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第六章_数控机床的检测装置讲述
第六章 数控机床的检测装置 主要内容: 概述 旋转变压器 感应同步器 光栅 磁栅 6.1 概述 1、作用: 检测位移(线位移或角位移)和速度,发送反馈信号 至数控装置,构成伺服系统的闭环或半闭环控制,使工 作台按指令的路径精确地移动,其精度决定了加工精度。 2、应用范围: 半闭环控制的数控机床:旋转变压器、编码器,安装在电机或丝杠上,测量了电机或丝杠的角位移,也就间接地测量了工作台的直线位移。 闭环控制系统的数控机床:感应同步器、光栅、磁栅等测量装置,安装在工作台和导轨上,直接测量工作台的直线位移。 6.1 概述 3、位置检测装置的精度包括系统精度和分辨率 系统精度:在一定长度或转角范围内测量累积误差的最大值。 分辨率:位置检测系统能够测量的最小位移量。 3、要求: 受温度、湿度的影响小,工作可靠,抗干扰能力强; 在机床移动的范围内满足精度和速度要求; 使用维护方便,适合机床运行环境; 成本低; 易于实现高速的动态测量。 6.1 概述 6.1 概述 6.1 概述 6.1 概述 2)绝对式测量方式 绝对式测量方式中,被测量的任一点的位置 都以一个固定的零点作基准,每一被测点都有一 个相应的对零点的测量值。避免了增量式检测方 式的缺陷,但其结构较为复杂。 6.1 概述 2.数字式与模拟式 1)数字式测量方式 将被测量单位量化后以数字形式表示,测量信号一般 为电脉冲,可直接把它送到数控装置进行比较、处理 特点: (1)被测量量化后转换成脉冲个数,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(存在 累加误差); (3)检测装置较简单,脉冲信号抗干扰能力强。 6.1 概述 2)模拟式测量方式 将被测量用连续的变量来表示,如用相位变化、电压 变化来表示,主要用于小量程测量。主要特点: (1)直接对被测量进行检测,无需量化; (2)在小量程内可以实现高精度测量; (3)可用于直接检测和间接检测。 6.1 概述 3.直接测量与间接测量 1)直接测量 对机床的直线位移采用直线型检测装置测量,称为直接检测。 测量精度主要取决于测量元件的精度,不受机床传动精度的影响。 但检测装置要与行程等长,对大型数控机床来说,这是一个很大的限制。 6.1 概述 2)间接测量 对机床的直线位移采用回转型检测元件测量,称为 间接测量。 优点: 使用可靠方便,无长度限制, 缺点: 在检测信号中加入了直线运动转变为旋转运动的传动链误差,影响检测精度。因此为了提高定位精度,常常需要对机床的传动误差进行补偿。 6.2 旋转变压器 6.2.1旋转变压器的结构 组成:定子、转子 分类:有刷和无刷两种 6.2 旋转变压器 旋转变压器分:单极对、多极对。常用单极对旋转变压 器和双极对旋转变压器。 单极对:定子和转子上各有一对磁极。 转子通常不直接与电机轴相联,经精密齿轮升速后再 与电机轴相联,根据丝杠导程选用齿轮升速比,以保证 机床的脉冲当量与输入设定的单位相同,升速比通常为 1:2、1:3、1:4、2:3、1:5、2:5等。 多极对:增加定子或转子的极对数,使电气转角为机械转角的倍数,用于高精度绝对式检测系统。 双极对:定子和转子上各有两对相互垂直的磁极,其检测精度较高,在数控机床中应用普遍。 6.2 旋转变压器 6.2.2 旋转变压器的工作原理 根据互感原理工作,定子与转子之间气隙磁通分布 呈正/余弦规律。当定子加上一定频率的激磁电压时, 通过电磁耦合,转子绕组产生感应电势,其输出电压的 大小取决于定子和转子两个绕组轴线在空间的相对位置。 6.2 旋转变压器 6.2 旋转变压器 6.2 旋转变压器 6.2 旋转变压器 旋转变压器的工作方式 6.2 旋转变压器 6.2 旋转变压器 6.2 旋转变压器 6.2 旋转变压器 6.2 旋转变压器 当测全长时,由于普通旋转变压器属于增量 式测量装置,如果将其转子直接与丝杠相联,转子转动 一周,仅相当于工作台1个丝杠导程的直线位移,不能反 映全行程,因此,要检测工作台的绝对位置,需要加一 台绝对位置计数器,累计所走的导程数,折算成位移总 长度。 另外,在转子每转1周时,转子的输出电压将随旋转 变压器的极数不同而不止一次地通过零点,必须在线路 中加相敏检波器来辨别转换点和区别不同的转向。 6.2 旋转变压器 此外,还可以用3个旋转变压器按1:1、10:1和100:1的比例相互配合串接,组成精、中、粗3级旋转变压器测量装置。如果转子以半周期直接与丝杠耦合(即“精”同步),结果使丝杠位移10mm,则“中”测旋转变压器工作范围为100mm,“粗”测旋转变压器的工作范围为1000mm。 为了使机床工作台按指令值到达
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