数控机床的典型结构.ppt

1、1,3.6数控机床的检测装置 3.6.1 检测装置的分类,1. 位置检测装置的要求 在闭环数控系统中，位置检测装置的作用是检测机床运动部件的位置和速度，发送反馈信号，构成闭环控制系统。检测系统的精度决定了CNC的精度和分辨率。,1)能满足精度和速度的要求； 2)高能可靠性和高抗干扰能力强； 3)使用、维护简单方便； 4)成本低；,通常，检测装置的分辨率(即检测的最小位移量)在0.0110微米内；运动速度为024m/min。,2,2.位置检测装置的分类 由于工作条件和测量要求不同，数控机床常用以下几种测量方式：,1)绝对值测量方式和增量测量方式 绝对值测量方式是任一被测量点位置都由一个固定的零点

2、（即坐标原点）算起，每一测量点，都有一个相应的对原点的测量值。 增量测量方式检测的是相对位移量，有多个测量基准，任何一个对中点都可作为测量起点，因而检测装置比较简单。 轮廓控制数控机床大都采用增量测量方式。典型元件如感应同步器、光栅、磁尺等。,3,2)数字式测量和模拟式测量 数字式测量是将被测量量化后以数字量表示，可直接送到CNC进行比较、处理。 如光栅、编码器等，特点是： (1) 被测量量化成脉冲个数，便于处理； (2) 结构比较简单，脉冲信号抗干扰强。,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。 如旋转变压器、感应同步

3、器等，特点是： (1)直接测量被测量，无须量化； (2)在小量程内可以实现高精度测量。,4,3)直接测量和间接测量 直接测量是将检测装置直接安装在直线运动部件上，测量直线位移量。常用光栅，感应同步器等。 优点是直接反映运动部件的直线位移量； 缺点是检测装置要和行程等长。,间接测量是通过测量与运动部件直线运动相关联的回转角度间接地测量直线位移。常用编码器、旋转变压器等。 优点是使用可靠方便，无长度限制； 缺点是测量信号加入机械传动链误差，从而影响测量精度。,5,一、脉冲编码器,脉冲编码器是一种旋转式脉冲发生器，它将机械几何转角转换成脉冲或数字量的传感器。可用于位置和速度的检测，是目前应用最多的传

4、感器，根据检测原理，脉冲编码器可分为光电式、电磁感应式和接触式三种。,1.脉冲编码器分类,3.6.2 常用的位置检测装置,6,2.光电脉冲编码器结构原理,光电编码器是由圆光栅、扇形指示光栅、光电检测装置组成。 圆光栅盘是在一定直径圆盘的圆周上等分地开通若干个长方形孔，圆盘与电动机同轴。,7,圆光栅与电动机同速旋转时，光线透过两个光栅形成明暗相间的条纹，经光电元件接受转换成交变电信号，接近正弦波，经量化整形成脉冲信号。 计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。为判别旋转方向，编码器提供相位相差90的两路脉冲A，B信号和一个“一转脉冲”定位用C信号。,8,光电编码器输出波形,光电

5、编码器优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。,9,二、绝对值编码器,绝对值编码器是一种直接编码直接测量的传感器，它直接输出数字量。 结构与脉冲编码器类似，只是其圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，直接形成二进制数。,绝对值编码器也分为光电式、电磁式和接触式三种。常用为光电式，其码盘如

6、图。,10,光电绝对值编码器,11,二进制自然码盘,二进制格雷循环码盘,12,绝对值编码器是利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的。它与增量式编码器的区别是不要计数器，在转轴的任意位置都可 读出一个固定的与位置相对应的数字码，根据码盘上读出的编码确定转轴的绝对位置。其特点是： 1)可以直接读出角度坐标的绝对值； 2)没有累积误差； 3)电源切除后位置信息不会丢失。 绝对值编码器分辨率是由二进制的位数来决定的，即其精度取决于码道数N ，码道越多，分辨率就越高。目前有10位、14位、16位等绝对值编码器产品。,13,三、光栅,按光线可分反射、透射光栅； 按原理可分透射直线式、莫尔条

7、纹式光栅； 按形状还可分为圆光栅和长光栅。 圆光栅用于角位移的检测，长光栅用于直线位移的检测。,光栅是一种非接触式测量，它将机械位移或模拟量转变成数字脉冲，测量精度高(微米级)。,光栅的测量原理是将光栅移动时产生的光线明暗变化转化成脉冲电信号变化而工作的。,14,光栅由光栅尺和光栅读数头两部分组成。光栅尺包括标尺光栅和指示光栅。光栅的结构如图。,1.光栅检测装置组成,标尺光栅固定在机床运动部件上，指示光栅在光栅读数头内部，装在机床固定件上，两者间隙0.051mm。,(1)光栅结构,光栅读数头,15,对于长光栅：线纹等距平行线，间距称栅距p。 对于圆光栅：线纹是等栅距角的向心条纹。,栅距p和栅距

8、角是决定光栅性质的基本参数。 常见长光栅的线纹密度为25250条/mm。圆光栅，若直径为110mm，一周内刻线达6001024条，甚至更高。 同一个光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。,(2)光栅尺线纹,光栅是用真空镀膜的方法在透明玻璃片或长条形金属镜面上光刻均匀密集线纹形成的。,16,光栅检测装置结构示意图,(3)光栅检测装置构成,17,2. 透射直线式光栅检测装置,这种光栅只能透过单个透明间隔，光强度弱，脉冲信号也不强，适用于线纹较粗的场合。,结构特点： 指示光栅与 标尺光栅线 纹平行,18,3. 莫尔条纹式光栅检测装置,结构特点： 指示光栅与 标尺光栅线 纹交叉角,19,WP/,莫尔条纹特点： 1)光强近似余弦分布； 2)放大光栅栅距； 3)平均栅距误差； 4)莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成比例。 （标尺走过一个p，莫尔条纹移动一个w）,20,1）响应速度快、量程宽、测