數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)系統(tǒng)的故障分析論文

1、數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)系統(tǒng)的故障分析論文摘要：檢測(cè)的精度不僅取決于檢測(cè)傳感器，也取決于測(cè)量電路，位置檢測(cè)元件由（傳感器） 和信號(hào)處理裝置組成的，是數(shù)控機(jī)床閉環(huán)私服系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用是檢測(cè)工作臺(tái) 的位置和速度的實(shí)際值，并向數(shù)控裝置或私服裝置發(fā)送反饋信號(hào)，從而構(gòu)成閉環(huán)控制。檢測(cè) 元件一般利用光或磁的原理完成對(duì)位置或速度的檢測(cè)。位置檢測(cè)元件的精度一般用分辨率和 系統(tǒng)精度表示，分辨率是指檢測(cè)元件所能正確檢測(cè)的最小數(shù)量單位，它是由檢測(cè)元件的本身 的品質(zhì)因素所決定。系統(tǒng)精度是指在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，檢測(cè)元件輸出所表示的位移或速度等數(shù)值 與實(shí)際的位移或速度等數(shù)值之間最大的誤差值。一般要求檢測(cè)元件的分辨率和系統(tǒng)精

2、度比加 工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。關(guān)鍵詞：光柵、光電編碼器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)變壓器、磁柵尺。前言：在數(shù)控機(jī)床的伺服中不僅有位置檢測(cè)反饋還有速度檢測(cè)反饋，檢測(cè)元件的精度是影響 機(jī)床精度主要因素之一。一、光柵故障分析光柵有兩種形式：一種是透射光柵，是在透明玻璃片上刻有一系列等間隔筆記線紋。光 柵利用光學(xué)原理，通過關(guān)敏元件檢測(cè)莫爾條紋移動(dòng)的數(shù)量來檢測(cè)機(jī)床工作臺(tái)的位移量光柵輸 出信號(hào)兩種形式：一種是TTL點(diǎn)評(píng)脈沖信號(hào)，即用于辨向兩個(gè)相位信號(hào)和用于機(jī)床回參考 點(diǎn)控制的零標(biāo)志信號(hào);另一種是電壓或電流的正弦信號(hào)，通過EXE脈沖整形插值器產(chǎn)生TTL 電平辨向和零標(biāo)志位脈沖信號(hào)。光柵安裝在機(jī)床上，容易受到油污、冷卻液

3、污染，造成信號(hào)丟失影響位置控制精度，所以對(duì) 光柵要經(jīng)常維護(hù)，保持光柵的清潔。另外要防止振動(dòng)和敲擊，以免損壞光柵。二光電編碼器故障分析光電編碼器利用光電原理把機(jī)械角位移轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，是數(shù)控機(jī)床常用的位置檢測(cè) 元件。光電編碼器按輸出信號(hào)與對(duì)應(yīng)位置的關(guān)系，通常分為增量式光電編碼器、絕對(duì)式光電 編碼器和混合式光電編碼器。增量式光電編碼器在光電圓盤的邊緣上刻有間隔相等的透光縫隙，在其正反兩面分別裝有光 源和光敏元件。當(dāng)光電圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)光敏元件將明暗變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào)，因此增量 式光電編碼器輸出的脈沖數(shù)與裝懂的角位移成正比，但是增量式光電編碼器不能檢測(cè)出軸的 絕對(duì)位置。光電編碼器輸出脈沖中有兩個(gè)

4、相位輸出作為辨相，每轉(zhuǎn)只輸出一個(gè)脈沖信號(hào)的信號(hào)是零 標(biāo)志位信號(hào)，用于機(jī)床會(huì)參考點(diǎn)控制。光電編碼器的安裝有兩種形式，一種是安裝在伺服電 動(dòng)機(jī)的非輸出軸端，稱為內(nèi)裝式編碼器；另一種是安裝在傳動(dòng)鏈末端，稱為外置式編碼器。 編碼器安裝要保證聯(lián)接部位可靠、不松動(dòng)，否則會(huì)影響位置檢測(cè)精度，引起進(jìn)給運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定、 機(jī)床產(chǎn)生振動(dòng)。三感應(yīng)同步器故障分析感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理的高精度位移檢測(cè)元件，它由定尺和滑尺組成。定 尺和滑尺是相互平行的，他們之間均有氣息，一般調(diào)整為0.25mm加減0.05mm。定尺和滑 尺上的繞組均為矩形繞組，其中定尺繞組是連續(xù)的，滑尺上分布著兩個(gè)勵(lì)磁繞組即正弦繞組 和余弦繞組。當(dāng)滑

5、尺的繞組通過勵(lì)磁電壓時(shí)，在定尺繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 大小隨定尺和滑尺的相對(duì)位置的變化變化。感應(yīng)同步器的定尺和滑尺表面涂有一層絕緣保護(hù)層，為了防止靜電干擾，尺的表面還粘 有一薄層鋁箔。一次要防止鐵屑進(jìn)入定尺和滑尺之間，一免損壞定尺和滑尺表面的保護(hù)層保 證可靠的工作。四旋轉(zhuǎn)變壓器故障分析旋轉(zhuǎn)變壓器是利用電磁感應(yīng)原理的一種模擬式測(cè)角元件，它的輸出電壓與轉(zhuǎn)子的角位移 有固定的函數(shù)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)變壓器一般用于精度要求不高的機(jī)床其特點(diǎn)是堅(jiān)固、耐熱、耐沖擊。 旋轉(zhuǎn)變壓器分為有刷和無刷兩種，目前數(shù)控機(jī)床中常用的是無刷旋轉(zhuǎn)變壓器。旋轉(zhuǎn)變壓器又 分為單極和多級(jí)兩種，單級(jí)型的釘子和轉(zhuǎn)子各有一對(duì)磁極，多級(jí)型

6、有多對(duì)磁極。五磁柵尺故障分析磁柵尺由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測(cè)電路組成，是一種全閉環(huán)位置檢測(cè)元件。磁性標(biāo)尺是在 非導(dǎo)磁材料，如玻璃、銅、不銹鋼或其他合金等材料涂上一層1020微米的磁膠，這種磁膠 多是鎳-鉆合金高導(dǎo)磁材料和樹脂膠混合制成的材料。磁頭用于讀取磁尺上的磁信號(hào)。檢測(cè)電路包括：磁頭勵(lì)磁電路，讀取磁信號(hào)的放大，慮及辨 向電路，細(xì)分的內(nèi)插電路，顯示及控制電路等。在使用磁柵尺時(shí)要注意不能將磁膠刮壞，要 防止鐵屑和油污落在磁性標(biāo)尺和磁頭上，不能用力拆裝和撞擊磁性標(biāo)尺。在接線時(shí)要分清磁 頭上勵(lì)磁繞組和輸出繞組。勵(lì)磁繞組是繞在磁路截面尺寸較小的橫臂上的，輸出繞在繞在磁 路截面尺寸較大的豎桿上的。六數(shù)控機(jī)

7、床檢測(cè)系統(tǒng)故障實(shí)例例：某經(jīng)濟(jì)型主軸變頻控制的數(shù)控車床在調(diào)試加工螺紋時(shí)出現(xiàn)亂牙。經(jīng)濟(jì)型主軸變頻控制的數(shù)控車床使用外置光電編碼器配合機(jī)床進(jìn)行螺紋加工。螺紋加工 時(shí)，亂牙的主要原因多半是光電編碼器與CNC裝置的連線接觸不良、光電編碼器損壞、光 電編碼器與彈性聯(lián)軸件的聯(lián)接松動(dòng)或其他原因造成。拆卸光電編碼器比較麻煩，要涉及到機(jī) 床外罩和主軸附近的機(jī)械部件，因此先從電氣和信號(hào)連接線等方面檢查。檢查光電編碼器與 CNC裝置之間的連接線和+5V電源是正常的，在主軸通電旋轉(zhuǎn)后用示波器測(cè)量光電編碼器 的A和B相辨向輸出端，該干擾波形信號(hào)無法表明光電編碼器有無正常的辨向脈沖輸出， 也無法診斷光電編碼器是否損壞或者彈

8、性聯(lián)軸器是否松動(dòng)。關(guān)掉變頻器電源，通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn) 主軸，再用示波器測(cè)量光電編碼器的辨向脈沖信號(hào)，發(fā)現(xiàn)光電編碼器的辨向信號(hào)是正常的， 該波形信號(hào)表明光電編碼器處于正常工作狀態(tài)，確定引起螺紋加工出現(xiàn)亂牙的原因是電氣干 擾，主軸調(diào)速所使用的變頻器是干擾源。在光電編碼器的辨向脈沖端、零標(biāo)志脈沖端和+5V 電源對(duì)信號(hào)零線之間并接濾波電容器后，解決了螺紋亂牙問題。結(jié)語對(duì)于數(shù)控機(jī)床的修理，重要的是發(fā)現(xiàn)問題，特別是數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)故障。有時(shí)診斷過程比較復(fù) 雜，但一旦發(fā)現(xiàn)問題所在,解決起來就比較簡(jiǎn)單。對(duì)于機(jī)床系統(tǒng)故障的診斷應(yīng)遵從以下兩條原 則:首先要熟練掌握機(jī)床的工作原理和動(dòng)作順序;其次，懂得用示波器正確測(cè)量。一般情況下 只要遵從以上原則，小心謹(jǐn)慎,常見的位置檢測(cè)系統(tǒng)故障都會(huì)及時(shí)排除?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 夏慶觀 數(shù)控機(jī)床故障診斷北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.周蘭陳少艾.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修M.北京:人民郵電出版社,2007.楊中力.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修M.大連