zLJ数控车床的机械结

实验报告 一 实验名称 认识数控机床机械传动部件和数控系统位置测量装置 数控机床机械传动部件和数控系统位置测量装置 一 实验目的与要求 1 掌握数控机床进给传动机构中典型零部件的工作原理及其特性 2 对典型零部件建立其外观和结构的感性认识 3 了解位置测量装置的基本概念并掌握几种位置测量装置的原理及应用 二 实验设备 1 滚珠丝杠螺母副 2 滚动导轨副 3 贴塑导轨 4 同步齿形带及带轮 5 通用工具 活动扳手两个 木柄起子两个 内六角扳手一套 紫铜棒或木质手锤一个 数控机床机械传动部件和数控系统位置测量装置 三 实验内容 1 观察一种滚珠丝杠螺母副 掌握其工作原理及结构特点和精度要求 2 观察一种滚动导轨副 掌握其工作原理及结构特点和精度要求 3 观察贴塑导轨的外形及其结构 4 观察一种消除齿轮传动间隙的结构 5 认识同步齿形带及其带轮的结构 6 认识几种位置测量装置 编码器 光栅尺等 数控机床机械传动部件和数控系统位置测量装置 四 实验报告 1 简述滚珠丝杠螺母副的特点 2 如何调整滚珠丝杠螺母副的轴向间隙 3 数控机床常用导轨有那些 简述其特点 4 数控机床为何多采用同步齿形带传动 5 简述常用数控系统位置测量装置的分类及应用 数控机床机械传动部件和数控系统位置测量装置 相关知识概述 数控加工视频 与普通机床相比 数控机床增加了功能 提高了性能 简化了某些传统的机械结构 由于数控机床靠自动控制功能保证加工要求 不像普通机床要靠人工不断地检测 不断地试切 不断地调整刀具与工件之间的相对位置来保证加工精度 因此 在数控机床问世以来的50多年中 随着数控机床的不断发展 它的机械结构有了重大的变革 出现了很多通用的元器件 根据数控机床的功能特点 它对自身的机械结构有很多特殊的要求 只有满足这些要求 才有可能达到数控机床的工作精度和动态特性的要求 最终在一定切削能力条件下确保被加工工件的精度 机械结构的优劣及其精度高低是能否实现数控机床切削功能的基本条件 认识和掌握进给机构各种典型零部件的工作原理和结构特点是使用和设计数控机床必备的基本知识 数控机床的机械传动部件 数控机床的机械传动部件 数控机床的机械传动部件 一同步齿形带1在数控机床中 伺服 步进 电动机轴与滚珠丝杠轴由于结构限制或性能要求 不允许同轴时一般采用带传动 主轴电动机带动主轴旋转也多采用齿形带传动 带传动是一种传统的传动方式 常见的带传动类型有V带传动 平带传动 多楔带传动和同步带传动 由于数控机床的主轴传动和进给传动通常都要求准确的传动比 因此多选用同步带 又称同步齿形带 其结构见图 工作时 带齿与带轮的轮槽相啮合 是一种啮合传动 带内采用了承载后无弹性伸长的材料作强力层 以保持带的节距不变 使主 从动带轮可作无相对滑动的同步传动 数控机床的机械传动部件 二 带传动的类型 返回主目录 数控机床的机械传动部件 同步齿形带 与一般带传动相比 1 同步带传动具有如下优点 1 齿啮合传动无相对滑动 传动比准确 2 传动效率高 可达98 以上 3 传动平稳 噪声小 4 使用范围较广 速度可达50m s 速比可达10左右 传递功率由几瓦至数千瓦 5 维修保养方便 不需要润滑 但是 同步带传动也有不足之处 如其安装时中心距要求严格 带与带轮制造工艺较复杂 成本较高 数控机床的机械传动部件 同步带根据齿形不同又可分为梯形齿同步带和圆弧齿同步带 梯形齿同步带在传递功率时 应力集中在齿根部位 使传递功率的能力下降 梯形齿同步带与小带轮接触时 带上的齿会变形 使其受力情况变坏 梯形齿同步带在高速运动时会产生较大的噪声和振动 圆弧齿形同步带传动克服了梯形齿同步带传动的缺点 因此在数控机床中当需要带传动时 总是优先选用圆弧齿形同步带传动 圆弧齿形同步带传动同时具有带传动和链传动的优点 不会打滑 不需要很大的张紧力 其传动效率可达98 99 5 可用于60m s的高速传动 圆弧齿形同步带用在高速传动场合时 在其有轮缘的带轮上要设排气槽 以免产生啸叫声 数控机床的机械传动部件 同步齿形带轮 数控机床的机械传动部件 1 滚珠丝杠螺母副是数控机床的核心部件之一 它将伺服电动机的旋转运动转换为拖板或工作台的直线运动 滚珠丝杠螺母与普通的丝杠螺母一样 是一种增力机械 将高速转动下的扭矩转换为低速移动下较大的推力 滚珠丝杠螺母副与普通丝杠螺母副不同的是 前者通过循环钢球将滑动摩擦改变为滚动摩擦 由此减少了摩擦损失并提高了传动效率 由于滚珠丝杠螺母副之间的运动是滚动摩擦 在螺母 钢球和丝杠之间允许施加预紧力 可以消除正反向传动的间隙并提高传动刚度 使静 动态摩擦系数变化减少 从而改善进给传动系统的动态特性 数控机床的机械传动部件 二 滚珠丝杠螺母副 数控机床的机械传动部件 滚珠丝杠副视频 交流伺服电机 电机 联轴器 丝杠 床鞍 床鞍 数控机床的机械传动部件 由图可以看出 滚珠丝杠螺母副由丝杠 滚道 回珠器 螺母 滚珠等组成 2 滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠副是一种新型的传动机构 它的结构特点是具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动件 以减少摩擦 图中丝杠和螺母上都磨有圆弧形的螺旋槽 这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线滚道 在滚道内装有滚珠 当丝杠回转时 滚珠相对于螺母上的滚道滚动 因此丝杠与螺母之间基本上为滚动摩擦 为了防止滚珠从螺母中滚出来 在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置 使滚珠能循环流动 数控机床的机械传动部件 数控机床的机械传动部件 目前国内外生产的滚珠丝杠副 可分为内循环及外循环两类 外循环螺旋槽式滚珠丝杠副 在螺母的外圆上铣有螺旋槽 并在螺母内部装上挡珠器 挡珠器的舌部切断螺纹滚道 迫使滚珠流入通向螺旋槽的孔中而完成循环 外循环式滚珠丝杠结构 数控机床的机械传动部件 内循环滚珠丝杠副 在螺母外侧孔中装有接通相邻滚道的反向器 以迫使滚珠翻越丝杠的齿顶而进入相邻滚道 与传统的滑动丝杠螺母副比较 滚珠丝杠螺母副具有以下优点 1 传动效率高 摩擦损失小 滚珠丝杠螺母副的传动效率h 0 92 0 96 是普通丝杠螺母副的3 4倍 因此功率消耗只相当于普通丝杠传动的1 4 1 3 同时由于发热小 因此可实现高速运动 2 运动平稳无爬行 由于摩擦阻力小 动 静摩擦系数之差极小 因此运动平稳 不易出现爬行现象 3 传动精度高 反向时无空程 滚珠丝杠副经预紧后 可消除轴向间隙 因而无反向死区 同时也提高了传动刚度 4 磨损小 精度保持性好 使用寿命长 5 具有运动的可逆性 由于摩擦系数小 不能自锁 因而可以将旋转运动转换成直线运动 也可将直线运动转换成旋转运动 即丝杠和螺母均可作主动件或从动件 数控机床的机械传动部件 使用要求 应具有可靠的轴向间隙消除结构 合理的安装结构和有效的防护装置 轴向间隙消除目的 消除反向死区 提高传动精度和运动平稳性 滚珠丝杠螺母副间隙的调整方法滚珠丝杠的传动间隙是轴向间隙 其数值是指丝杠和螺母无相对转动时 二者之间的最大轴向窜动量 除了结构本身的游隙之外 还包括施加轴向载荷后产生的弹性变形所造成的轴向窜动量 由于存在轴向间隙 当丝杠反向转动时 将产生空回误差 从而影响传动精度和轴向刚度 通常采用预加载荷 预紧 的方法来减小弹性变形所带来的轴向间隙 以保证反向传动精度和轴向刚度 但过大的预加载荷会增大摩擦阻力 降低传动效率 缩短使用寿命 数控机床的机械传动部件 数控机床的机械传动部件 因此 一般需要经过多次调整 以保证既消除间隙又能灵活运转 调整时 除螺母预紧外还应特别注意使丝杠安装部分的间隙尽可能小 并且具有足够刚度 同时应注意预紧力不宜过大 预紧力过大会使空载力矩增加 从而降低传动效率 缩短使用寿命 常用消间隙措施 单螺母结构和双螺母结构单螺母结构 单螺母变位螺距预紧 单螺母螺钉预紧 双螺母结构 双螺母垫片调隙式双螺母螺纹调隙式双螺母齿差调隙式 数控机床的机械传动部件 1 单螺母消隙 1 单螺母变位螺距预紧 如图所示 将螺母的内螺纹滚道在中部的一圈上 产生一个轴向 L0的导程突变量 从而使左右端的滚珠在轴向错位实现预紧 这种调隙方法结构简单紧凑 运动平稳 特别适用于小型丝杠螺母副 但负荷量须预先设定且不能随意改变 2 单螺母螺钉预紧 如图所示 螺母在专业生产工厂完成精磨之后 沿径向开一薄槽 通过内六角调整螺钉实现间隙的调整和预紧 该专利技术已成功地解决了开槽后滚珠在螺母中有良好的通过性的问题 单螺母螺钉结构不仅具有很好的性能价格比 而且间隙的调整和预紧极为方便 数控机床的机械传动部件 2 双螺母消隙常用的双螺母丝杠消除间隙的方法有 1 双螺母垫片调隙式如图所示 调整垫片厚度使左 右两螺母产生轴向位移 即可消除间隙和产生预紧力 这种方法结构简单 刚性好 但调整不便 滚道有磨损时不能随时消除间隙和进行预紧 数控机床的机械传动部件 数控机床的机械传动部件 2 双螺母螺纹调隙式其中一个螺母的外端有凸缘 另一个螺母的外端没有凸缘 而制有螺纹 它伸出套筒外 并用两个圆螺母固定着 旋转圆螺母时 即可消除轴向间隙 并可达到产生预紧力的目的 调整好后再用另一个圆螺母把它锁紧 这种方法调整方便 且可在使用过程中随时调整 但预紧力的大小不能准确控制 3 双螺母齿差调隙式 数控机床的机械传动部件 在两个螺母的凸缘上各制有圆柱外齿轮 分别与固紧在套筒两端的内齿圈相啮合 其齿数分别为z1和z2 并相差一个齿 调整时 先取下内齿圈 让两个螺母相对于套筒方向都转动一个齿 然后再插入内齿圈 则两个螺母便产生相对角位移 这种调整方法能精确调整预紧量 调整方便 可靠 但结构尺寸较大 多用于高精度的传动 数控机床的机械传动部件 联轴器1 锥环无键联轴器该机构利用锥环对之间的摩擦实现轴与毂之间的无间隙连接传递转矩 并可任意调节两连接件之间的角度位置 通过选择所用锥环的对数 可传递不同大小的转矩 图示为锥环 锥形夹紧环 无键消隙联轴器 它可使动力传递没有反向间隙 螺钉5通过压圈3施加轴向力时 由于锥环之间的楔紧作用 内外环分别产生径向弹性变形 消除配合间隙 同时产生接触压力以传递转矩 锥环无键消隙联轴器 数控机床的机械传动部件 为了能补偿同轴度及垂直度误差引起的干涉现象 可采用图所示的挠性联轴器 其柔性片4分别用螺钉和球面垫圈与两边的联轴套2相连 通过柔性片传递转矩 柔性片每片厚0 25mm 材料为不锈钢 联轴器两端的位置偏差由柔性片的变形抵消 挠性联轴器 滚珠丝杠的安装和支撑数控机床的进给系统要获得较高的传动刚度 除了加强滚珠丝杠副本身的刚度外 滚珠丝杠的正确安装及支撑结构的刚度也是不可忽视的因素 如为减少受力后的变形 螺母座应有加强肋 增大螺母座与机床的接触面积 并且要连接可靠 另外 采用高刚度的推力轴承可提高滚珠丝杠的轴向承载能力 滚珠丝杠的支撑方式有以下几种 如图 数控机床的机械传动部件 5 滚珠丝杠螺母副的安装 特点 其承载能力小 轴向刚度低 仅适用于短丝杠 一端装止推轴承 固定 自由式 数控机床的机械传动部件 5 滚珠丝杠螺母副的安装 一端装止推轴承 另一端装深沟球轴承 固定 支承式 特点 轴向刚度较小 丝杠有伸缩余地 结构复杂 仅适用于长丝杠 数控机床的机械传动部件 5 滚珠丝杠螺母副的安装 两端装止推轴承 特点 将装止推轴承装在滚珠丝杠两端 并施加预紧拉力 有助于提高传动刚度 但对热伸长较敏感 数控机床的机械传动部件 5 滚珠丝杠螺母副的安装 两端装双重止推轴承及深沟球轴承 固定 固定式 特点 传动刚度高 结构和安装工艺复杂 适用于长丝杠或高转速 高刚度 高精度的丝杠 数控机床的机械传动部件 滚珠丝杠螺母副的润滑与防护 润滑的作用 保护丝杠不受外物的损伤与腐蚀减少摩擦 降低温升 并与密封装置一起 润滑油 机油 90 180号透平油 140号主轴油 润滑脂 锂基油脂或高压润滑脂 防护 防止尘埃 切屑等硬质颗粒进入 密封圈 采用毛毡圈 耐油橡胶 尼龙 防护罩 采用螺旋钢带 伸缩套筒 锥形套筒或皮革 人造革制成 数控机床的机械传动部件 数控机床的机械传动部件 三 导轨导轨用来支撑和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动 运动的一方称为动导轨 不动的一方称为支撑导轨 为保证机床加工的精度和稳定性 导轨必须满足以下要求 1 高的导向精度 导向精度保证部件运动轨迹的准确性 导向精度受到导轨的结构形状 组合方式 制造精度和导轨间隙调整等的影响 2 良好的耐磨性 耐磨性好可使导轨的导向精度得以长久保持 耐磨性受到导轨副的材料 硬度 润滑和载荷的影响 3 足够的刚度 在载荷的作用下 导轨刚度高 其保持形状不变的能力就强 刚度受到导轨结构和尺寸的影响 4 具有低速运动的平稳性 低速运动的平稳性使其运动部件在导轨上低速移动时 不会发生 爬行 现象 造成 爬行 的主要因素有摩擦性质 润滑条件和传动系统的刚度 3 导轨的分类和特点 按运动轨迹 按工作性质 按接触面的摩擦性质 直线运动导轨 相对运动轨迹为直线 圆周运动导轨 相对运动轨迹为圆 主运动导轨 动导轨作主运动 导轨副间相对运动速度高 进给运动导轨 动导轨作进给运动 导轨副间相对运动速度低 调整导轨 实现部件之间的相对位置调整运动 滑动导轨 滚动导轨 静压导轨 数控机床的机械传动部件 数控机床上常用的导轨及其特点1 滑动导轨1 滑动导轨的结构滑动导轨常见的截面形状如图所示 其各个平面所起的作用各不相同 在矩形和三角形导轨中 M面主要起支撑作用 N面是保证直线移动精度的导向面 J面是防止运动部件抬起的压板面 而在燕尾形导轨中 M面起导向和压板作用 J面起支撑作用 数控机床的机械传动部件 图滑动导轨常见的截面形状 a 矩形导轨 b 三角形导轨 c 燕尾槽导轨 d 圆柱形导轨 滑动导轨具有结构简单 制造方便 刚度好 抗振性高等优点 是机床上使用最广泛的导轨形式 但普通的铸铁一铸铁 铸铁一淬火钢导轨 存在的缺点是静摩擦系数大 而且动摩擦因数随速度变化而变化 摩擦损失大 低速 1 60mm min 时易出现爬行现象 降低了运动部件的定位精度 因此在数控机床上已很少采用 取而代之的是2 铸铁 塑料滑动导轨或镶钢 塑料滑动导轨 贴塑导轨或注塑导轨 目前 塑料导轨的材料可分为两种 贴塑材料和涂塑材料 数控机床的机械传动部件 镶粘塑料导轨不仅可以满足机床对导轨的低摩擦 耐磨 无爬行 高刚度的要求 同时又具有生产成本低 应用工艺简单 经济效益显著等特点 因此 在数控机床上得到了广泛的应用 数控机床的机械传动部件 镶粘塑料 金属导轨结构 数控机床的机械传动部件 目前在国内生产使用的贴塑材料主要有塑料导轨板和塑料导轨软带两种 它们是由聚四氟乙烯和多种金属材料制成的复合材料 例如 塑料导轨板采用的是在渡铜钢板上烧结一层多孔青铜 在青铜层间隙中扎入聚四氟乙烯及其他填料 再经适当处理形成金属 氟塑料的复合体导轨板 这种材料的导轨板的摩擦系数小 约为0 04 0 08 并具有良好的自润滑作用 特别适用于垂直导轨 塑料导轨软带是以聚四氟乙烯PTFE为基体 添加青铜粉二硫化钼和石墨等多种填料所构成的复合材料 在油润滑状态下 其摩擦系数约为0 06 使用寿命为普通铸铁导轨的8 10倍 塑料导轨软带有各种厚度规格 长与宽由用户自行裁剪 采用粘贴的方法固定 由于塑料导轨软带较软 容易被硬物刮伤 因此要有良好的密封防护措施 数控机床的机械传动部件 数控机床的机械传动部件 与其他导轨相比 贴塑导轨有以下特点 1 摩擦系数低而稳定 比铸铁导轨副低一个数量级 2 动 静摩擦系数相近 运动平稳性和爬行性能较铸铁导轨副好 3 吸收振动 具有良好的阻尼特性 优于接触刚度较低的滚动导轨和易漂浮的静压导轨 4 耐磨性好 有自身润滑作用 无润滑剂也能工作 灰尘磨粒的嵌入性好 5 化学稳定性好 耐低温 耐强酸 强碱 强氧化剂及各种有机溶剂 6 维护修理方便 软带耐磨 损坏后更换容易 7 经济性好 结构简单 成本低 约为滚动导轨成本的1 20 2 滚动导轨1 滚动导轨的结构形式 1 滚动导轨块 这是一种以滚动体作循环的滚动体 移动部件移动时 滚动体沿封闭轨道作循环运动 滚动体为滚珠或滚柱 数控机床上采用的滚柱式滚动导轨块如图所示 它多用于中等负荷导轨 滚动导轨块由专业厂家生产 有多种规格 形式供用户选用 使用时 导轨块装在运动部件上 每一导轨应至少用两块或更多块 导轨块的数目取决于导轨的长度和负载的大小 与之相对的导轨多用镶钢淬火导轨 数控机床的机械传动部件 2 直线滚动导轨 直线滚动导轨又称单元直线滚动导轨 它除导向外还能承受颠覆力矩 其制造精度高 可高速运行 并能长时间保持精度 通过预加负载可提高刚性 具有自调的能力 安装基面允许误差大 直线滚动导轨的外形和结构如图所示 导轨体固定在不动部件上 滑块固定在运动部件上 当滑块沿导轨体移动时 滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动 并通过端盖内的滚道 从工作负荷到非工作负荷区 然后再滚动回到工作负载区 不断循环 从而把滚动体和滑块之间的移动变成了滚珠的滚动 为防止灰尘和脏物进入导轨滚道 滑块两端及下部均有塑料密封垫 滑块上还有润滑油注油杯 只要定期将锂基润滑脂放入润滑油注油杯即可实现润滑 数控机床的机械传动部件 滚动导轨特别适用于机床的工作部件要求移动均匀 运动灵敏及定位精度高的场合 这是滚动导轨在数控机床上得到广泛应用的原因 根据滚动体的类型 滚动导轨有下列三种结构形式 滚珠导轨 滚柱导轨 滚针导轨根据滚动导轨是否预加负载 滚动导轨还可以分为预加载和无预加载两类 数控机床的机械传动部件 滚珠导轨 数控机床的机械传动部件 特点 摩擦系数小 运动轻便 位移精度和定位精度高 耐磨性好 抗震性较差 结构复杂 防护要求较高 数控机床的机械传动部件 静压导轨 滚珠丝杠螺母副 滚动导轨副 数控机床的机械传动部件 2 滚动导轨的预紧为了提高滚动导轨的刚度 应对滚动导轨进行预紧 预紧可提高接触刚度 消除间隙 在立式滚动导轨上 预紧可防止滚动体脱落和歪斜 常见的预紧方法有以下两种 1 采用过盈配合 预加载荷大于外载荷 预紧力产生过盈量2 3 m 过大会使牵引力增加 若运动部件较重 其重力可起预加载荷作用 若刚度满足要求 可不施预加载荷 2 调整法 调整螺钉 斜块或偏心轮来进行预紧 图为滚动导轨的预紧方法 数控机床的机械传动部件 滚动导轨的预紧方法 a 滚柱或滚针导轨自由支撑 b 滚柱或滚针导轨预加载荷 c 交叉式滚柱导轨 d 循环式滚动导轨块 数控机床的机械传动部件 数控机床的机械传动部件 3 静压导轨液压导轨在机床上的使用主要是静压导轨 在静压导轨两个相对运动的导轨面间通入压力油 可使运动件浮起 在工作过程中 导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变化自动调节 以平衡外加负载 保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态 静压导轨按导轨形式可分为开式和闭式两种 数控机床用闭式的静压导轨 闭式静压导轨按供油方式可分为恒压 即定压 供油和恒流 即定量 供油两种 恒压供油方式中以毛细管节流和单面薄膜反馈节流用得较多 其原理如图所示 优点 1 液体静压导轨由于其导轨的工作面完全处于纯液体摩擦下 因而工作时摩擦系数极低 f 0 0005 2 导轨的运动不受负载和速度的限制 且低速时移动均匀 无爬行现象 3 由于液体具有吸振作用 因而导轨的抗振性好 4 承载能力大 刚性好 5 摩擦发热小 导轨温升小 缺点 1 液体静压导轨的结构复杂 多了一套液压系统2 成本高 3 油膜厚度难以保持恒定不变 使用范围 液体静压导轨主要用于大型 重型数控机床上 数控机床的机械传动部件 导轨的润滑与防护1 导轨的润滑1 润滑方法导轨最简单的润滑方式是人工定期加油或用油杯供油 这种方法简单 成本低 但不可靠 一般用于调节辅助导轨及运动速度低 工作不频繁的滚动导轨 对运动速度较高的导轨大都采用润滑泵 以压力油强制润滑 这样不但可连续或间歇供油给导轨进行润滑 而且可利用油的流动冲洗和冷却导轨表面 为实现强制润滑 机床必须备有专门的供油系统 图为某加工中心导轨的润滑系统 数控机床的机械传动部件 加工中心导轨的润滑系统 数控机床的机械传动部件 滚动导轨视频 在开环系统中 伺服驱动元件中 步进电机 电液脉冲马达能够按数控装置发出的指令脉冲进行工作 在一般情况下不会失步 不需要位置检测 在闭环系统中 常用各种直流电机或交流电机作为驱动元件 这就必须要有检测装置 把位移测量信号作为反馈信号 并将信号转换成数字 送回计算机 和指令脉冲进行比较并控制驱动元件正确运转 所以测量装置是保证数控机床精度的关键 数控机床的机械传动部件 数控机床对检测装置的基本要求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 安装维护方便 成本低廉 受机床结构和应用环境的限制 要求位置检测装置体积小巧 便于安装调试 尽量选用价格低廉 性能价格比高的检测装置 数控机床加工精度 在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度 因此 位置检测装置是数控机床的关键部件之一 它对于提高数控机床的加工精度有决定性的作用 数控机床的机械传动部件 直线型 测长度 直线位移增量式直线圆感应同步器计量光栅 磁尺绝对式三速直线感应同步器绝对值式磁尺 数控机床的机械传动部件 绝对式位置检测是 每个被测点的位置都从一个固定的零点算起 增量式位置检测是 只测位移增量 每检测到位置移动一个基本单位时 输出一个脉冲波 通过脉冲计数便可得到位移量 直接测量和间接测量按被测量和所用检测元件的位置关系 可分为直接测量和间接测量 若位置检测装置所测量的对象就是被测量本身 叫做直接测量 采用安装在电机或丝杠轴端的回转型检测元件间接测量机床直线位移的检测方法 叫做间接测量 数控机床的机械传动部件 位置检测装置常用的性能指标位置检测装置安装在伺服驱动系统中 由于所测量的各种物理量是不断变化的 因此传感器的测量输出必须能准确 快速地跟随并反映这些被测量的变化 位置检测装置的主要性能指标包括如下几项内容 1 精度符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度称作精度 数控机床用传感器要满足高精度和高速实时测量的要求 数控机床加工精度 在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度 2 分辨率位置检测装置能检测的最小位置变化量称作分辨率 分辨率应适应机床精度和伺服系统的要求 分辨率的高低 对系统的性能和运行平稳性具有很大的影响 一般按机床加工精度的1 3 1 10选取检测装置的分辨率 3 灵敏度输出信号的变化量相对于输入信号变化量的比值为灵敏度 实时测量装置不但要灵敏度高 而且输出 输入关系中各点的灵敏度应该是一致的 数控机床的机械传动部件 编码器旋转编码器是一种旋转式的角位移检测装置 在数控机床中得到了广泛的使用 旋转编码器通常安装在被测轴上 随被测轴一起转动 直接将被测角位移转换成数字 脉冲 信号 所以也称为旋转脉冲编码器 这种测量方式没有累积误差 旋转编码器也可用来检测转速 1 编码器分类按码盘信号的读取方式可分为 光电式 接触式和电磁式以光电式的精度和可靠性最好 NC机床常用光电式编码器按测量坐标系又可分为 增量式和绝对式按每转发出的脉冲数分为 高分辨率20000 30000p r普通分辨率2000 3000p r 数控机床的机械传动部件 2 增量式光电脉冲编码器 1 组成由光源 聚光镜 光电盘 光栏板 光敏元件 光电管 整形放大电路和数字显示装置等组成 数控机床的机械传动部件 光电编码器在旋转工作台上的安装 数控机床的机械传动部件 2 工作原理光电盘按装在被测轴上 随主轴一起转动 光电盘转动时 光电元件把通过光电盘和光栏板射过来的忽明忽暗的光信号 近似于正弦信号 转换为电信号 经整形 放大等电路的变换后变成脉冲信号 通过计算脉冲的数目 即可测出工作轴的转角 并通过数显装置进行显示 通过测定计数脉冲的频率 即可测出工作轴的转速 数控机床的机械传动部件 4 提高光电脉冲编码器分辨率的方法提高光电盘圆周的等分狭缝的密度 实际上是使光电盘的狭缝变成了圆光栅线纹 增加光电盘的发信码道 使盘上不仅只有一圈透光狭缝 而且有若干大小不等的同心圆环狭缝 称为码道 光电盘回转一周发出的脉冲信号数增多 使分辨率提高 数控机床的机械传动部件 3 绝对式光电脉冲编码器 1 结构绝对式脉冲编码器结构与增量式相似 就是在码盘的每一转角位置刻有表示该位置的唯一代码 称为绝对码盘 绝对式脉冲编码器是通过读取编码盘上的代码 图案 来表示轴的位置 数控机床的机械传动部件 码盘的种类按码制不同分二进制码 格雷码 循环码 十进制码 六十进制码等 最常用的是二进制循环码盘 纯二进制码有一个缺点 相邻两个二进制数可能有多位二进制码不同 当数码切换时有多个数位要进行切换 增大了误读的机率 而格雷码则不同 相邻两个二进制数码只有一个数位不同 因此两数切换时只在一位进行 提高了读数的可靠性 数控机床的机械传动部件 4 应用在实际应用过程中 用绝对脉冲编码器来检测轴的位置和速度时 当编码器旋转超过一周时 读出准确数值的解决方法 在旋转轴上安装多个码盘 其中一些盘是专门用来计量所转过的圈数N 而另一部分码盘是用来检测一圈以内的度数 之后将两个码盘所检测的进行 N 360 的叠加 在软件设计时 设置一个专门的计数器 并规定码盘上的一个专门的代码为 零 代码 当码盘转过 零 代码时 计数器的值就被自动加一 这样也可以实现即测圈数又测度数的目的 数控机床的机械传动部件 光栅尺 光栅尺是通过摩尔条纹原理 通过光电转换 以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器 光栅尺的适用领域 加工用的设备 车床 铣床 镗床 磨床 钻床 电火花机 线切割等测量用的仪器 投影机 影像测量仪 工具显微镜等 也可对数控机床上刀具运动的误差起补偿作用 配接PLC 用于各类自动化机构的位移测量 尺是有很多很细的间格组成 靠光来读取没次走过的光线数量 来算出走的尺寸 线愈细精度愈高 实验思考题解答参考 四 实验报告 1 简述滚珠丝杠螺母副的特点 1 传动效率高 摩擦损失小 滚珠丝杠螺母副的传动