數(shù)控技術(shù)-位置檢測裝置和數(shù)控機(jī)床編程及加工

第6章位置檢測裝置大連交通大學(xué)?本章主要內(nèi)容6.1概述6.2光柵6.3脈沖編碼器6.4旋轉(zhuǎn)變壓器6.5感應(yīng)同步器?6.1概述

位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。數(shù)控機(jī)床對位置檢測裝置的要求如下：（1）

工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；（2）

滿足精度和速度的要求；（3）易于安裝，維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；

成本低。位置檢測裝置按工作條件和測量要求不同，有下面幾種分類方法：?

1.

直接測量

直接測量是將直線型檢測裝置安裝在移動(dòng)部件上，用來直接測量工作臺(tái)的直線位移，作為全閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋信號(hào)，而構(gòu)成位置閉環(huán)控制。其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高、可靠性好，缺點(diǎn)是測量裝置要和工作臺(tái)行程等長，所以在大型數(shù)控機(jī)床上受到一定限制。2.

間接測量

它是將旋轉(zhuǎn)型檢測裝置安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸或滾珠絲杠上，通過檢測轉(zhuǎn)動(dòng)件的角位移來間接測量機(jī)床工作臺(tái)的直線位移，作為半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的位置反饋用。優(yōu)點(diǎn)是測量方便、無長度限制。缺點(diǎn)是測量信號(hào)中增加了由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈誤差，從而影響了測量精度。6.1.1

直接測量和間接測量?1.

數(shù)字式測量

它是將被測的量以數(shù)字形式來表示，測量信號(hào)一般為脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、處理簡單。

2.

模擬量測量

它是將被測的量用連續(xù)變量來表示，如電壓變化、相位變化等。它對信號(hào)處理的方法相對來說比較復(fù)雜。6.1.2數(shù)字式測量和模擬式測量?

1.增量式測量

在輪廓控制數(shù)控機(jī)床上多采用這種測量方式，增量式測量只測相對位移量，如測量單位為0.001mm，則每移動(dòng)0.001mm就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)是測量裝置較簡單，任何一個(gè)對中點(diǎn)都可以作為測量的起點(diǎn)，而移距是由測量信號(hào)計(jì)數(shù)累加所得，但一旦計(jì)數(shù)有誤，以后測量所得結(jié)果完全錯(cuò)誤。

2.絕對式測量

絕對式測量裝置對于被測量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測量值。測量裝置的結(jié)構(gòu)較增量式復(fù)雜，如編碼盤中，對應(yīng)于碼盤的每一個(gè)角度位置便有一組二進(jìn)制位數(shù)。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，則所要求的二進(jìn)制位數(shù)也愈多，結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜。

6.1.3增量式測量和絕對式測量?6.2光柵根據(jù)光線在光柵中是透射還是反射分為透射光柵和反射光柵，透射光柵分辨率較反射光柵高，其檢測精度可達(dá)1μm以上。

從形狀上看，又可分為圓光柵和直線光柵。圓光柵用于測量轉(zhuǎn)角位移，直線光柵用于檢測直線位移。兩者工作原理基本相似，本節(jié)著重介紹一種應(yīng)用比較廣泛的透射式直線光柵。直線光柵通常包括一長和一短兩塊配套使用，其中長的稱為標(biāo)尺光柵或長光柵，一般固定在機(jī)床移動(dòng)部件上，要求與行程等長。短的為指示光柵或短光柵，裝在機(jī)床固定部件上。兩光柵尺是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片，線紋密度為25、50、100、250條/mm等。線紋之間距離相等，該間距稱為柵距，測量時(shí)它們相互平行放置，并保持0.05~0.1mm的間隙。6.2.1結(jié)構(gòu)?光柵尺實(shí)物圖?9

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放置時(shí)，兩光柵尺上線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線重疊，形成黑色條紋，其它部分為明亮條紋，這種明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。嚴(yán)格地說，是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。6.2.2工作原理?莫爾條紋具有如下特點(diǎn)：（1）.放大作用用W（mm）表示莫爾條紋的寬度，P(mm)表示柵距，(rad)為光柵線紋之間的夾角，如右圖所示則有莫爾條紋寬度W與角成反比，越小，放大倍數(shù)越大。（2）.均化誤差作用莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同組成，例如，200條/mm的光柵，10mm寬的光柵就由2023條線紋組成，這樣?xùn)啪嘀g的固有相鄰誤差就被平均化了，消除了柵距之間不均勻造成的誤差。θ標(biāo)尺光柵W指示光柵（斜）P?（3）.莫爾條紋的移動(dòng)與柵距的移動(dòng)成比例當(dāng)光柵尺移動(dòng)一個(gè)柵距P時(shí)，莫爾條紋也剛好移動(dòng)了一個(gè)條紋寬度W。只要通過光電元件測出莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移動(dòng)了多少個(gè)柵距，工作臺(tái)移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來。若光柵移動(dòng)方向相反，則莫爾條紋移動(dòng)方向也相反。θ標(biāo)尺光柵W指示光柵（斜）P標(biāo)尺方向指示尺轉(zhuǎn)角θ方向莫爾條紋方向標(biāo)尺方向指示尺轉(zhuǎn)角θ方向莫爾條紋方向?光柵測量系統(tǒng)

光柵測量系統(tǒng)如圖所示，由光源、聚光鏡、光柵尺、光電元件和驅(qū)動(dòng)線路組成。讀數(shù)頭光源發(fā)出輻射光線，經(jīng)過聚光鏡后變?yōu)槠叫泄馐丈涔鈻懦?。光電元件（常使用硅光電池）接受透過光柵尺光強(qiáng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。由于此信號(hào)比較微弱，驅(qū)動(dòng)線路的作用就是將電壓信號(hào)進(jìn)行電壓和功率放大。

除標(biāo)尺光柵與工作臺(tái)一起移動(dòng)外，其他均裝在一個(gè)殼體內(nèi)，作成一個(gè)單獨(dú)部件固定在機(jī)床上，這個(gè)部件稱為光柵讀數(shù)頭，又叫光電轉(zhuǎn)換器，其作用把光柵莫爾條紋的光信號(hào)變成電信號(hào)。?

當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋便移動(dòng)一個(gè)條紋寬度，理論上光柵亮度變化是一個(gè)三角波形，但由于漏光和不能達(dá)到最大亮度，被削頂削底后而近似一個(gè)正弦波（見左圖）。硅光電池將近似正弦波的光強(qiáng)信號(hào)變?yōu)橥l率的電壓信號(hào)（見右圖），經(jīng)光柵位移—數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，就代表移動(dòng)了一個(gè)柵距那么大的位移，通過對脈沖計(jì)數(shù)便可得到工作臺(tái)的移動(dòng)距離。光柵位移O光柵的實(shí)際亮度變化光柵位移電壓O光柵的輸出波形圖亮度6.2.3應(yīng)用（光柵位移－數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）?采用一個(gè)光電元件即只開一個(gè)窗口觀察，只能計(jì)數(shù)，卻無法判斷移動(dòng)方向。因?yàn)闊o論莫爾條紋上移或下移，從一固定位置看其明暗變化是相同的。為了確定運(yùn)動(dòng)方向，至少要放置兩個(gè)光電元件，兩者相距1/4莫爾條紋寬度。當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通過兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同，所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號(hào)雖然波形相同，但相位相差90o。根據(jù)兩光電元件輸出信號(hào)的超前和滯后，可以確定標(biāo)尺光柵移動(dòng)方向。2.提高精度增加線紋密度，能提高光柵檢測裝置的精度，但制造較困難，成本高。在實(shí)際應(yīng)用中，既要提高測量精度，同時(shí)又能達(dá)到自動(dòng)辨向的目的，通常采用倍頻或細(xì)分的方法來提高光柵的分辨精度，如果在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔1/4光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動(dòng)了1/4柵距那么大位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻方案。?1.P1、P3信號(hào)是相位差180o的兩個(gè)信號(hào)，差動(dòng)得正弦信號(hào)。同理，P2、P4信號(hào)送另一個(gè)差動(dòng)放大器，得余弦信號(hào)。2.正余弦經(jīng)整形變成方波A和B，為使每隔1/4節(jié)距都有脈沖，把A、B各自反向一次得C、D信號(hào)，3.A、B、C、D信號(hào)再經(jīng)微分變成窄脈沖A′、B′、C′、D′，即在正走或反走時(shí)每個(gè)方波的上升沿產(chǎn)生窄脈沖，4.由與門電路把0o、90o、180o、270o四個(gè)位置上產(chǎn)生的窄脈沖組合起來，根據(jù)不同的移動(dòng)方向形成正向或反向脈沖。圖中的P1、P2、P3、P4是四塊硅光電池，產(chǎn)生的信號(hào)相位彼此相差90o。?其波形圖sincosABCDA′B′C′D′正向相加A′B+AD′+C′D+B′C反向相加BC′+CD′+A′D+AB′四倍頻辨向電路波形?

若光柵柵距0.01mm，則工作臺(tái)每移動(dòng)0.0025mm，就會(huì)送出一個(gè)脈沖，即分辨率為0.0025mm。由此可見，光柵檢測系統(tǒng)的分辨力不僅取決于光柵尺的柵距，還取決于鑒向倍頻的倍數(shù)。除四倍頻以外，還有十倍頻、二十倍頻等。?6.3脈沖編碼器脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，能把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。脈沖編碼器可分為增量式與絕對式兩類。

從產(chǎn)生元件上分，脈沖編碼器有光電式、接觸式、電磁感應(yīng)式三種，從精度和可靠性來看，光電式較好，數(shù)控機(jī)床上主要使用的是光電式脈沖編碼器。型號(hào)用脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（p/r）分，常用的2023，2500，3000p/r,現(xiàn)在有10萬p/r以上的產(chǎn)品。它可以用于角度檢測，也可用于速度檢測。通常它與電機(jī)做成一體，或安裝在非軸伸端。光電式脈沖編碼器的特點(diǎn)：檢測方式是非接觸式的，無摩擦和磨損，驅(qū)動(dòng)力小，響應(yīng)速度快。?脈沖編碼器實(shí)物圖?6.3.1絕對式編碼器絕對式編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式檢測裝置，可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來，且每一個(gè)角度位置均有其對應(yīng)的測量代碼，它能表示絕對位置，沒有累積誤差，電源切除后，位置信息不丟失，仍能讀出轉(zhuǎn)動(dòng)角度。絕對式編碼器有光電式、接觸式和電磁式三種，以接觸式四位絕對編碼器為例來說明其工作原理。如圖所示為二進(jìn)制碼盤。它在一個(gè)不導(dǎo)電基體上作成許多金屬區(qū)使其導(dǎo)電，其中有剖面線部分為導(dǎo)電區(qū)，用“1”表示；其它部分為絕緣區(qū)，用“0”表示。每一徑向，由若干同心圓組成的圖案代表了某一絕對計(jì)數(shù)值?

通常，我們把組成編碼的各圈稱為碼道，碼盤最里圈是公用的，它和各碼道所有導(dǎo)電部分連在一起，經(jīng)電刷和電阻接電源負(fù)極。在接觸式碼盤的每個(gè)碼道上都裝有電刷，電刷經(jīng)電阻接到電源正極（圖b）。當(dāng)檢測對象帶動(dòng)碼盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電刷和碼盤的相對位置發(fā)生變化，與電刷串聯(lián)的電阻將會(huì)出現(xiàn)有電流通過或沒有電流通過兩種情況。若回路中的電阻上有電流通過，為“1”；反之，電刷接觸的是絕緣區(qū)，電阻上無電流通過，為“0”。如果碼盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，就可依次得到按規(guī)定編碼的數(shù)字信號(hào)輸出，圖示為4位二進(jìn)制碼盤，根據(jù)電刷位置得到由“1”和“0”組成的二進(jìn)制碼，輸出為0000、0001、0010……1111。

碼盤位數(shù)越大，所能分辨的角度越小，測量精度越高。若要提高分辨力，就必須增多碼道，即二進(jìn)制位數(shù)增多。目前接觸式碼盤一般可以做到9位二進(jìn)制，光電式碼盤可以做到18位二進(jìn)制。?

用二進(jìn)制代碼做的碼盤，如果電刷安裝不準(zhǔn)，會(huì)使得個(gè)別電刷錯(cuò)位，而出現(xiàn)很大的數(shù)值誤差。如前2頁圖，當(dāng)電刷由位置0111向1000過渡時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)從8（1000）到15（1111）之間的讀數(shù)誤差，一般稱這種誤差為非單值性誤差。

原因（缺點(diǎn)）：圖案變化無規(guī)律，在使用中多位同時(shí)變化，易產(chǎn)生較多的誤讀。為消除這種誤差，可采用葛萊碼盤。

下頁圖為葛萊碼盤，其各碼道的數(shù)碼不同時(shí)改變，任何兩個(gè)相鄰數(shù)碼間只有一位是變化的，每次只切換一位數(shù)，把誤差控制在最小范圍內(nèi)。?二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成葛萊碼的法則是：將二進(jìn)制碼右移一位并舍去末位的數(shù)碼，再與二進(jìn)制數(shù)碼作不進(jìn)位加法，結(jié)果即為葛萊碼。

葛萊碼盤

例如，二進(jìn)制碼1101對應(yīng)的葛萊碼為1011，其演算過程如下：1101（二進(jìn)制碼）1101（不進(jìn)位相加，舍去末位）1011（葛萊碼）

1000

1

2

3

4

5

7

8

9

10

11

12

13

14

0000

6

0

0001

0011

0010

0110

0111

0101

1001

1011

1010

1110

1111

1101

0100

1100

15

?

光電盤是用玻璃材料研磨拋光制成，玻璃表面在真空中鍍上一層不透光的鉻，然后用照相腐蝕法在上面制成向心透光窄縫。透光窄縫在圓周上等分，其數(shù)量從幾百條到幾千條不等。圓盤也用玻璃材料研磨拋光制成，其透光窄縫為兩條，每一條后面安裝有一只光電元件。光電盤與工作軸連在一起，1.光電盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過一個(gè)縫隙就發(fā)生一次光線的明暗變化，光電元件把通過光電盤和圓盤射來的忽明忽暗的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為近似正弦波的電信號(hào)，2.經(jīng)過整形、放大、和微分處理后，輸出脈沖信號(hào)。3.通過記錄脈沖的數(shù)目，就可以測出轉(zhuǎn)角。測出脈沖的變化率，即單位時(shí)間脈沖的數(shù)目，就可以求出速度。6.3.2增量式脈沖編碼器光電式脈沖編碼器，它由光源、聚光鏡、光電盤、圓盤、光電元件和信號(hào)處理電路等組成（如圖）。?電流AB節(jié)距ωtA1B1900圖5-15脈沖編碼器輸出波形為了判斷旋轉(zhuǎn)方向，圓盤的兩個(gè)窄縫距離彼此錯(cuò)開1/4節(jié)距，使兩個(gè)光電元件輸出信號(hào)相位差900。如圖5-15所示，A、B信號(hào)為具有900相位差的正弦波，經(jīng)放大和整形變?yōu)榉讲ˋ1、B1。設(shè)A相比B相超前時(shí)為正方向旋轉(zhuǎn)，則B相超前A相就是負(fù)方向旋轉(zhuǎn)，利用A相與B相的相位關(guān)系可以判別旋轉(zhuǎn)方向。此外，在光電盤的里圈不透光圓環(huán)上還刻有一條透光條紋，用以產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一個(gè)的零位脈沖信號(hào)，它是軸旋轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生一個(gè)脈沖。?6.4旋轉(zhuǎn)變壓器6.4.1結(jié)構(gòu)與工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器是輸出電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成一定函數(shù)關(guān)系的控制微電機(jī),旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移測量裝置，由定子和轉(zhuǎn)子組成。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中1.定子繞組作為變壓器的一次側(cè)，接受勵(lì)磁電壓。2.轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的二次側(cè)，通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓，只是其輸出電壓大小與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。旋轉(zhuǎn)變壓器通過測量電動(dòng)機(jī)或被測軸的轉(zhuǎn)角來間接測量工作臺(tái)的位移。旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極和多極形式。?旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)物圖?

如圖所示，單極型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極，假設(shè)加到定子繞組的勵(lì)磁電壓，則轉(zhuǎn)子通過電磁耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理結(jié)構(gòu)圖?式中K—變壓比（即繞組匝數(shù)比）；

Vm—?jiǎng)?lì)磁信號(hào)的幅值；

ω—?jiǎng)?lì)磁信號(hào)角頻率；

θ—旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)角。轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為兩磁軸平行，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即?實(shí)際使用時(shí)通常采用多極形式，如正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子均由兩個(gè)匝數(shù)相等，軸線相互垂直的繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子輸出電壓則為應(yīng)用疊加原理，其磁通為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理Us定子Uc轉(zhuǎn)子θ?6.4.2應(yīng)用兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來檢測位移量。給定子兩繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位差900的交流勵(lì)磁電壓，即這兩個(gè)勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，電壓的代數(shù)和：?

由上兩式可見，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，這樣，只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可知道轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子和被測軸連接在一起，所以，被測軸的角位移就知道了。。

假如，轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，可得?2.鑒幅工作方式給定子的兩個(gè)繞組分別通以頻率相同、相位相同、幅值分別按正弦和余弦變化的交流激磁電壓，即式中α—激磁繞組中的電氣角。

Umsinα,Umcosα

為定子兩繞組激磁信號(hào)的幅值則轉(zhuǎn)子上的疊加電壓為?同理，如果轉(zhuǎn)子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，可得(5-4)

由式(5-3)和(5-4)可見，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角而變化，測量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角。如果將旋轉(zhuǎn)變壓器裝在數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠上，當(dāng)角從00到3600時(shí)，絲杠上的螺母帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)了一個(gè)導(dǎo)程，間接測量了執(zhí)行部件的直線位移。測量所走過的行程時(shí)，可加一個(gè)計(jì)數(shù)器，累計(jì)所轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)，折算成位移總長度。?6.5感應(yīng)同步器

6.5.1結(jié)構(gòu)與工作原理

感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器均為電磁式檢測裝置，屬模擬式測量，二者工作原理相同，其輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。感應(yīng)同步器按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種：直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成，用于直線位移測量。旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成，用于角位移測量。

以直線式感應(yīng)同步器為例，介紹其結(jié)構(gòu)和工作原理。?

直線感應(yīng)同步器相當(dāng)于一個(gè)展開的多極旋轉(zhuǎn)變壓器，其結(jié)構(gòu)如圖所示，定尺和滑尺的基板采用與機(jī)床熱膨脹系數(shù)相近的鋼板制成，鋼板上用絕緣粘結(jié)劑貼有銅箔，并利用腐蝕的辦法做成圖示的印刷繞組。長尺叫定尺，安裝在機(jī)床床身上，短尺為滑尺，安裝于移動(dòng)部件上，兩者平行放置，保持0.25~0.05mm間隙。圖5-16直線感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)U2定尺滑尺余弦繞組正弦繞組USUc?

感應(yīng)同步器兩個(gè)單元繞組之間的距離為節(jié)距，滑尺和定尺的節(jié)距均為2τ，這是衡量感應(yīng)同步器精度的主要參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺長250mm，滑尺長100mm，節(jié)距為2mm。定尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組，滑尺有兩組繞組，一組為正弦繞組，另一為余弦繞組。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對齊時(shí)，余弦繞組與定尺繞組相差1/4節(jié)距。U2定尺滑尺余弦繞組正弦繞組USUc2τ?

當(dāng)滑尺任意一繞組加交流激磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，在定尺繞組中必然產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓取決于滑尺和定尺的相對位置。當(dāng)只給滑尺上正弦繞組加勵(lì)磁電壓時(shí)，定尺感應(yīng)電壓與定、滑尺的相對位置關(guān)系如圖所示。

定

尺

滑A

尺Bt241

位Ct221

置Dt243

Et2

E

A

V2

M

N

正弦繞組

余弦繞組

距離

B

D

C

O

P

?定

尺

滑A尺Bt241位Ct221置Dt243

Et2

如果滑尺處于A位置，即滑尺繞組與定尺繞組完全對應(yīng)重合，定尺繞組線圈中穿入的磁通最多，則定尺上的感應(yīng)電壓最大。隨著滑尺相對定尺做平行移動(dòng)，穿入定尺的磁通逐漸減少，感應(yīng)電壓逐漸減小。當(dāng)滑尺移到圖中B點(diǎn)位置，與定尺繞組剛好錯(cuò)開1/4節(jié)距時(shí)，感應(yīng)電壓為零。再移動(dòng)至1/2節(jié)距處，即圖中C點(diǎn)位置時(shí)，定尺線圈中穿出的磁通最多，感應(yīng)電壓最大，但極性相反。再移至3/4節(jié)距，即圖中D點(diǎn)位置時(shí)，感應(yīng)電壓又變?yōu)榱?，?dāng)移動(dòng)一個(gè)節(jié)距位置如圖中E點(diǎn)，又恢復(fù)到初始狀態(tài)，與A點(diǎn)相同。感應(yīng)電壓近似于余弦函數(shù)變化了一個(gè)周期。?

1.鑒相型系統(tǒng)供給滑尺的正、余弦繞組的激磁信號(hào)是頻率、幅值相同，相位相差900的交流勵(lì)磁電壓根據(jù)疊加原理，定尺上的總感應(yīng)電壓為

通過鑒別定尺感應(yīng)輸出電壓的相位，即可測量定尺和滑尺之間的相對位移0，當(dāng)節(jié)距的情況下，表明滑尺移動(dòng)了0.02mm。有兩種工作方式，鑒相式和鑒幅式。6.5.2應(yīng)用?2.鑒幅式系統(tǒng)

供給滑尺上正、余弦繞組的勵(lì)磁電壓的頻率相同、相位相同但幅值不同。則在定尺繞組產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓為式中θ—與位移對應(yīng)的角度。以位置檢測信號(hào)的幅值大小來反映機(jī)械位移的數(shù)值，?本章重點(diǎn)?數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束