《数控机床 教学课件 ppt 作者 晏初宏 第五章 数控机床的位置检测装置》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床 教学课件 ppt 作者 晏初宏 第五章 数控机床的位置检测装置（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数控机床,第五章 数控机床的位置检测装置,第五章 数控机床的位置检测装置,第一节 位置检测装置概述 第二节 旋转变压器测量装置 第三节 感应同步器测量装置 第四节 光栅测量装置 第五节 磁栅测量装置 第六节 编码器测量装置,第一节 位置检测装置概述,一、开环、闭环、半闭环系统 开环系统没有位置检测装置，也就是说只有前向通路，没有反馈回路。在开环系统中以步进电动机作为控制对象，数控装置发出的插补脉冲经功率放大后直接控制步进电动机的转动(见图110)。步进电动机驱动电路每接收一个指令脉冲，步进电动机就旋转一定的角度，其旋转速度由指令脉冲频率控制，转角大小由脉冲个数决定。对应每一个脉冲，步进电动机转
2、过一个步距角，并使工作台相对刀具移动一个距离，这个距离就是脉冲当量。,第一节 位置检测装置概述,二、数控机床对位置检测装置的要求 在数控伺服系统中，一般具有两种反馈系统：一种是速度反馈系统，用来测量与控制移动部件的进给速度，或者旋转部件的运转速度；另一种是位置反馈系统，用来测量与控制运动部件按指令值移动的位移量。闭环系统和半闭环系统均安装有位置检测装置，常用的检测元件有旋转变压器、光栅、感应同步器和编码盘等。在闭环和半闭环系统中，位置检测装置是保证数控机床加工精度的关键。一般来说，数控机床使用的位置检测装置应满足以下主要要求： 1)工作可靠，抗干扰性强。 2)满足精度和速度的要求。 3)便于安
3、装和维护。 4)成本低，寿命长。,第一节 位置检测装置概述,三、位置检测装置的常用类型 位置检测装置按其测量对象、工作原理和结构特点主要有三种分类方法。 1.按检测对象不同分类 (1)直线位移测量装置 该装置将位置检测装置直接安装在数控机床的拖板或工作台上，直接测量数控机床移动部件的直线位移量，因此也称直接测量装置。 (2)转角位移测量装置 该装置将位置检测装置安装在驱动电动机上或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量数控机床移动部件的直线位移量，因此也称间接测量装置。,第一节 位置检测装置概述,2.按检测信号的选取形式不同分类 (1)数字式测量装置 该装置将被测位移量转换为脉冲个数，即
4、数字形式来表示。 (2)模拟式测量装置 该装置将被测位移量转换为连续变化的模拟电量来表示，如电压变化、相位变化等，因此可直接对被测量进行检测，无需量化处理；在小量程内可实现较高精度的测量，可用于直接测量和间接测量。 3.按测量的绝对值不同分类 (1)增量式测量装置 它只测量相对位移量(位移增量)，即每移动一个测量单位就发出一个测量信号。 (2)绝对式测量装置 对于被测量的任意点的位置，均由一个固定的零点计算起，每一被测点都有一个相应的测量值。,第一节 位置检测装置概述,表5-1 位置检测装置的常用类型,第二节 旋转变压器测量装置,一、旋转变压器的结构和工作原理 1.旋转变压器的结构,图5-1
5、有电刷式旋转变压器 1转子绕组 2定子绕组 3转子 4换向器 5电刷 6接线柱,第二节 旋转变压器测量装置,2.旋转变压器的工作原理,图5-3 正、余弦旋转变压器,第二节 旋转变压器测量装置,图5-4 旋转变压器的工作原理 a)=0 b)= c)=90,第二节 旋转变压器测量装置,图5-5 正、余弦旋转变压器的工作原理,第二节 旋转变压器测量装置,二、旋转变压器的工作方式 旋转变压器定子和转子中各有两个相互垂直的绕组，其中定子上的两个绕组分别为正弦绕组和余弦绕组；转子的两个绕组，其中一个绕组作为输出信号，另一个绕组接高阻抗作为补偿绕组。当给定子的两个绕组分别通以励磁电压时而产生励磁电流，转子旋
6、转时，这两相励磁电流产生的磁场就在转子绕组中产生感应电动势，这个感应电动势通过转子绕组输出。当转子绕组外接负载时，转子绕组中就有电流流过，这个电流会给定子和转子在气隙中合成的磁通造成畸变，而转子中的另一个绕组接高阻抗作为补偿绕组的目的就是为了解决合成磁通造成畸变的问题。,第二节 旋转变压器测量装置,图5-6 相位工作状态,1.相位比较工作方式(鉴相工作法),第二节 旋转变压器测量装置,图5-7 幅值工作状态,2.幅值比较工作方式(鉴幅工作法),第二节 旋转变压器测量装置,三、旋转变压器的应用 检测旋转变压器的二次侧绕组感应电动势E2的幅值或相位的变化，即可知偏转角的变化。如果将旋转变压器安装在
7、数控机床的滚珠丝杠上，当滚珠丝杠转动使角从0变化到360时，表示滚珠丝杠上的螺母进给了滚珠丝杠的一个螺距值，这样就间接地测出了数控机床移动部件的直线位移量。,第三节 感应同步器测量装置,一、感应同步器的结构和工作原理 1.感应同步器的结构,图5-8 直线式感应同步器,第三节 感应同步器测量装置,2.感应同步器的工作原理,表5-2 定尺绕组感应电压与定尺、滑尺之间相对位置的关系,第三节 感应同步器测量装置,二、感应同步器的工作方式 感应同步器同旋转变压器的工作方式相似，根据滑尺励磁绕组供电方式的不同，感应同步器的工作状态可分为相位工作方式和幅值工作方式两种情况。 1.相位工作方式(鉴相工作法)
8、2.幅值工作方式(鉴幅工作法) 三、感应同步器的检测系统 1.鉴相检测系统,图5-9 鉴相检测系统框图,第三节 感应同步器测量装置,2.鉴幅检测系统,图5-10 鉴幅检测系统框图,第四节 光栅测量装置,一、光栅测量的工作原理,图5-11 光栅条纹 1标尺光栅 2指示光栅 3光电接收器 4光源,第四节 光栅测量装置,图5-12 光栅测量装置,第四节 光栅测量装置,图5-13 莫尔条纹示意图,第四节 光栅测量装置,二、光栅的种类及构造 光栅的种类很多，常见的有玻璃透射光栅和金属反射光栅。玻璃透射光栅是在光学玻璃的表面上涂上一层感光材料或金属镀膜，再在涂层上刻出光栅条纹(如用刻蜡、腐蚀、涂黑等办法制
9、成)。金属反射光栅是在钢尺或不锈钢带的表面上，光整加工成反射光很强的镜面，用照相腐蚀工艺制作光栅条纹。光栅也可以制成圆盘形(圆光栅)，用来测量角位移。在圆盘的外环圆周面上，条纹呈辐射状、相互间夹角相等。 (1)透射直线式光栅 透射直线式光栅由光源、长光栅、短光栅、光电元件等组成。,第四节 光栅测量装置,(2)莫尔条纹式光栅 1)放大作用。 2)均化误差作用。 3)莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例。,表5-3 莫尔条纹的移动方向与光栅夹角的关系,三、光栅的信息处理及应用 1.信息处理,第四节 光栅测量装置,图5-14 光栅测量装置信号变化波形 a)光强度与光栅位移关系曲线 b)输出电压与光栅位移
10、关系曲线 c)放大后输出电压与光栅位移 关系曲线 d)整形后输出电压与光栅位移关系曲线 e)微分后输出电压与光栅位移关系曲线,第四节 光栅测量装置,2.光栅读数头 (1)分光读数头 如图5-15所示，从光源Q发出的光，经过透镜L1照射到光栅G1和G2上形成莫尔条纹。 (2)垂直入射读数头 这种读数头主要用于每毫米25125条刻线的玻璃透射光栅测量装置，如图5-16所示。,图5-15 分光读数头,第四节 光栅测量装置,(3)反射读数头,图5-17 反射读数头,第四节 光栅测量装置,3.辨向方法,图5-18 光电元件的安装及所产生的电流波形 a)安装图 b)波形图,第五节 磁栅测量装置,一、磁栅测
11、量装置的组成,图5-19 磁栅测量装置框图,第五节 磁栅测量装置,二、磁栅测量装置的结构和工作原理 1.磁尺 (1)平面实体型磁尺 磁头和磁尺之间留有间隙，磁头固定在带有板弹簧的磁头架上。 (2)带状磁尺 带状磁尺是在材料为磷青铜的带状基体上电镀一层合金磁膜，带状磁尺宽为70mm、厚为0.2mm、最大长度可达15m。 (3)线状磁尺 如图5-21所示，在直径为2mm的青铜丝上镀以合金或永磁材料的磁膜，线状磁尺在两磁头中间穿过，与磁头同轴，两者之间具有很小的间隙。,第五节 磁栅测量装置,图5-20 带状磁尺,第五节 磁栅测量装置,图5-22 圆形磁尺,(4)圆形磁尺,第五节 磁栅测量装置,图5-
12、23 单磁头结构,2.磁头,第五节 磁栅测量装置,图5-24 双磁头结构,第五节 磁栅测量装置,三、磁栅测量装置的工作方式 磁栅测量是模拟测量，必须和检测电路配合才能实施检测。根据检测方法的不同，磁栅测量可分为鉴相式测量和鉴幅式测量两种工作方式，其中以鉴相式测量方式应用较多。 1.鉴相式测量检测电路,图5-26 鉴相式测量检测电路框图,2.鉴幅式测量检测电路,第六节 编码器测量装置,一、光电式编码器的结构 光电式编码器是一种光电脉冲发生器，其最初结构就是一种光电盘。它由光源、聚光镜、光电盘、分度狭缝、光电元件、数模转换和方向辨别电路及数字显示装置等组成，如所示。,图5-27 光电式编码器测量装
13、置,第六节 编码器测量装置,二、光电式编码器的工作原理 当光电盘与工作轴一起转动时(见图527)，光源通过狭缝照射在光电元件上，每转过一个缝隙发生一次光线的明暗变化，则光电元件接收的光强度按近似的正弦规律变化，经光电元件变成近似的正弦波电信号，对其进行放大、整形等处理后得到脉冲信号。脉冲数等于光电盘转过的狭缝数，将脉冲信号送入计数器中计数，根据脉冲数及其频率即可测出工作轴的转角及转速。 1.增量式脉冲编码器,图5-28 光电输出波形图和信号处理电路框图 a)信号处理电路框图 b)光电输出波形图,第六节 编码器测量装置,图5-29 用脉冲频率法测量转速的原理图,第六节 编码器测量装置,图5-31 接触式4位二进制数编码盘,2.绝对式脉冲编码器,
