系统中。 但其信号处理比较复杂。
第三章 数控机床的位置检测装置
3.1 位置检测装置的作用与要求
1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环境存在油污、潮湿、 灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受 环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。
2）满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精度和效率，检测装 置必须具有足够的精度和检测速度，位置检测装置分辨率应高于数控机床的 分辨率一个数量级。
3）按位置检测元件的安装位置分类
直接测量:
直接测量是将位置检测装置安装在执行部件（即末端件）上， 直接测量执行部件末端件的直线位移或角位移。
间接测量:
间接测量是将位置检测装置安装在执行部件前面的传动元件 或驱动电机轴上，测量其角位移，经过转换以后才能得到执
第一节 数控机床中位置检测装置所起的作用与要求 第二节 数控机床位置检测装置的分类 第三节 位置检测装置的主要性能指标 第四节 常用位置检测装置的结构和工作原理
第三章 数求
位置检测装置是数控系统的重要组成部分，在第二章中我们知道：在闭 环或半闭环控制的数控机床中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实 际位移量随时检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而控制驱 动元件正确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨迹和坐标移动。
3.4.1 旋转变压器
第三章 数控机床的位置检测装置
3.4 常用位置检测装置的结构和工作原理
3.4.1 旋转变压器
旋转变压器又称同步分解器，是利用变压器原理实现角位移测量的检测 装置。它属于模拟式测量装置，具有输出信号幅值大、抗干扰能力强、结构 简单、动作灵敏、性能可靠等特点，同时，对环境条件要求不高，广泛用于 半闭环进给伺服驱动系统中。 但其信号处理比较复杂。
第三章 数控机床的位置检测装置
3.1 位置检测装置的作用与要求
1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环境存在油污、潮湿、 灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受 环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。
2）满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精度和效率，检测装 置必须具有足够的精度和检测速度，位置检测装置分辨率应高于数控机床的 分辨率一个数量级。
3）按位置检测元件的安装位置分类
直接测量:
直接测量是将位置检测装置安装在执行部件（即末端件）上， 直接测量执行部件末端件的直线位移或角位移。
间接测量:
间接测量是将位置检测装置安装在执行部件前面的传动元件 或驱动电机轴上，测量其角位移，经过转换以后才能得到执
第三章数控机床插补原理
第三章数控机床插补原理
•若Fi≥0，表明Pi(Xi，Yi)点在OE直线上方或在直线上，应 沿＋X向走一步，假设坐标值的单位为脉冲当量，走步后 新的坐标值为（Xi+1，Yi+1），且Xi+1=Xi+1，Yi+1=Yi , 新点偏 差为
•即
(3-3)
•方＝向Yi＋进1若给，F一新i<步0点，，的表新偏明点差P坐为i（标X值i，为Yi(）Xi点+1，在YOi+E1)，的且下X方i+，1=应Xi 向,Yi＋+1 Y
• 由图3-7可见，靠近Y轴区域偏差大于零，靠近X轴区 域偏差小于零。F≥0时，进给都是沿X轴，不管是＋X向还 是－X向，X的绝对值增大；F<0时，进给都是沿Y轴，不 论＋Y向还是－Y向，Y的绝对值增大。
•
图3-8为四象限直线插补流程图。
第三章数控机床插补原理
•图3-7 四象限直线偏差符号和进给方向
2. 采用多CPU的分布式处理方案。
3. 采用单台高性能微型计算机方案。
第三章数控机床插补原理
二、基准脉冲插补
(一) 逐点比较法 加工图3-1所示圆弧AB，如果刀具在起始点A，假 设让刀具先从A点沿－Y方向走一步，刀具处在圆内1点。 为使刀具逼近圆弧，同时又向终点移动，需沿＋X方向 走一步，刀具到达2点，仍位于圆弧内，需再沿＋X方 向走一步，到达圆弧外3点，然后再沿－Y方向走一步， 如此继续移动，走到终点。
第三章数控机床插补原理
图3-6 第三象限直线插补
第三章数控机床插补原理
• 四个象限直线的偏差符号和插补进给方向如图3-7所 示，用L1、L2、L3、L4分别表示第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限的 直线。为适用于四个象限直线插补，插补运算时用∣X∣， ∣Y∣代替X，Y，偏差符号确定可将其转化到第一象限， 动点与直线的位置关系按第一象限判别方式进行判别。
•若Fi≥0，表明Pi(Xi，Yi)点在OE直线上方或在直线上，应 沿＋X向走一步，假设坐标值的单位为脉冲当量，走步后 新的坐标值为（Xi+1，Yi+1），且Xi+1=Xi+1，Yi+1=Yi , 新点偏 差为
•即
(3-3)
•方＝向Yi＋进1若给，F一新i<步0点，，的表新偏明点差P坐为i（标X值i，为Yi(）Xi点+1，在YOi+E1)，的且下X方i+，1=应Xi 向,Yi＋+1 Y
• 由图3-7可见，靠近Y轴区域偏差大于零，靠近X轴区 域偏差小于零。F≥0时，进给都是沿X轴，不管是＋X向还 是－X向，X的绝对值增大；F<0时，进给都是沿Y轴，不 论＋Y向还是－Y向，Y的绝对值增大。
•
图3-8为四象限直线插补流程图。
第三章数控机床插补原理
•图3-7 四象限直线偏差符号和进给方向
2. 采用多CPU的分布式处理方案。
3. 采用单台高性能微型计算机方案。
第三章数控机床插补原理
二、基准脉冲插补
(一) 逐点比较法 加工图3-1所示圆弧AB，如果刀具在起始点A，假 设让刀具先从A点沿－Y方向走一步，刀具处在圆内1点。 为使刀具逼近圆弧，同时又向终点移动，需沿＋X方向 走一步，刀具到达2点，仍位于圆弧内，需再沿＋X方 向走一步，到达圆弧外3点，然后再沿－Y方向走一步， 如此继续移动，走到终点。
第三章数控机床插补原理
图3-6 第三象限直线插补
第三章数控机床插补原理
• 四个象限直线的偏差符号和插补进给方向如图3-7所 示，用L1、L2、L3、L4分别表示第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限的 直线。为适用于四个象限直线插补，插补运算时用∣X∣， ∣Y∣代替X，Y，偏差符号确定可将其转化到第一象限， 动点与直线的位置关系按第一象限判别方式进行判别。
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步器、光电编码器和光栅等位置检测
议
装置的结构特点、工作原理。
第一节 概 述
一、位置检测装置的要求
位置检测装置是NC机床重要组成部分，在闭环系统 中其主要作用是检测位移量，并发出反馈信号与数控 装置发出指令信号比较，如有偏差，经放大后控制执 行部件，使其朝消除偏差方向运动，直至偏差为零。
为提高数控机床的加工精度，须提高检测元件和检 测系统的精度，不同类型数控机床，对检测元件和检 测系统的精度要求、允许的最高移动速度各不相同。
件长度；滑尺较短，安装在运动部件上。定
尺和滑尺均由基板（钢或铝合金板）、平面
绕组和保护屏蔽层等部分组成。
定尺
节距2τ（2mm）
基板(钢、铜) 绝缘粘胶 铜箔 耐切削液涂层 铝箔
41节距（0.5mm）sin
cos
滑尺
分类：直线式和旋转式两类
直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，测量直线位移； 旋转式感应同步器由定子和转子组成；测量角度位移。
学时：4学时
第三章 数控机床的位置检测
了解数控机床的位置检测装置作用及类型。
目
掌握旋转变压器，感应同步器的结构特点、工作
原理及应用。
标
掌握光栅和光电编码器的结构特点、工作原理
及应用。
了解脉冲编码器的结构特点、工作原理及应用。
第三章 数控机床的位置检测
建
学生学习本章节，可结合数控中心的
数控机床来了解旋转变压器、感应同
位置检 测装置
数字式
光电盘 增量式 圆光栅 绝对式 －数码盘
测角 模拟式
增量式 绝三重式圆感应同步器 同步分解器 圆感应分解器 磁盘
测长
数字式 模拟式
增量式 －长光栅
绝对式 －多通道透射光栅
直线感应分解器
增量式 磁尺 绝对式 －多重式直线感应同步器
第二节 感应同步器位置检测装置
定尺和滑尺的结构:
基板上用绝缘粘接剂粘上一层铜箔，基 板材料可用防磁钢板，铝板等，定尺表面 涂一层耐切削液的涂层，滑尺的铜箔绕组 上用绝缘粘合剂粘在一层铝箔。
在铜箔上用制造印刷线路板的方法制成 节距T＝2τ，一般为2mm的方形绕组。 其中定尺上为一个绕组，滑尺上有正弦激 磁绕组和余弦激磁绕组两个绕组，两绕组 的位置相互错开1/4节距。
二、位置检测装置的分类
不同类型NC机床对检测系统要求不同。大型 数控机床要求速度响应高，中型和高精度数控 机床以满足精度要求为主。测量系统分辨率一 般要求比加工精度高一个数量级。
直接测量--对机床直线位移采用直线型检测元 件测量，其测量精度取决于测量元件精度，不 受机床传动精度的影响。
间接测量--对机床直线位移采用回转型检测元 件测量，测量精度取决于测量元件和机床传动 链两者的精度。为提高定位精度，常需对机床 的传动误差进行补偿。
旋转变压器——抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、 动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便， 应用广泛。
脉冲编码盘——工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低， 是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元 器件，但抗污染能力差，易损坏。
激光干涉仪——精度很高，但抗震性、抗干扰能力差， 价格较贵，应用较少。
一般要求检测元件的分辨率在0.0001～0.01mm之 内、测量精度为 ±0.001～0.02mm/m,运动速度为 0～ 24m/min。
数控机床对位置检测装置的要求：
高可靠性和高抗干扰性； 满足精度与速度要求； 使用维护方便，适合机床运行环境； 低成本。
二、位置检测装置的分类
检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的 作用是检测位移，发送反馈信号，构成闭环控制。 数控机床的运动精度主要由检测系统的精度决定。 位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。
常用位置检测装置的分类
回转型检测装置
直线型检测装置
数字式检 测装置 光电盘
数码盘
圆光栅
模拟式检 测装置
同步分解 器
圆形感应 同步器
圆形磁尺
数字式检 测装置 直线光栅
多通道透 射光栅 计量光栅
模拟式检 测装置 直线感应 同步器 直磁尺
绝对值式 磁尺
数字式测量 模拟式测量
将被测量以数字形式表示，测量量一般为 电脉冲。 将被测的量以连续变量表示，如电压变化、 相位变化等。主要用于小量程测量。
第三章 数控机床的位置检测
第三章 数控机床的位置检测
本章主要介绍数控机床的位置检测装置作用及分类，
提
讲解了旋转变压器、感应同步器、光电编码器、光栅
和脉冲编码器的结构、工作原理及其应用。
要点：数控机床的位置检测装置作用及分类，光电编
要 码器和光栅结构、工作原理及其应用。
难点：光电编码器和光栅结构、工作原理及其应用。
分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测 量线路。在设计数控机床，尤其是高精度或大 中型数控机床时，必须选用检测元件。
2．检测传感器分类
从检测的 信号分
直线型 回转型
直线感应同步器、长光栅、 长磁栅、激光干涉仪 旋转变压器、圆感应同步器、 圆光栅、圆磁栅、编码盘
从传感器 输出信号分
模拟式 旋转变压器、感应同步器 数字式 光栅检测装置、脉冲编码盘
3．检测元件的特点
感应同步器——抗干扰能力强，对环境要求低，维护简单、
价格低，寿命较长，具有一定精度、应用较广。
光栅——抗干扰能力强，高分辨率、大量程、测量精度高、
应用广泛，但成本较高，制造工艺要求高。
磁栅——抗干扰能力强，对环境条件要求低，安装调整方便，
精度高，但存在磁信号的稳定性，磁头磨损等问题。
测量方式
增量式测量 绝对式测量
只测位移量，如测量单位为0.01 mm,则每移 动0.01mm就发出一个脉冲信号。
被测量的任意一点位置均由固定的零点标起， 每一个被测点都有一个相应的测量值。
直接测量 间接测量
将检测装置直接安在执行部件上，如光栅， 感应同步器用于直接测量工作台直线位移。
将检测装置安在滚珠丝杠或驱动电机轴上， 通过检测转动件的角位移来间接测量执行部 件的直线位移。
1．感应同步器的结构 感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线 式感应器---一个展开的多极旋转变压器。 利用滑尺上的激磁绕组和定尺上的感应绕组 之间相对位置变化而产生电磁耦合变化，发 出相应的位置电信号来实现位移检测。
感应同步器的结构
感应同步器由定尺和滑尺两部分组成。定尺
安装在移动部件的导轨上，长度大于被检测