第5章 數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置

第六講

總復(fù)習(xí)這一講，我們一起對(duì)前面學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行一次總復(fù)習(xí)，按章節(jié)順序?qū)τ谝恍?shí)用的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)歸納，以利于同學(xué)們掌握這門課程的主要內(nèi)容第1章緒論一、數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)必須按照工件加工的要求對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，歸納起來(lái)可分為三種類別的控制：

1．主軸控制主軸運(yùn)動(dòng)和普通機(jī)床一樣，主軸運(yùn)動(dòng)主要完成工件的切削任務(wù)。2．進(jìn)給控制即用電氣自控驅(qū)動(dòng)替代了人工機(jī)械驅(qū)動(dòng)，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由進(jìn)給伺服系統(tǒng)完的。3．輔助控制數(shù)控系統(tǒng)對(duì)加工程序處理后輸出的控制信號(hào)除了對(duì)進(jìn)給運(yùn)行軌跡進(jìn)行連續(xù)控制外，還要對(duì)機(jī)床的各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。這部分功能一般由可編程序邏輯控制器實(shí)現(xiàn)。

圖1.3數(shù)控機(jī)床的基本組成

二、數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的組成數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的基本組成包括輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床電氣邏輯控制裝置、位置檢測(cè)裝置，如圖1.3所示。其功能應(yīng)了解。三、數(shù)控機(jī)床的分類1、按被控制對(duì)象運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分類1）點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置只要求能夠精確地控制從一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)到另一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的定位精度，而不管是按什么軌跡運(yùn)動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何加工。2）直線控制的數(shù)控機(jī)床直線控制數(shù)控機(jī)床一般要在兩點(diǎn)間移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行加工，所以不僅要求有準(zhǔn)確的定位功能，還要求從一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間按直線規(guī)律運(yùn)動(dòng)，而且對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度也要進(jìn)行控制。3）輪廓控制的數(shù)控機(jī)床輪廓控制又稱連續(xù)控制，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制功能。其特點(diǎn)是能同時(shí)控制兩個(gè)以上的軸，具有插補(bǔ)功能。它不僅控制起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，而且要控制加工過(guò)程中每一點(diǎn)的位置和速度，加工出任意形狀的曲線或曲面組成的復(fù)雜零件。2、按控制方式分類1）開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床沒(méi)有檢測(cè)反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)流程是單向的，其精度主要決定于驅(qū)動(dòng)元件和伺服電機(jī)的性能，開(kāi)環(huán)數(shù)控機(jī)床所用的電動(dòng)機(jī)主要是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。2）閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是指在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上安裝位置測(cè)量裝置。伺服系統(tǒng)采用交伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的絲杠上或進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的軸上裝有角位移檢測(cè)裝置。第2章數(shù)控機(jī)床強(qiáng)電控制電路一、低壓斷路器低壓斷路器又稱自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，它不但能用于正常工作時(shí)不頻繁接通和斷開(kāi)的電路，而且當(dāng)電路發(fā)生過(guò)載、短路或失壓等故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電路，有效地保護(hù)串接在它后面的電氣設(shè)備。因此，低壓斷路器在機(jī)床上使用得越來(lái)越廣泛。二、交流接觸器接觸器是一種用來(lái)頻繁地接通或分?jǐn)鄮в胸?fù)載（如電動(dòng)機(jī)）的主電路自動(dòng)控制電器。接觸器按其主觸頭通過(guò)電流的種類不同，分為交流、直流兩種，機(jī)床上應(yīng)用最多的是交流接觸器，我們僅介紹交流接觸器。交流接觸器的結(jié)構(gòu)交流接觸器的外形與結(jié)構(gòu)組成如圖2.17所示，交流接觸器的結(jié)構(gòu)由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置及其他部件等四部分組成。三、繼電器繼電器是一種根據(jù)某種輸入信號(hào)的變化，而接通或斷開(kāi)控制電路，實(shí)現(xiàn)控制目的的電器。繼電器的輸入信號(hào)可以是電流、電壓等電學(xué)量，也可以是溫度、速度、時(shí)間、壓力等非電量，而輸出通常是觸頭的動(dòng)作（斷開(kāi)或閉合）。電流繼電器與電壓繼電器在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別主要是線圈不同。電流繼電器的線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗，與負(fù)載串聯(lián)以反映電路電流的變化。電壓繼電器的線圈匝數(shù)多、導(dǎo)線細(xì)，與負(fù)載并聯(lián)以反映其兩端的電壓。中間繼電器實(shí)際上也是一種電壓繼電器，只是它具有數(shù)量較多、容量較大的觸點(diǎn)，起到中間放大的作用。四、接近開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)又稱無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)著的物體在一定范圍內(nèi)與之接近時(shí)，接近開(kāi)關(guān)就會(huì)發(fā)生物體接近而“動(dòng)作”的信號(hào)，以不直接接觸方式控制運(yùn)動(dòng)物體的位置。接近開(kāi)關(guān)多為三線制。三線制接近開(kāi)關(guān)有二根電源線（通常為24V）和一根輸出線。輸出有常開(kāi)、常閉兩種狀態(tài)。五、熱繼電器熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)原理來(lái)切斷電路的保護(hù)電器，主要用于電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載的過(guò)載保護(hù)。當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)整定電流值并經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，發(fā)熱元件所產(chǎn)生的熱量使雙金屬片受熱彎曲，帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)分?jǐn)啵袛嚯妱?dòng)機(jī)的控制回路，使接觸器線圈斷電釋放，從而斷開(kāi)主電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。由此可見(jiàn)，熱繼電器由于熱慣性，當(dāng)電路短路時(shí)不能立即動(dòng)作使電路立即斷開(kāi)，因此不能作短路保護(hù)。六、電氣控制線路的繪制電氣控制系統(tǒng)圖有三類：電氣原理圖、電器元件布置圖和電氣安裝接線圖1.電氣原理圖電氣原理圖是表達(dá)所有電器元件的導(dǎo)電部件和接線端子之間的相互關(guān)系。2.電器元件布置圖電氣元件布置圖主要用來(lái)表明各種電氣元件在機(jī)械設(shè)備上和電氣控制柜中的實(shí)際安裝位置，為機(jī)械電氣控制設(shè)備的制造、安裝、維修提供必要的資料。3.電器安裝接線圖電氣安裝接線圖是用規(guī)定的圖形符號(hào)，根據(jù)原理圖，按各電器元件相對(duì)位置繪制的實(shí)際接線圖，它清楚地表明了各電器元件的相對(duì)位置和它們之間的電路連接的詳細(xì)信息。七、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制線路為了減小起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)應(yīng)采用適當(dāng)?shù)拇胧?。三相籠型電動(dòng)機(jī)有直接起動(dòng)（全電壓起動(dòng)）和間接起動(dòng)（降壓起動(dòng)）兩種方式。直接起動(dòng)是一種簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)的起動(dòng)方式，適合小容量電動(dòng)機(jī)。對(duì)于較大容量（大于10KW）的電動(dòng)機(jī)，因起動(dòng)電流大（可達(dá)額定電流的4～7倍），一般采用減壓起動(dòng)方式來(lái)降低起動(dòng)電流。第3章數(shù)控裝置（CNC）的結(jié)構(gòu)一、數(shù)控裝置的組成目前的數(shù)控裝置都是基于微型計(jì)算機(jī)的硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，它一方面具有一般微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，另一方面。必須編寫相應(yīng)的系統(tǒng)軟件來(lái)指揮和協(xié)調(diào)硬件的工作，兩者缺一不可。CNC裝置的軟件由管理軟件和控制軟件兩部分組成。二、數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)類型數(shù)控裝置是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心，其硬件結(jié)構(gòu)按CNC裝置中各印刷電路板的插接方式可以分為大板式結(jié)構(gòu)和功能模塊式結(jié)構(gòu)；按CNC裝置硬件的制造方式，可以分為專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)；按CNC裝置中微處理的個(gè)數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。三、、數(shù)控系統(tǒng)的抗干擾數(shù)控系統(tǒng)的干擾一般是指那些與信號(hào)無(wú)關(guān)的，在信號(hào)輸入、傳輸和輸出過(guò)程中出現(xiàn)的一些不確定的有害的電氣瞬變現(xiàn)象。這些瞬變現(xiàn)象會(huì)使數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中發(fā)生變化，增大誤差，使局部裝置或整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，引起故障?？垢蓴_措施1.減少供電線路干擾數(shù)控機(jī)床的安置要遠(yuǎn)離中頻、高頻的電氣設(shè)備；要避免大功率起動(dòng)、停止頻繁的設(shè)備，電火花設(shè)備同數(shù)控機(jī)床位于同一供電干線上，最好是采用獨(dú)立的動(dòng)力線供電。2.減少機(jī)床控制中的干擾3.屏蔽屏蔽技術(shù)利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路或線路包在其中，可以防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的耦合干擾。4.保證“接地”良好“接地”是數(shù)控機(jī)床安裝中一項(xiàng)關(guān)鍵的抗干擾技術(shù)措施。電網(wǎng)的許多干擾都是通過(guò)“接地”這條途徑對(duì)機(jī)床起作用的。第4章數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)一、閉環(huán)伺服系統(tǒng)的組成閉環(huán)伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)通常有位置環(huán)和速度環(huán)組成。速度環(huán)速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由伺服電動(dòng)機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)速裝置及速度反饋組成；位置環(huán)由數(shù)控系統(tǒng)中的位置控制、位置檢測(cè)裝置及位置反饋組成。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移的機(jī)電執(zhí)行元件。圖4.2a)為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。它是由轉(zhuǎn)子、定子及定子繞組所組成。定子上有六個(gè)均布的磁極，直徑方向相對(duì)的兩個(gè)極上的線圈串聯(lián)，構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的一相控制繞組。下面我們分析步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理：圖4.2b)所示為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。其定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片等軟磁材料制成的，定子上有A、B、C三對(duì)磁極，分別繞有A、B、C三相繞組。三對(duì)磁極在空間上相互錯(cuò)開(kāi)120°。轉(zhuǎn)子上有4個(gè)齒，無(wú)繞組，它在定子磁場(chǎng)中被磁化而呈現(xiàn)極性。當(dāng)定子A相繞組通電時(shí)，形成以A-A′為軸線的磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子受磁場(chǎng)拉力作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子的1、3齒和定子的A—A’極對(duì)齊，如圖4.2b)所示；當(dāng)A相斷電、B相繞組通電時(shí)，以B-B′為軸線的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子的2、4齒和定子的B-B′極對(duì)齊，轉(zhuǎn)子將在空間逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30°角；當(dāng)B相斷電，C相繞組通電時(shí)，以C-C′為軸線的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子的1、3齒和定子的C-C′極對(duì)齊，轉(zhuǎn)子將在空間又逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30°角。如此按A→B→C→A的順序通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)不斷地按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；如按A→C→B→A的順序通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)不斷地按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。從一相通電換到另一相通電，叫一拍；每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一步，每步轉(zhuǎn)過(guò)角度叫步距角，用α表示。圖4．2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖4.5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路

三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能，不僅與步進(jìn)電機(jī)本身和負(fù)載有關(guān)，而且與配套的驅(qū)動(dòng)裝置有著十分密切的關(guān)系。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置由環(huán)形脈沖分配器、功率放大驅(qū)動(dòng)電路兩大部分組成，如圖4.5所示。其中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路完成由弱電到強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換和放大，也就是將邏輯電平信號(hào)變換成電機(jī)繞組所需的具有一定功率的電流信號(hào)。四、交流伺服系統(tǒng)1.交流伺服系統(tǒng)使用交流異步伺服電動(dòng)機(jī)(一般用于主軸伺服電動(dòng)機(jī))和永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)(一般用于進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī))。由于直流伺服電動(dòng)機(jī)存在著一些固有的缺點(diǎn)，（比如，有電刷，限制了轉(zhuǎn)速的提高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴。），使其應(yīng)用環(huán)境受到限制。交流伺服電動(dòng)機(jī)沒(méi)有這些缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電動(dòng)機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。因此，交流伺服系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)形成潮流。從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始，大量使用交流伺服系統(tǒng)，目前，已基本取代了直流電動(dòng)機(jī)。2．交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)如圖4.20所示，交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是一個(gè)具有兩個(gè)極的永磁體(也可以是多極的)。按照電動(dòng)機(jī)學(xué)原理，當(dāng)同步型電動(dòng)機(jī)的定子三相繞組接通三相交流電源時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(Ns，Ss)以同步轉(zhuǎn)速ns逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。根據(jù)兩異性磁極相吸的原理，定子磁極Ns(或Ss)緊緊吸住轉(zhuǎn)子，以同步轉(zhuǎn)速ns在空間旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子和定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子加上負(fù)載轉(zhuǎn)矩后，轉(zhuǎn)子磁極軸線將落后定子磁場(chǎng)軸線一個(gè)θ夾角。轉(zhuǎn)子的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，定子磁極軸線與轉(zhuǎn)子磁極軸線間的夾角θ增大；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí)θ角減小。圖4.20永磁式同步型電動(dòng)機(jī)的工作原理

五、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置1）交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理由電動(dòng)機(jī)學(xué)基本原理可知，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為

n0＝60f1/p(r/min)式中f1——定子供電頻率，單位Hz；

P——電動(dòng)機(jī)定子繞組磁極對(duì)數(shù)；從上面的公式可以看出：平滑改變定子供電電壓頻率f1而使轉(zhuǎn)速平滑變化，這就是變頻調(diào)速方法。這是交流電動(dòng)機(jī)的一種理想調(diào)速方法。目前，數(shù)控機(jī)床主要采用變頻調(diào)速等先進(jìn)交流調(diào)速技術(shù)。

2)正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)變頻器

SPWM變頻器屬于交一直一交變頻器，基本工作過(guò)程是先將50Hz交流電經(jīng)整流變壓器變壓得到所需電壓，經(jīng)二極管整流和電容濾波，形成恒定直流電壓，然后送入由大功率晶體管構(gòu)成的逆變器主電路，輸出三相電壓和頻率均可調(diào)整的等效于正弦波的脈寬調(diào)制波(SPWM波)，即可拖動(dòng)三相電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種變頻器在數(shù)控機(jī)床的交流驅(qū)動(dòng)中廣泛使用。

3）正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)逆變器的基本原理SPWM波形與等效正弦波

在采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論，沖量(窄脈沖的面積)相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。電動(dòng)機(jī)就是一個(gè)慣性的環(huán)節(jié)，該結(jié)論是SPWM控制的重要理論基礎(chǔ)。

SPWM逆變器輸出的是正弦脈寬調(diào)制波,如圖4.24b)所示。其工作原理是若把一個(gè)正弦半波分成N等分，然后把每一等分的正弦曲線與橫坐標(biāo)軸所包圍的面積，都用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來(lái)代替，這樣可得到N個(gè)等高而不等寬的脈沖序列。根據(jù)上述沖量相等效果相同的原理，該矩形脈沖序列與正弦半波是等效的。如果對(duì)正弦波的負(fù)半周也做同樣處理，即可得到相應(yīng)的2N個(gè)脈沖，這就是與正弦波等效的正弦脈寬調(diào)制波，如圖4.24所示。通過(guò)對(duì)等效的正弦脈寬調(diào)制波的脈沖調(diào)制，就相當(dāng)于調(diào)整了輸出的正弦波頻率。

a)正弦波的正半波b)等效的SPWM波形圖4.24與正弦波等效的SPWM波形六、主軸定向控制的作用目前交流主軸驅(qū)動(dòng)中均采用籠型異步電動(dòng)機(jī)。籠型異步電動(dòng)機(jī)由有三相繞組的定子和有籠條的轉(zhuǎn)子構(gòu)成。主軸定向控制又稱主軸準(zhǔn)停控制，即當(dāng)主軸停止時(shí)能控制其停在固定位置，對(duì)M06和M19指令有效。其作用如下。①在加工中心中進(jìn)行刀具交換②在精鏜孔退刀時(shí)，為了避免刀尖劃傷已加工表面第5章數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置一、數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)裝置的基本要求：

1）穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)控機(jī)床的工作環(huán)境存在油污、潮濕、灰塵、沖擊振動(dòng)等，檢測(cè)裝置要能夠在這樣的惡劣環(huán)境下工作穩(wěn)定，并且受環(huán)境溫度影響小，能夠抵抗較強(qiáng)的電磁干擾。

2）滿足精度和速度的要求。為保證數(shù)控機(jī)床的精度和效率，檢測(cè)裝置必須具有足夠的精度和檢測(cè)速度，位置檢測(cè)裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率一個(gè)數(shù)量級(jí)。

3）安裝維護(hù)方便、成本低廉。受機(jī)床結(jié)構(gòu)和應(yīng)用環(huán)境的限制，要求位置檢測(cè)裝置體積小巧，便于安裝調(diào)試。盡量選用價(jià)格低廉，性能價(jià)格比高的檢測(cè)裝置。數(shù)控機(jī)床加工精度，在很大程度上取決于數(shù)控機(jī)床位置檢測(cè)裝置的精度，因此，位置檢測(cè)裝置是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，它對(duì)于提高數(shù)控機(jī)床的加工精度有決定性的作用。二、常用位置檢測(cè)裝置的分類根據(jù)位置檢測(cè)裝置安裝形式和測(cè)量方式,數(shù)控機(jī)床測(cè)量方式可按以下幾種方式分類：1絕對(duì)式和增量式按檢測(cè)量的測(cè)量基準(zhǔn)，可分為絕對(duì)式和增量式測(cè)量絕對(duì)式位置檢測(cè)是：每個(gè)被測(cè)點(diǎn)的位置都從一個(gè)固定的零點(diǎn)算起增量式位置檢測(cè)是：只測(cè)位移增量，每檢測(cè)到位置移動(dòng)一個(gè)基本單位時(shí)，輸出一個(gè)脈沖波或正弦波，通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)便可得到位移量。2.直接測(cè)量和間接測(cè)量按被測(cè)量和所用檢測(cè)元件的位置關(guān)系，可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。若位置檢測(cè)裝置所測(cè)量的對(duì)象就是被測(cè)量本身，叫做直接測(cè)量，三、位置檢測(cè)裝置的性能指標(biāo)位置檢測(cè)裝置安裝在伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于所測(cè)量的各種物理量是不斷變化的，因此傳感器的測(cè)量輸出必須能準(zhǔn)確、快速地跟隨并反映這些被測(cè)量的變化。位置檢測(cè)裝置的主要性能指標(biāo)包括如下幾項(xiàng)內(nèi)容。

1.精度符合輸出量與輸入量之間特定函數(shù)關(guān)系的準(zhǔn)確程度稱作精度，數(shù)控機(jī)床用傳感器要滿足高精度和高速實(shí)時(shí)測(cè)量的要求。

2.分辨率位置檢測(cè)裝置能檢測(cè)的最小位置變化量稱作分辨率。分辨率應(yīng)適應(yīng)機(jī)床精度和伺服系統(tǒng)的要求。分辨率的高低，對(duì)系統(tǒng)的性能和運(yùn)行平穩(wěn)性具有很大的影響。一般按機(jī)床加工精度的1／3～1／10選取檢測(cè)裝置的分辨率。（也就是說(shuō)，位置檢測(cè)裝置的分辨率要高于機(jī)床加工精度）。

3.靈敏度輸出信號(hào)的變化量相對(duì)于輸入信號(hào)變化量的比值為靈敏度。實(shí)時(shí)測(cè)量裝置不但要靈敏度高，而且輸出、輸入關(guān)系中各點(diǎn)的靈敏度應(yīng)該是一致的。

四、旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的角位移檢測(cè)裝置，在數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛的使用。旋轉(zhuǎn)編碼器通常安裝在被測(cè)軸上，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，直接將被測(cè)角位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字(脈沖)信號(hào)，所以也稱為旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器，這種測(cè)量方式?jīng)]有累積誤差。旋轉(zhuǎn)編碼器也可用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)速。圖5.2增量式光電編碼器外形結(jié)構(gòu)圖當(dāng)光電盤隨被測(cè)工作軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)縫隙，光電管就會(huì)感受到一次光線的明暗變化，使光電管的電阻值改變，這樣就把光線的明暗變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的強(qiáng)弱變化，而這個(gè)電信號(hào)的強(qiáng)弱變化近似于正弦波的信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形和放大等處理，變換成脈沖信號(hào)。通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)量脈沖的數(shù)目，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角位移；通過(guò)計(jì)量脈沖的頻率，即可測(cè)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，測(cè)量結(jié)果可以通過(guò)數(shù)字顯示裝置進(jìn)行顯示或直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。增量式光電編碼器外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5.2。實(shí)際應(yīng)用的光電編碼器的光欄板上有兩組條紋A、A和B、B，A組與B組的條紋彼此錯(cuò)開(kāi)1／4節(jié)距，兩組條紋相對(duì)應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號(hào)彼此相差90°相位，用于辨向。此外，在光電碼盤的里圈里還有一條透光條紋C(零標(biāo)志刻線)，用以每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，該脈沖信號(hào)又稱零標(biāo)志脈沖，作為測(cè)量基準(zhǔn)。圖5.10莫爾條紋形成的原理五、光柵的組成結(jié)構(gòu)和檢測(cè)原理光柵是一種在透明玻璃上或金屬的反光平面上刻上平行、等距的密集刻線，制成的光學(xué)元件。數(shù)控機(jī)床上用的光柵尺，是利用兩個(gè)光柵相互重疊時(shí)形成的莫爾條紋現(xiàn)象，制成的光電式位移測(cè)量裝置。當(dāng)光線平行照射光柵時(shí)，由于光的透射及衍射效應(yīng)，在與線紋垂直的方向上，準(zhǔn)確地說(shuō)，在與兩光柵線紋夾角θ的平分線相垂直的方向上，會(huì)出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗條紋，這就是“莫爾干涉條紋”，簡(jiǎn)稱莫爾條紋。圖5.10是莫爾條紋形成的原理圖。第6章數(shù)控機(jī)床的可編程控制器（PLC）傳統(tǒng)的繼電接觸器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是，這些控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制采用的是固定接線方式，一旦生產(chǎn)過(guò)程有所變動(dòng)，就得重新設(shè)計(jì)線路和連線安裝，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。目前大都用可編程控制器取代。一、可編程序控制器的主要特點(diǎn)1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)一般對(duì)控制設(shè)備的可靠性有很高的要求：要能夠在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，控制設(shè)備應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。2.控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)PLC是一種存儲(chǔ)程序控制器，其輸入和輸出設(shè)備與繼電接觸器控制系統(tǒng)類似，但它們可直接連接在PLC的I/O端。3.編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便編程簡(jiǎn)單是PLC優(yōu)于微機(jī)的另一特點(diǎn)。PLC的設(shè)計(jì)宗旨之一是方便使用，目前大多數(shù)的PLC均可采用與實(shí)際電路接線圖非常接近的梯形圖編程，這種編程語(yǔ)言形象直觀，易于掌握，只要具有一定電工和工藝知識(shí)的人就可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。4.組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣現(xiàn)代的PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)等功能，而且還能完成A/D（模擬量/