机床数控技术应用课件作者滕宏春第三章节.ppt

在自动控制系统中，把被控量以一定的准确度跟随控制量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。 数控机床的伺服系统是以机床移动部件的位置和速度为被控制量的自动控制系统。 伺服驱动系统接收来自插补装置或插补软件生成的进给脉冲指令，经过一定的信号变换及电压、功率放大，将其转化为机床工作台相对于切削刀具的运动。 直线感应同步器的基体通常采用厚度为10 mm的铜板或铸铁制成，以减小与机床的温度误差。平面绕组为铜箔，通常采用厚度为0.05mm或0.07mm的紫铜箔，用绝缘粘结剂热压黏结在基体上，再利用刻蚀方法制成所需的绕组。 2)模拟式测量 模拟式测量是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等，数控机床所用模拟式测量主要用于小量程的测量，如感应同步器的一个线距(2mm)内的信号相位变化等。在大量程内作精确的模拟式测量时，对技术要求较高。模拟式测量的特点是： ①直接测量被测的量，无需变换。 ②在小量程内实现较高精度的测量，技术上较为成熟。如用旋转变压器、感应同步器等。 2)增量式测量与绝对式测量 1)增量式测量 增量式测量的特点是： 只测位移量，如测量单位为0.01mm，则每移动O.01mm就发出一个脉冲信号。在轮廓控制的数控机床上大都采用这种测量方式。典型的测量元件有感应同步器、光栅、磁尺等。 2)绝对式测量 绝对式测量装置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。装置的结构较增量式复杂，如编码盘中，对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构也就愈复杂。 3）直接测量与间接测量 1)直接测量 直接测量是将检测装置直接安装在执行部件上，如光栅、感应同步器等用来直接测量工作台的直线位移，其缺点是测量装置要和工作台行程等长。 2)间接测量 间接测量装置是将检测装置安装在滚珠丝杠或驱动电动机轴上，通过检测转动件的角位移来间接测量执行部件的直线位移。间接测量方便可靠，无长度限制。其缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。 感应同步器是利用电磁原理将线位移和角位移转换成电信号的一种装置。根据用途，可将感应同步器分为直线式和旋转式两种，分别用于测量线位移和角位移。 二 、感应同步器位置检测装置 1.感应同步器的结构 节距W2=2(a2+ b2) 定尺节距即为检测周期W W=2mm 一般取W1=W2或者取W1=2W/3 2.感应同步器的工作原理 电磁感应的强弱和相互之间的位置有直接的关系。 不同位置时的感应效果对比 在一个节距 内，位移 与θ的关系应为 滑尺在移动一个节距的过程中，感应电势(按余弦波形)变化了一个周期。 若励磁电压为 则在定尺绕组产生的感应电势为 1） 鉴相方式 根据相位来判断 通过检测感应电动势的幅值测量位移 2） 鉴幅方式 根据幅值来判断 通过检测感应电动势的相位测量位移 3.感应同步器输出信号的处理方式 (1)鉴相方式 根据叠加原理，定尺绕组上总输出感应电势为 例如定尺输出的感应电动势与滑尺励磁电压之间相位差为3.6°，在W=2mm的情况下 滑尺相对定尺节距为零的位置移动了0．02mm。 4．感应同步器的特点 (1)精度高 (2)工作可靠，抗干扰性强 (3)维修简单、寿命长 (4)测量距离长 (5)工艺性好、成本低、便于成批生产 目前直线感应同步器的精度可达±0.001mm，重复精度0.0002mm，灵敏度0.00005mm。 三 、 光栅位置检测装置 光栅用于数控机床作为检测装置，用以测量长度、角度、速度、加速度、振动和爬行等。它是数控机床闭环系统中用得较多的一种检测装置。 1．直线透射光栅的组成 光栅位置检测装置由光源、长光栅(标尺光栅)、短光栅(指示光栅)、光电接收元件等组成。长光栅随运动部件移动，要求与行程等长。短光栅则常固定在机床的相应部件上。长、短光栅保持一定间隙(0.05～0.1mm)重叠在一起，短光栅在自身的平面内旋转一个很小的角度。 2．莫尔条纹的产生和特点 1一光栅尺(标尺光栅) 2一指示光栅 3一光电接收元件4一光源 （1)放大作用 当标尺光栅和指示光栅的夹角很小时，栅距w和莫尔条纹节距B(单位：mm)有下列关系 莫尔条纹的节距为光栅栅距的1/θ倍。由于θ很小(小于1 O)，因此节距B比栅距W放大了很多倍。 若W=0.01mm，通过减小θ角，将莫尔条纹的节距调成1Omm时，其放大倍数相当于1000