第6章数控机床的检测装置6.1概述6.1.1数控机床对检测装置的主要.PDF

第 6 章 数控机床的检测装置 6.1 概述 数控系统的位置控制是将插补计算的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值去 控制进给电机。而实际反馈位置的检测则是通过位置检测装置来实现的。常用的检测装 置有旋转变压器、感应同步器、编码器、光栅、磁栅等。 位置检测装置是数控机床闭环和半闭环伺服系统的重要组成部分，其作用是检测位 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。闭环或半闭环控制的数控机床的加工精度 主要由检测系统的精度决定。对于采用半闭环控制的数控机床，其位置检测装置一般采 用旋转变压器或编码器，安装在进给电机或丝杠上，旋转变压器或编码器每旋转一定角 度，都严格地对应着工作台移动的一定距离。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。对于采用闭环控制系统的数控机床，可采用感应同步器、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。 位置检测装置的精度主要包括系统精度和分辨率。系统精度是指在一定长度或转角 范围内测量累积误差的最大值，目前一般长度位置检测精度均已达到±0.002～0.02 ㎜／ m 以内，回转角测量精度达到±10″／360 °；系统分辨率是测量元件所能正确检测的最 小位移量，目前直线位移的分辨率多数为1µm，高精度系统分辨率可达 0.1µm，回转分 辨率为 2 ″。不同类型的数控机床对检测装置的精度和适应速度的要求是不同的。对于大 型机床以满足速度要求为主，对于中小型机床和高精度机床以满足精度要求为主。 6.1.1 数控机床对检测装置的主要要求 数控机床对检测装置的主要要求有： 1）受温度、湿度的影响小，工作可靠，抗干扰能力强； 2 ）在机床移动的范围内满足精度和速度要求； 3 ）使用维护方便，适合机床运行环境； 4 ）成本低； 5 ）易于实现高速的动态测量。 6.2 旋转变压器 旋转变压器是一种数控机床上常见的角度测量装置，它具有结构简单、动作灵敏、 工作可靠、对环境条件要求低 （特别是高温、高粉尘的地方）、输出信号幅度大和抗干扰 能力强等特点，其缺点是信号处理比较复杂。虽然如此，旋转变压器还是被广泛地应用 于半闭环控制的数控机床上。 6.2.1 旋转变压器的结构 旋转变压器又叫同步分解器，在结构上与两相绕线式异步电动机相似，由定子和转 子组成，是一种旋转式的小型交流电动机。旋转变压器分为有刷和无刷两种。有刷旋转 变压器定子与转子上两相绕组轴线分别相互垂直，转子绕组的引线 （端点）经滑环引出， 并通过电刷送到外面来。无刷旋转变压器无电刷与滑环，由分解器和变压器组成，如图 6 －1 所示，左边是分解器，右边是变压器，变压器的作用就是不通过电刷与滑环把信号传 递出来。分解器结构与有刷旋转变压器基本相同。变压器的一次绕组 （定子绕组）5 与分 解器转子 8 上的绕组相连，并绕在与分解器转子 8 固定在一起的线轴 6 上，与转子轴 1 一起转动；变压器的二次绕组 7 绕在与线轴 6 同心的定子4 的线轴上。分解器定子的线 圈外接激磁电压，常用的激磁频率为 400Hz 、500Hz、1000Hz 、2000Hz 及 5000Hz，如果 激磁频率较高，则旋转变压器的尺寸可以显著减小，特别是转子的转动惯量可以做得很 小，适用于加、减速比较大或高精度的齿轮、齿条组合使用的场合；分解器转子线圈输 出信号接到变压器的一次绕组 5，从变压器的二次绕组 （转子绕组）7 引出最后的输出信 号。无刷旋转变压器具有输出信号大、可靠性高、寿命长及不用维修等优点，所以数控 机床主要使用无刷旋转变压器。 3 2 5 6 1 8 4 7 图6