第四章數(shù)控檢測技術(shù)和數(shù)控機床編程及加工

第四章數(shù)控檢測技術(shù)提要本章主要介紹數(shù)控機床的位置檢測裝置作用及分類，講解感應(yīng)同步器、光柵尺和脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)、工作原理及其應(yīng)用。第四章數(shù)控檢測技術(shù)目標(biāo)

掌握感應(yīng)同步器、光柵和脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)特點、工作原理及應(yīng)用。

了解數(shù)控機床的位置檢測裝置作用及類型。第四章數(shù)控檢測技術(shù)4.1概述4.1概述數(shù)控機床對檢測裝置的要求

1)工作可靠，抗干擾性強

2）能滿足精度和速度的要求

3)使用維護方便，適合機床的工作環(huán)境

4)成本低檢測精度：±0.001～分辨率：0.0001～速度響應(yīng)：1～10m/min，30～90m/min4.1概述4.2感應(yīng)同步器（Inductosyn）sincos節(jié)距2τ（2mm）間隙±）絕緣粘膠銅箔鋁箔耐切削液涂層基板(鋼、銅)定尺滑尺4.2.1直線感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)W2片寬a2間隔b22＇121＇L1W1a1b14.2.1直線感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)…………………………串聯(lián)方式n<10串并聯(lián)方式n≥104.2.1直線感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)4.2.2直線感應(yīng)同步器工作原理（當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對齊時，余弦繞組與定尺繞組相差1/4節(jié)距。）4.2.2直線感應(yīng)同步器工作原理4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用放大濾波基準(zhǔn)信號發(fā)生器脈沖調(diào)相器鑒相器放大器激磁供電線路伺服電機速度控制單元滑尺定尺機床VsVc-x+x感應(yīng)同步器鑒相測量系統(tǒng)框圖鑒相器的作用就是鑒別出這兩個信號的相位差，并以與此相位差信號成正比的電壓信號輸出基準(zhǔn)信號發(fā)生器輸出一系列一定頻率的基準(zhǔn)脈沖信號（載波信號），為伺服系統(tǒng)提供一個相位比較基準(zhǔn)。脈沖調(diào)相器的作用是將來自數(shù)控裝置的進給脈沖信號轉(zhuǎn)換為相位變化的信號4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用

分頻器1（1/N）（基準(zhǔn)分頻通道）

分頻器2（1/N）（調(diào)相分頻通道）脈沖加減器基準(zhǔn)信號發(fā)生器激磁信號指令信號+x-x脈沖調(diào)相器原理框圖放大濾波基準(zhǔn)信號發(fā)生器脈沖調(diào)相器鑒相器放大器激磁供電線路伺服電機速度控制單元滑尺定尺機床VsVc-x+x4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用C0C1C2C3F設(shè)兩個分頻器均由四個二進制計數(shù)觸發(fā)器C0-C3組成，每輸入16個脈沖產(chǎn)生一個溢出脈沖信號無指令脈沖時序波形圖4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用FC1C2C0C3F1分頻器2輸出分頻器1輸出Δθ1在指令脈沖作用下，調(diào)相分頻通道輸出脈沖與基準(zhǔn)脈沖有一個相位差Δθ1，且Δθ1＝θ1－θ0，θ0為基準(zhǔn)信號發(fā)生器的基準(zhǔn)相位；θ1為指令信號相位；θ1的大小取決于指令脈沖數(shù)，其隨時間變化的快慢取決于指令脈沖頻率，而其相對于θ0的超前與滯后，則取決于指令脈沖進給方向。假設(shè)時鐘脈沖頻率為F，當(dāng)分頻器的容量為N，即N個時鐘脈沖使分頻器的輸出變化一個周期，則分頻器輸出端的脈沖頻率f為：f=F/N如果感應(yīng)同步器的節(jié)距為2mm，

脈沖當(dāng)量選定為，

一個脈沖對應(yīng)的相移角Δθ1為4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用數(shù)控裝置每發(fā)一個進給脈沖，經(jīng)脈沖調(diào)相器變?yōu)槌盎鶞?zhǔn)信號一個0.18°相移角的信號，此時因工作臺未動，反饋信號相對于基準(zhǔn)信號的相位差（θ2為定尺繞組上作為反饋信號所取的感應(yīng)電壓V2的相位）。鑒相器將的相位差檢測出來，經(jīng)放大后控制伺服電動機帶動工作臺移動。隨著工作臺的移動，θ2逐漸增大，相位差逐漸減少，直至4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用2.鑒幅工作方式4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用鑒幅式伺服系統(tǒng)原理框圖比較器數(shù)模轉(zhuǎn)換放大環(huán)節(jié)速度單元工作臺測量及信號處理電路伺服電機進給指令測量元件sin/cos發(fā)生器解調(diào)線路V/F轉(zhuǎn)換器感應(yīng)同步器根據(jù)工作臺的位移量，輸出正弦電壓信號，該電壓信號的幅值代表工作臺的位移。此正弦信號經(jīng)濾波、放大、檢波、整流以后，變成方向與工作臺移動方向相對應(yīng)，幅值與工作臺位移成正比的直流電壓信號，這個過程稱解調(diào)，由解調(diào)線路也稱鑒幅器來完成測量元件sin/cos發(fā)生器解調(diào)線路V/F轉(zhuǎn)換器解調(diào)后的信號經(jīng)電壓頻率（V/F）轉(zhuǎn)換器變成計數(shù)脈沖，脈沖的個數(shù)與電壓幅值成正比，并用符號觸發(fā)器表示方向。一方面，該計數(shù)脈沖及符號送比較器與進給脈沖比較；另一方面，經(jīng)正余弦(sin/cos)信號發(fā)生器，產(chǎn)生驅(qū)動測量元件的兩路信號sin和cos，使α角與此相對應(yīng)發(fā)生改變。并根據(jù)α產(chǎn)生正弦和余弦矩形波，使α總是跟隨角θ的變化而變化。若感應(yīng)同步器滑尺沒有新的位移，因激磁信號電氣角由變?yōu)?，它所輸出的幅值信號也隨之變化，而且逐步趨近于零。若輸出的新的幅值信號不為零，再一次經(jīng)解調(diào)線路，電壓頻率轉(zhuǎn)換器、sin/cos信號發(fā)生器，產(chǎn)生下一個激磁信號，該激磁信號將使測量元件的輸出進一步接近于零，這個過程不斷重復(fù)，直到測量元件的輸出為零時為止。4.2.3直線感應(yīng)同步器的應(yīng)用2.鑒幅工作方式4.3光柵傳感器4.3.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)光柵的類型：4.3.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)4.3.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)金屬反射光柵：在鋼尺或不銹鋼的鏡面上用照相腐蝕法或用鉆石刀刻劃制成的光柵線紋；常用的線紋數(shù)為4、10、25、40、50條/mm，分辨率低。4.3.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)在玻璃圓盤外環(huán)端面上，做成黑白相間、呈輻射狀條紋，相互間夾角（柵距角）相等。4.3.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)光柵的結(jié)構(gòu)：4.3.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)4.3.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)4.3.1光柵的類型和結(jié)構(gòu)4.3.2計量光柵的測量原理4.3.2計量光柵的測量原理4.3.2計量光柵的測量原理4.3.2計量光柵的測量原理4.3.2計量光柵的測量原理光柵移動，莫爾條紋亮暗交替變化，光強度分布近似余弦曲線，由光電元件變?yōu)橥l率電壓信號，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)生一個脈沖，就代表移動了一個柵距，通過對脈沖計數(shù)便可得到工作臺的移動距離。4.3.2計量光柵的測量原理4.3.2計量光柵的測量原理4.3.2計量光柵的測量原理4.3.2計量光柵的測量原理4.4光電脈沖編碼器4.4.1脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)與分類1234567光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)1-光源2-圓光柵3-指示光柵4-光電池組5-機械部件6-護罩7-印刷電路板

4.4.2光電脈沖編碼器在數(shù)控機床上的應(yīng)用4.4.2光電脈沖編碼器在數(shù)控機床上的應(yīng)用4.4.2光電脈沖編碼器在數(shù)控機床上的應(yīng)用1.位置檢測(進給系統(tǒng))2.C軸控制(主軸控制)

定向停止螺紋加工3.測速4.刀庫選刀控制4.4.2光電脈沖編碼器在數(shù)控機床上的應(yīng)用4.4.3增量式光電脈沖編碼器1、增量式光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)光電編碼器在旋轉(zhuǎn)工作臺上的安裝4.4.3增量式光電脈沖編碼器信號處理裝置abz碼盤基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光欄板節(jié)距τm+τ/4

光電編碼器的輸出接口和檢測電路與光柵完全一樣。4.4.3增量式光電脈沖編碼器ABCP90O如何提高分辨率？Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈4.4.3增量式光電脈沖編碼器

的作用后續(xù)電路可利用A、兩相實現(xiàn)差分輸入，以消除遠距離傳輸?shù)墓材８蓴_。4.4.3增量式光電脈沖編碼器

規(guī)格:1)增量式碼盤的規(guī)格是指碼盤每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出的脈沖數(shù)；2)現(xiàn)在市場上提供的規(guī)格從36線/轉(zhuǎn)到10萬線

/轉(zhuǎn)都有；3)選擇：①伺服系統(tǒng)要求的分辨率；②考慮機械傳動系統(tǒng)的參數(shù)。

分辨率（分辨角）α設(shè)增量式碼盤的規(guī)格為n線/轉(zhuǎn)：4.4.3增量式光電脈沖編碼器4.4.3增量式光電脈沖編碼器思考:編碼器脈沖數(shù)3、感應(yīng)同步器滑尺上的正弦繞組和余弦繞組相距()。

(A)1個節(jié)距，(B)1/2個節(jié)距，(C)1/4個節(jié)距1、數(shù)字式位置檢測裝置的輸出信號是()。

(A)電脈沖，(B)電流量，(C)電壓量2、感應(yīng)同步器為()檢測裝置。

(A)數(shù)字式，(B)模擬式，(C)直接式ABC4、光柵利用()，使得它能得到比柵距還小的位移量。

(A)摩爾條紋的作用

(B)倍頻電路

(C)計算機處理數(shù)據(jù)5、光柵柵距為，指示光柵與標(biāo)尺光柵間的夾角為弧度,則摩爾條紋的寬度約為()。（A)20mm，(B)5mm，(C)8mmBA6、葛萊碼的特點是()。

(A)相鄰兩個數(shù)碼之間只有一位變化

(B)編碼順序與數(shù)字的大小有關(guān)

(C)編碼直觀易于識別A數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學(xué)中心實驗?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結(jié)合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學(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。機械工程實驗教學(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)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識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)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的運動。機械工程實驗教學(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。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學(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)程序校驗及試切數(shù)控機床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動控制卡，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)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學(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G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯編譯等。每一個工件程序由若干個程序段組成；每一個程序段完成一個加工步驟；每一個程序指令有程序段號和若干個指令代碼組成，指令代碼在程序段中的