数控机床位置检测装置.ppt

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 　　 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。 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。 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制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。 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，因此半闭环系统的精度不如闭环系统的高。 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，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。 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 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。 (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 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 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 三 检测装置的常用类型 1．数字式测量和模拟式测量 　　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。数字式测量的特点是： 　　（1）被测量转化成脉冲个数，便于显示和处理； 　　（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)； 　　（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。 　　模拟式测量的特点是： 　　（1)直接测量被测量，无须变换； 　　（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 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 一 增量式光电编码器工作原理 光电脉冲编码器的工作原理 　　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