數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置

1、數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置一、對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求(1)w 在機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求。不同類型的數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的精度和速度要求不一樣。通常要求檢測(cè)元件的分辨度(即檢測(cè)的最小位移量)在0.00l0.01mm之內(nèi)；從速度上講，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度為030m/min。主軸轉(zhuǎn)速也達(dá)到10000r/min，有些甚至更高，因此要求檢測(cè)裝置必須滿足數(shù)控機(jī)床高精度和高速度的要求。w 在機(jī)床的工作環(huán)境中，能可靠地工作，亦即受溫度影響小，抗干擾能力強(qiáng)，并能長(zhǎng)期保持精度。一、對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求(2)w 易于實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量和處理，易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化。w 易于與數(shù)控系統(tǒng)連接，使用、維護(hù)簡(jiǎn)單、方便。w

2、 成本低、壽命長(zhǎng)。二、位置檢測(cè)裝置的分類(1)w 絕對(duì)值測(cè)量和增量測(cè)量絕對(duì)值測(cè)量和增量測(cè)量n絕對(duì)值測(cè)量絕對(duì)值測(cè)量 是任一被測(cè)量點(diǎn)位置都由一個(gè)固定的零點(diǎn)(即坐標(biāo)原點(diǎn))作為基準(zhǔn)，每一測(cè)量點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的對(duì)零點(diǎn)的測(cè)量值。n增量測(cè)量檢測(cè)增量測(cè)量檢測(cè) 是相對(duì)位移量，有多個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)，任何一個(gè)點(diǎn)都可作為測(cè)量基準(zhǔn)，因而檢測(cè)裝置比較簡(jiǎn)單，在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上大都采用這種測(cè)量方式。典型的檢測(cè)元件有感應(yīng)同步器、光柵、磁柵等。二、位置檢測(cè)裝置的分類(2)w 數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量n數(shù)字式測(cè)量數(shù)字式測(cè)量 將被測(cè)量以數(shù)字形式表示。數(shù)字測(cè)量輸出信號(hào)一般是電脈沖，可以把它直接送到數(shù)控裝置(計(jì)算機(jī))進(jìn)行比

3、較、處理。其典型的檢測(cè)裝置如光柵位移測(cè)量裝置。n模擬式測(cè)量模擬式測(cè)量 將被測(cè)量用連續(xù)的變量(如相位變化、電壓幅值變化)來(lái)表示的。在數(shù)控機(jī)床上模擬式測(cè)量主要用于小量程的測(cè)量，例如感應(yīng)同步器的一個(gè)線距內(nèi)信號(hào)相位變化等。 二、位置檢測(cè)裝置的分類(3)w 直接測(cè)量和間接測(cè)量直接測(cè)量和間接測(cè)量n直接測(cè)量直接測(cè)量 將檢測(cè)裝置直接安裝在執(zhí)行部件上。測(cè)量直線位移量，常用光柵，感應(yīng)同步器等檢測(cè)裝置。其優(yōu)點(diǎn)是直接反映工作臺(tái)的直線位移量，測(cè)量精度高。缺點(diǎn)是檢測(cè)裝置要和行程等長(zhǎng)，這對(duì)大型數(shù)控機(jī)床是一個(gè)很大的限制。n間接測(cè)量間接測(cè)量 通過(guò)測(cè)量與工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)間接地測(cè)量工作臺(tái)的直線位移，檢測(cè)裝置常用旋轉(zhuǎn)變

4、壓器等。間接測(cè)量使用可靠方便，無(wú)長(zhǎng)度限制，其缺點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)加入了直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響測(cè)量精度。三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(1)w 光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器(1)n光電脈沖編碼器是一種常用角位移傳感器，屬間接測(cè)量元件。它通常與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)同軸連接。光電編碼器隨著電動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，可以連續(xù)發(fā)出脈沖信號(hào)。數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)該信號(hào)的接收、處理和計(jì)數(shù)，即可得到電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而算出當(dāng)前工作臺(tái)的位移。三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(2)w 光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器(2)n光電編碼器的原理如圖所示。在玻璃圓盤上用真空鍍膜的方法鍍上一層不透光的金屬薄膜，再涂上一層均勻的感

5、光材料，然后用精密照相腐蝕的方法，制成沿圓周等距的透光與不透光相間的條紋，從而構(gòu)成了圓光柵，在指示光柵5上具有寬度相同的透光條紋。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓光柵旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線透過(guò)這兩個(gè)光柵照在光電元件4上，使光電元件接收到的光通量時(shí)明時(shí)暗地變化，光電元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)放大、整形等處理，便形成了輸出的方波信號(hào)。光電脈沖編碼器原理圖圖例三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(3)w 光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器(3)n光電編碼器的指示光柵（固定不動(dòng)）上有兩段條紋組和，每組條紋的間距（稱為節(jié)距）與圓光柵相同，而組與組的條紋彼此錯(cuò)開(kāi)1/4節(jié)距，兩組條紋相對(duì)應(yīng)的光電元件所感應(yīng)的信號(hào)的相位彼此相差90。當(dāng)電動(dòng)機(jī)

6、正轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)超前信號(hào)90，當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)信號(hào)超前信號(hào)90。數(shù)控裝置正是利用這一相位關(guān)系判斷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，同時(shí)利用信號(hào)（或信號(hào)）的脈沖數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角。因此采用光電編碼器所構(gòu)成的位置閉環(huán)控制的分辨率主要取決于圓光柵一圈的條紋數(shù)。三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(4)w 光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器(4)n在光電編碼器的里圈還有一條透光條紋，每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)零位脈沖信號(hào)。在進(jìn)給電動(dòng)機(jī)所用的光電編碼器上，零位脈沖用于精確確定機(jī)床的參考點(diǎn)，而在主軸電動(dòng)機(jī)上，則可用于主軸準(zhǔn)停以及螺紋加工等。三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(5)w 感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)與工作原理感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)與工作原理n如圖所示。感應(yīng)同

7、步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺和滑尺平行安裝，且保持一定間隙。定尺表面印制有平面繞組，滑尺上印制有兩組分段繞組，分別稱為正弦繞組和余弦繞組。這兩段繞組相對(duì)于定尺繞組在空間錯(cuò)開(kāi)1/4的節(jié)距，節(jié)距為2。當(dāng)滑尺的任一繞組加上勵(lì)磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)，在定尺繞組上將感應(yīng)出相同頻率的感應(yīng)電壓，通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電壓，可以精確地測(cè)量出位移量。直線感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)圖例三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(6)w 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理（旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理（1 1）n旋轉(zhuǎn)變壓器是一種控制用的微電機(jī)，它將機(jī)械轉(zhuǎn)角變換成電信號(hào)輸出。在結(jié)構(gòu)上與兩相式異步電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組為變壓器的初級(jí)，轉(zhuǎn)

8、子繞組為變壓器的次級(jí)，勵(lì)磁電壓接到定子繞組上。旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求，維護(hù)方便，抗干擾性強(qiáng)，工作可靠，因此在數(shù)控機(jī)床上廣泛應(yīng)用。三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(7)w 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理（旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)與工作原理（2 2）n旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上保證定子和轉(zhuǎn)子之間空氣隙內(nèi)磁通分布符合正弦規(guī)律，當(dāng)勵(lì)磁電壓加到定子繞組上時(shí)，通過(guò)電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖所示。其輸出電壓的大小取決于轉(zhuǎn)子的角向位置，即隨著轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的角度呈正弦變化。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理圖例三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(8)w 光柵（光柵（1）w 光柵的結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu)光柵通常作為高精度

9、數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)元件，它將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖，反饋給數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。光柵制作精度通過(guò)激光技術(shù)達(dá)到微米級(jí)，通過(guò)細(xì)分電路可以做到0.1m甚至更高的分辨率。w 如圖所示，光柵檢測(cè)裝置主要由光源、聚光鏡、標(biāo)尺光柵(長(zhǎng)光柵)、指示光柵(短光柵)和光敏元件等組成。光柵檢測(cè)裝置圖例三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(9)w 光柵（光柵（2）n光柵是在一塊長(zhǎng)方形的光學(xué)玻璃上或金屬鏡面上均勻地刻有許多與運(yùn)動(dòng)方向垂直的線紋，常用的光柵每毫米刻有50、100或200線紋。相鄰線紋之間的距離稱為柵距，柵距可以根據(jù)測(cè)量精度確定。標(biāo)尺光柵安裝在機(jī)床的移動(dòng)部件上，指示光柵安裝在機(jī)床的固定部件上。兩

10、塊光柵刻線密度必須相同，且相互平行并保持一定的間隙。三、常見(jiàn)位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理(10)w 光柵（光柵（3）n當(dāng)指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一小角度時(shí)，兩光柵尺上線紋相互交叉，如圖3-67所示。在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的區(qū)域內(nèi)黑線重疊，透明區(qū)域變大，擋光效應(yīng)最弱，透光的累積使該區(qū)域出現(xiàn)亮帶；而距交叉點(diǎn)越遠(yuǎn)的區(qū)域，兩光柵不透明黑線的重疊部分越少，黑線的擋光效應(yīng)增強(qiáng)，該區(qū)域出現(xiàn)暗帶。這種明暗相間與光柵線紋幾乎垂直的條紋稱為莫爾條紋。 學(xué)習(xí)小結(jié)（1）w 數(shù)控機(jī)床要求主軸有寬的調(diào)速范圍，高的輸出功率，實(shí)現(xiàn)恒線速度加工以及刀具的自動(dòng)更換等。數(shù)控機(jī)床的主軸傳動(dòng)的三種配置方式：分段無(wú)級(jí)變速、

11、帶傳動(dòng)變速以及電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)方式。數(shù)控機(jī)床的主軸有多種支承方式：有滿足強(qiáng)力切削的主軸、有用于高速，輕載，高精密的主軸以及用于中等精度，低速，重載的數(shù)控機(jī)床的主軸；學(xué)習(xí)小結(jié)（2）w 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)要求具備高傳動(dòng)剛度、高諧振、低摩擦、低慣量、無(wú)間隙等特點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床上直齒圓柱齒輪副、斜齒圓柱齒輪副、錐度齒輪副、齒輪齒條副常用剛性調(diào)整法或柔性消隙方法。滾珠絲桿螺母副采用雙螺母的方式消除間隙，垂直方向使用滾珠絲桿螺母副時(shí)需采用制動(dòng)裝置，滾珠絲桿螺母副使用時(shí)應(yīng)采取密封與潤(rùn)滑措施。w 數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及分度工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)或分度運(yùn)動(dòng)。 學(xué)習(xí)小結(jié)（3）w 機(jī)床上常用的導(dǎo)軌有：以貼塑、注塑為代表的滑動(dòng)導(dǎo)軌、以

12、滾動(dòng)導(dǎo)軌塊為代表的滾動(dòng)導(dǎo)軌和液壓導(dǎo)軌。w 數(shù)控機(jī)床常用的位置檢測(cè)元件有光電編碼器、感應(yīng)同步器、光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器等。w 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化加工的過(guò)程中，除數(shù)控系統(tǒng)外，自動(dòng)排屑裝置、液壓裝置等輔助設(shè)施同樣具有很重要的作用。思考與練習(xí)題思考與練習(xí)題（1）w 數(shù)控機(jī)床對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)的要求是什么？w 畫出典型主軸電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線，什么叫恒功率調(diào)速和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速？為什么在基速上下會(huì)形成恒功率調(diào)速和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速？w 試述三位液壓撥叉的工作原理。w 什么叫主軸分段無(wú)級(jí)變速，為什么要采用主軸分段無(wú)級(jí)變速？w 數(shù)控機(jī)床如何實(shí)現(xiàn)主軸的定向準(zhǔn)停控制？試述磁傳感器準(zhǔn)停的結(jié)構(gòu)與工作原理。思考與練習(xí)題思考與練習(xí)題（2）

13、w 加工中心主軸軸承的配置形式主要有幾種？各適用于什么場(chǎng)合？w 數(shù)控機(jī)床的主軸有哪幾種潤(rùn)滑形式？各有何特點(diǎn)？w 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)有哪幾種傳動(dòng)方式？各有何特點(diǎn)？w 數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的性能有何要求？w 滾珠絲桿螺母副的工作原理與特點(diǎn)是什么？什么是內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)方式？思考與練習(xí)題思考與練習(xí)題（3）w 滾珠絲桿支承有哪幾種？特點(diǎn)是什么，各適用于什么情況？w 試述滾珠絲桿螺母副消除間隙和預(yù)加載荷的方法。w 說(shuō)明數(shù)控分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)和工作原理。w 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)齒輪為什么要消除齒側(cè)間隙，消除齒側(cè)間隙的措施有哪些，各有何優(yōu)缺點(diǎn)？w 在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服傳動(dòng)中，為什么經(jīng)常采用同步齒形帶？思考與練習(xí)題思考與練習(xí)題（4）w 為什么在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中普遍采用滾珠絲桿副？w 導(dǎo)軌的功用是什么？滑動(dòng)導(dǎo)軌按截面形狀可分為哪幾種？