数控机床位置检测装置..

三 检测装置的常用类型
1． 数字式测量是将被测量单位量化以后用数字形式来表示的。数 字测量的输出信号一般是电脉冲，可以把它直接送到数控装置 (计算机)进行比较、处理。光栅位移测量装置就是典型的检测装 置。 （1）被测量转化成脉冲个数，
（2)测量精度取决于测量单位，与量程基本无关(当然也有积累 误差)

系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都有一定困难。且测量元件一般安装 到工作台上，测量元件应与导轨等长，这造成测量元件造价较高，使用维护较困难。
二 数控机床对检测装置的要求
(1)满足数控机床的精度和速度要求

从精度上讲 某些数控机床的定位精度已达到±0.0015mm／300m 一般数控机床精度要求在± 0.002~0.01mm／m之间 测量系统的分辨率在0.001~0.0001mm之间
一 开环系统、半闭环系统、闭环系统
1 开环系统

步距角：对应每一个指令脉冲，步进电机转过的角度。 脉冲当量：对应每一个指令脉冲工作台移动的距离。那么， 工作台相对刀具移动距离 = 脉冲当量 * 指令脉冲数 具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等 优点，没有位置测量装置，开环系统的加工精度不高。

在光电编码器的里圈还有一条透光条纹 Ｃ，每转产生一个零位脉冲信号。在进 给电动机所用的光电编码器上，零位脉 冲用于精确确定机床的参考点，而在主 轴电动机上，则可用于主轴准停以及螺 纹加工等。
一 增量式光电编码器
光电输出波形和信号处理线路的方块图
一 增量式光电编码器
2 位置和转速测量
（1）位置测量

一 开环系统、半闭环系统、闭环系统
2 半闭环系统

半闭环系统的检测装置安装到驱动装置(常用伺服电机)或丝杠的尾部。 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控 伺服电机到工作台之间传动装置这块的误差没有得到补偿，因此半闭环 它的优点是结构简单，造价低，安装、调试与维修都很方便，精度也较
第四部分 数控机床的位置检测装置
第一节
对数控机床位置检测装置的要求
数控装置
伺服系统
传动装置
机
床
检测装置
伺服系统是机床的驱动部分，计算机输出的控制 信息通过伺服系统和传动装置变成机床运动。位置检 测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分，其作用 是检测位移和速度，发送反馈信号，并与数控装置发 出的指令信号比较，若有偏差，则经过放大后控制执 行部件向着消除偏差的方向运动，直至偏差为零。
增量式编码器转角 测量电路原理图
一 增量式光电编码器
（2）转速测量

脉冲频率法：在给定时间t内，对编码器的脉冲进行计数， 得一数值N1，设脉冲编码器的每转输出脉冲为N，则转 速
n=（N1/N）*（60/t）r/min
(3)便于安装和维护 测量装置有一定的安装精度要求，安
装精度要合理。考虑到检测装置的使用环境，整个检测装 置要求有较好的防尘、防油雾、防切屑等措施。
三 检测装置的常用类型
表 常用测量装置类型 分 类 光电式 增量式 绝对式
编码盘
电磁式 增量式
旋转变压器 圆盘感应同步器
绝对式
多极旋转变压器 三速圆感应同步器
缺点：

由于测量装置输出的是脉冲，只能反应有没有移动，不能表示移
动方向，因此必须有方向判别电路判别移动方向

一旦计数有误，此后结果全错 若发生故障(如断电、断刀等)，事故排除后再也找不到正确位置
三 检测装置的常用类型
（2）绝对式

原理：对于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 优点：测量装置的输出能够代表移动件当前的实际位置(坐标 值)，移动的方向靠当前值和历史记忆取得，后续处理方便 缺点：结构复杂、制作精度没有增量式的高

从速度上讲 进给速度已从10~30m／min提高到60~120m／min
主轴转速也达到10000r／min，有些高达100000r/min

因此要求检测装置必须满足数控机床高精度和高速度的要求。
二 数控机床对检测装置的要求
(2)工作可靠 有较强的抗干扰能力，外界温湿度的变化对
测量结果的影响要小。
制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。

系统的精ຫໍສະໝຸດ Baidu不如闭环系统的高。

一 开环系统、半闭环系统、闭环系统
3 闭环系统

闭环系统的检测装置安装到带动刀具或工件移动的部件上，如支撑导轨和移动导轨上， 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故易造成
它直接检测的是刀具相对于工件移动的距离，因此它的加工精度较高。
第二节 增量式光电编码器和绝对式编码盘
一 增量式编码器
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一 增量式光电编码器工作原理
增量式光电编码器工作原理图
当圆光栅旋转时，光线透过两个光栅的线纹部分，形成明暗相 间的条纹。光敏元件接收这些明暗相间的光信号，并转换为交替 变化的电信号。该信号为两组近似于正弦波的电流信号A和B，A信 号和B信号相位相差90°，经过放大和整形变成方波，如图所示。 通过两个光栅的信号，还有一个“一转脉冲” ( 一转发出一个脉 冲)，称为Z相脉冲，该脉冲也是通过上述处理得来的。Z相脉冲用 来产生机床的基准点，该脉冲以差动形式Z和 (Z的反相)输出。 从图可看出，根据信号A和信号B的发生顺序，即可判断光电编码 器轴的正反转。若A相超前于B相，则为正转；若B相超前于A相， 则为反转。数控系统正是利用这一相位关系来判断方向的。
（3)测量装置比较简单，抗干扰能力强。
模拟式测量是将被测量用连续的变量 ( 如相位变化、电压幅 值变化 ) 来表示的。在数控机床上，模拟式测量主要用于小量程 的测量，例如感应同步器的一个线距内的信号相位变化等。
（1)直接测量被测量， （2)在小量程内可以实现高精度测量，如旋转变压器、感应同 步器等
回 光电编码器 转 圆光栅 式 直 线 式
计量光栅
编码尺 多通道透射光栅
直线感应同步器
三速感应同步器
三 检测装置的常用类型
（1）增量式

原理：被测物体每移动一个测量单位，测量装置发出一个脉冲信号， 对脉冲计数并处理就可得到一个位移的增量值。任何一个对中点都 可作为测量的起点。


优点：检测装置结构简单，能做到较高精度