第2章、数控机床检测装置.ppt

第二章是关于数控机床的检测装置和道路养护。本章主要介绍三个内容：1 .光栅传感器(结构和控制原理)；2.光电编码器(结构和控制原理)；3.光电编码器在数控机床中的应用：1.光栅传感器和光栅传感器(光栅尺)是高精度的线性位移传感器；组成：照明系统、光栅对(主光栅和指示光栅)、光电接收元件和信号处理电路。数控、扫描头(指示光栅)、电缆、主光栅、光栅检测装置的组成、短、长、光栅对、信号处理电路，扫描头包含照明系统、指示光栅、光电接收元件和信号处理电路。红色：主格栅；其余：扫描头；条纹，光学玻璃，a，b，W，a:标线宽度b:两相邻标线间隙之间的宽度w:光栅间距w=a b，放大率，条纹密度：25，50，100，250线/毫米条纹密度越高，检测精度越高；主光栅和指示光栅线具有相同的间距。光栅：在透明光学玻璃上刻有平行等间距的密集线条，通过光的传输形成光栅。光栅尺压下时，主光栅尺和扫描头一个压在机床的固定部分，另一个压在机床的移动部分。光栅传感器的功能：当伺服电机通过丝杠带动工作台运动时，主光栅和扫描头产生相对位移，扫描头开始读数，并将工作台的实际位移转换成电脉冲信号，反馈给数控系统形成位置闭环控制。主光栅、指示光栅和控制原理是：光源产生的光经透镜折射成水平光线照射到光栅对上，在指示光栅的反面形成均匀或亮或暗的条纹光线(莫尔条纹)照射到光敏元件上，光敏元件输出abcd四个光电信号；当机床的运动部件驱动主光栅或指示光栅运动时，莫尔条纹的光强信号变化类似于正弦波。当光强信号照射在光敏元件上时，四个输出abcd光电信号也类似于正弦波发生变化(ac和bd分别是一组差分信号，信号微弱，如果远距离传输，很容易被干扰信号淹没)。经过放大器放大后，整形器形成脉冲信号，然后正负脉冲信号通过鉴相和倍频电路输出到计数器。脉冲的数量反映了主光栅和指示器光栅之间的相对位移。脉冲的频率反映了主光栅和指状光栅的移动速度，正向脉冲和反向脉冲的相位差反映了主光栅和指状光栅的移动方向。下图显示了光栅传感器、主光栅、硅光电池、鉴相倍频电路、指示光栅、正弦波电压信号、主光栅、指示光栅、暗带、亮带和莫尔条纹形成原理的结构图：主光栅和指示光栅叠加，一侧被光源照射，另一侧形成闪烁光强信号莫尔条纹。当两者相对位移时，相同网格距离内的光强信号呈现明变暗变。光栅读数：光电元件读取的莫尔条纹光强信号的强度变化转化为电信号(移动光栅距离，输出正弦波电信号)。倍频电路(倍频器)的作用是提高光栅传感器的检测精度(灵敏度)(增加倍频电路的原因主要是光学玻璃上刻的线数量有限)；在实际应用中，通常结合倍频电路来扩展光栅传感器的输出脉冲的数量例如，对于光栅传感器，在倍频之前，莫尔条纹改变一个周期(产生正弦波信号)，光栅传感器输出一个脉冲，主光栅和指示光栅移动一个节距；如果频率乘以4，莫尔条纹改变一个周期，输出4个脉冲；也就是说，对于每个脉冲输出，主光栅和指状光栅移动1/4节距；鉴相电路的功能是判断主光栅和指状光栅的移动方向。下图显示了由四个光电元件输出的经放大和整形的电信号ac和bd输出的TTL方波信号(ac和bd分别是一对差分信号，即A和C之间的相位差为180，B和D之间的相位差为180)。然而，交流和bd之间的相位差为90)，判断主指栅和指栅移动方向的原理如下：如果交流信号的相位比bd信号超前90，则方向为正，电机正转；如果交流信号相位延迟，bd信号为90，方向为负，电机反转。光电编码器是旋转测量装置的安装位置：伺服电机的尾部或螺杆的轴端；功能：将电机或丝杠的旋转角度转换成电脉冲(每个分辨率角度输出一个脉冲):1。增量式旋转编码器的特点：无断电记忆功能；2.绝对式旋转编码器的特点：具有断电记忆功能(数控断电加电，可读取坐标轴位置)，增量式光电编码器结构图，组成：1。旋转轴(与电机或螺杆同轴连接)2。光源(发光二极管和透镜)3。挡光板(用于识别旋转轴的旋转方向、位置和速度信号)4。零标记槽(产生零脉冲信号，坐标轴回到参考点)5。光敏元件(将光强信号转换成电信号)6。编码盘(盘上刻有等间距的伞状密集条纹)。用于产生脉冲信号)7。印刷电路板是信号处理电路(包括放大、整形、鉴相和倍频)8。接线座编码器工作电源(DC5V)和输出信号接口，增量旋转编码器，码盘结构：玻璃盘上镀一层金属膜，上面刻有伞形线条。增量式光电编码器结构图，编码器，螺距，光电编码器工作原理：工作原理：电机(或丝杠)带动编码器旋转。光源由透镜聚焦并照射在挡光板上。当挡光板上的条纹与码盘上的条纹重合时(条纹间距相同)，透射光照射在光敏元件上。每当码盘转动一个节距，照射在光敏元件上的光强信号改变明暗(类似于正弦波的变化)，然后光敏元件输出正弦波电信号，该电信号被放大和积分以形成脉冲信号输出。当编码器连续旋转时，脉冲信号连续输出。光电编码器的测量精度取决于码盘上两个相邻条纹之间的夹角(分辨率角越小，测量精度越高)。分辨率角度表达式：例如，如果码盘上的条纹行数为1024，即1024P/r，则=360/1024=0.352、放大和整形电路、光源、透镜、挡光板、码盘、光敏元件、脉冲输出、旋转轴、计数器(P数，反映码盘的旋转角度)、数控、F/V、驱动器、(位置反馈)、(速度反馈)、光电编码器工作原理图、N、间距、电压信号c信号脉冲信号频率至当光源照射在光电元件上时，输出电信号：A和A的信号相位差为180，B and B的信号相位差为180；当A组脉冲信号的波形由B 90组提前时，电机正转；当A组脉冲信号的波形滞后于B 90组时，电机反转。倍频电路的功能是将光电编码器输出的脉冲信号相乘，以增加编码器输出的脉冲数，提高光电编码器的检测精度。增加倍频电路的原因：码盘上的条纹数量有限(一般为1000、1024、2000、2500、3000条/r)。在实际应用中，光电编码器一般采用倍频电路来扩大码盘上的条纹数量，提高编码器的检测精度。例如，装有2000P/r光电编码器的伺服电机驱动一个螺距为8毫米的滚珠丝杠来移动工作台。找出：(1)编码器的分辨率(即编码器输出的每个脉冲工作台移动的距离)(2)4次倍频后编码器的分辨率；例如，装有2000P/r光电编码器的伺服电机驱动一个螺距为8毫米的滚珠丝杠来移动工作台。找出：(1)编码器的分辨率(即每次脉冲输出时工作台移动的距离)(2)4倍频率后编码器的分辨率；解决方案：让分辨率为XMM(1)2000 p/r :8mm/r=1p : x=0.004mm(倍频前)(2)倍频后，每转输出的脉冲数为8000 p/r；8000 p/r :8mm/r=1p : x=0.001mm(4倍频率后)，即频率加倍后，编码器每移动工作台0.001mm输出一个脉冲，检测精度提高4倍。(螺距规格：2，3，4，5，6，8，10，12)，零标记槽的功能是产生零脉冲信号(光电编码器为码盘每转输出一个零标记脉冲信号)；零标记脉冲(零脉冲)的功能：1。在进给轴上，脉冲信号(零脉冲)作为坐标轴回到参考点；2.在主轴上，用于主轴的准停(M19方向)和螺纹加工(如车床车削螺纹时，数控系统接收到旋转脉冲后开始计算车削螺纹，以保证主轴每次旋转时Z轴进给一定的距离(螺距)，使主轴具有C轴插补功能)；测量位移(测量机床运动部件的位移)时，编码器应安装如下：内置式：安装在电机尾部，与电机同轴连接。外置式：安装在丝杠轴端(通过联轴器连接)。内部结构图如下：外部结构图如下：原理：通过检测电机的旋转角度间接估计工作台的位移并反馈给数控系统；原理：通过检测丝杠的旋转角度间接估计工作台的位移，并反馈给数控系统。结论：表现型比内在型具有更高的检测准确率。两者构成一个半闭环位置控制系统。特点：反馈回路不包括由联轴器、螺母副和导轨副引起的误差；特点：反馈回路包含电机和螺杆、编码器和螺杆联轴器的误差。编码器位移测量的原理：通过检测电机或丝杠的旋转角度，将角位移转换成电脉冲(分辨率角度的每次旋转输出一个脉冲)。脉冲数(A或B信号)反映了工作台的位移。脉冲(C信号)的频率反映了工作台的移动速度。例如，一个带光电编码器的伺服电机直接连接到滚珠丝杠上，光电编码器的行数为1024p/r，螺距为8mm，在数控系统的位置中断时间内计算2560p，工作台移动了多少毫米？编码器分辨率：编码器输出的每个脉冲的丝杠角位移。例如，一个带光电编码器的伺服电机直接连接到滚珠丝杠上，光电编码器的行数为1024p/r，螺距为8mm，在数控系统的位置中断时间内计算2560p，工作台移动了多少毫米？溶液那么1024 p/r :8mm/r=2560 p/r : xx=20mm，数控系统中的参数是：光电编码器的行号；螺距。华中数控系统轴参数：外脉冲等效分子(螺距)外脉冲等效分母(10)，2。主轴由车床主轴控制。编码器的功能：1)主轴旋转和Z轴进给(车削螺纹)的同步控制；例如，主轴每旋转一周，刀具就精确地移动一个螺距，并转动螺纹。2)主轴恒定线速度切割控制(控制刀具线速度恒定G96、粗车(扭矩恒定)、精车(线速度恒定)；目的：保证工件表面加工精度，提高产品质量。例如，切割时，刀具的线速度表达式为v=2Dn。车削外圆时，工件的D越来越小。为了保证工件表面的加工精度，数控系统通过计算自动改变主轴的转速，使切削速度V恒定(精车)。3)主轴方向控制；主轴定位：使主轴刀具准确地停在固定位置。目的：方便换刀或定向退刀(精镗床、加工中心)。3、速度测量(检测主轴、进给轴电机的实际速度)为进给轴，速度测量的目的是用于恒速切削加工。对于主轴，用于显示实际转速，以优化主轴的转速参数。半闭环数控系统，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，f/v，F/V，F转速N与电压V成正比)3)提供位置反馈信号(检测电机的旋转角度，将其转换为电脉冲信号，并反馈给数控系统，形成半闭环控制系统)。在该图中，示出了在某一时刻定子和转子的旋转磁场的轴，是滞后角；坐标轴返回参考点的控制参考点：设置在机床运动部件的最大行程(一般指机床坐标系的正方向)，机床调试和加工的参考点称为参考点。将机床返回到该固定点的操作称为返回参考点或返回零。目的：建立机床坐标系；正方向返回参考点的条件：零返回开关的位置应与正限位开关的方向相同；(2)返回参考点的方向参数设置为“”；机床坐标轴与旋转轴的关系应遵循以下规则：坐标轴名称：直线轴1: x，y，z旋转轴：a，b，c直线轴2: u，v，w，机床坐标轴与旋转轴的关系图，数控机床闭环或半闭环控制系统中单坐标轴返回参考点的工作过程：S1:定位偏移值；通过设定坐标轴参数，(消除回零开关的疲劳)，开环系统坐标轴返回参考点的工作过程是：当回零停止被压回零开关时，步进驱动器发送给步进电机A相绕组的第一个脉冲作为参考点，此时坐标轴位置参考点的定位偏移值作为坐标轴参考点的位置。脉冲分频器，功率放大器，步进驱动器，A，B，C，A1，B1，C1，A2，B2，C2，数控，步进驱动器，A，B，C，谢谢！作业：P28:思考和练习2-2，2-3，2-4，2-5，2-6，2-7；G91G 0X 20Z 30F 50S 20M 03T 02，输入端子板：SB，SQ(极限，归零)，外部操作许可，换刀开