《检测装置》PPT课件

CNC 数 控 机 床 的 检 测 装 置 主 要 内 容 概 述 旋 转 变 压 器 感 应 同 步 器 光 栅 编 码 器 CNC 一 、 概 述作 用 ： 检 测 位 移 （ 线 位 移 或 角 位 移 ） 和 速 度 ，发 送 反 馈 信 号 至 数 控 装 置 ， 构 成 伺 服 系 统 闭 环或 半 闭 环 控 制 ， 使 工 作 台 按 指 令 路 径 精 确 地 移动 。组 成 ： 检 测 元 件 （ 传 感 器 ） 和 信 号 处 理 装 置 。分 ： 位 移 、 速 度 和 电 流 三 种 类 型 。常 用 检 测 装 置 ： 旋 转 变 压 器 感 应 同 步 器 编 码 器 光 栅 CNC闭 环 或 半 闭 环 控 制 的 数 控 机 床 的 加 工 精 度 主要 由 检 测 系 统 精 度 决 定 。半 闭 环 控 制 的 数 控 机 床 ：旋 转 变 压 器 、 编 码 器 等 ， 安 装 在 电 机 或 丝 杠上 ， 测 量 电 机 或 丝 杠 的 角 位 移 间 接 测 量 工 作台 的 直 线 位 移 。闭 环 控 制 系 统 的 数 控 机 床 ：感 应 同 步 器 、 光 栅 、 磁 栅 等 ， 安 装 在 工 作 台和 导 轨 上 ， 直 接 测 量 工 作 台 的 直 线 位 移 。一 、 概 述 CNC位 置 检 测 装 置 的 精 度 ： 系 统 精 度 、 分 辨 率系 统 精 度 ： 一 定 长 度 或 转 角 范 围 内 测 量 累 积 误 差 的 最 大 值 。一 般 ： 直 线 位 移 检 测 精 度 ： 0.002 0.02 m； 回 转 角 测 量 精 度 ： 10 360系 统 分 辨 率 ： 测 量 元 件 所 能 正 确 检 测 的 最 小 位 移 量 。目 前 ： 直 线 位 移 分 辨 率 ： 1m， 高 精 度 0.1m； 回 转 分 辨 率 ： 可 达 2 。不 同 数 控 机 床 对 检 测 装 置 精 度 、 速 度 要 求 ： 大 型 机 床 ： 速 度 为 主 ； 中 小 型 机 床 、 高 精 度 机 床 ： 精 度 为 主 。一 、 概 述 CNC1、 数 控 机 床 对 检 测 装 置 的 主 要 要 求 1） 受 温 度 、 湿 度 影 响 小 ， 工 作 可 靠 ， 抗 干 扰 能 力 强 ；2） 在 机 床 移 动 范 围 内 满 足 精 度 和 速 度 要 求 ；3） 使 用 维 护 方 便 ， 适 合 机 床 运 行 环 境 ；4） 成 本 低 ；5） 易 于 实 现 高 速 的 动 态 测 量 。 一 、 概 述 CNC2、 位 置 检 测 装 置 分 类 (位 移 传 感 器 ) 一 、 概 述 3速 直 线 感 应 同 步 器绝 对 值 式 磁 尺 直 线 感 应 同 步 器磁 尺 多 通 道 透 射光 栅 计 量 光 栅激 光 干 涉 仪 直线型 多 极 旋 转 变 压 器3速 圆 感 应 同 步 器 旋 转 变 压 器圆 感 应 同 步 器圆 磁 尺 绝 对 式 脉 冲编 码 器 增 量 式 脉 冲编 码 器圆 光 栅 回转型 绝 对 式 增 量 式 绝 对 式 增 量 式 模 拟 式 数 字 式 CNC 增 量 式 与 绝 对 式 1） 增 量 式 检 测 方 式测 量 位 移 增 量 ， 移 动 1个 测 量 单 位 发 出 1个 测 量 信号 。如 ： 测 量 单 位 为 0.001mm， 每 移 动 0.001mm发 出1个 脉 冲 信 号 ， 对 脉 冲 计 数 得 到 位 移 量 。优 点 ： 装 置 较 简 单 ， 任 何 一 个 对 中 点 均 可 作 测 量起 点 ；缺 点 ： 一 旦 计 数 有 误 ， 此 后 测 量 结 果 全 错 ； 发 生故 障 （ 如 断 电 、 断 刀 等 ） 时 不 能 找 到 事 故 前 的 位置 ， 须 将 工 作 台 移 至 起 点 重 新 计 数 。一 、 概 述 CNC2） 绝 对 式 测 量 方 式被 测 量 的 任 一 点 的 位 置 都 以 一 个 固 定 的 零 点 作基 准 ， 每 一 被 测 点 都 有 一 个 相 应 的 对 零 点 的 测量 值 。避 免 了 增 量 式 检 测 方 式 的 缺 陷 ， 但 结 构 较 复 杂 。如 ： 接 触 式 码 盘一 、 概 述 CNC 数 字 式 与 模 拟 式1） 数 字 式 测 量 方 式以 数 字 形 式 表 示 被 测 量 ， 测 量 信 号 一 般 为 脉 冲 ，可 直 接 把 它 送 到 数 控 装 置 进 行 比 较 、 处 理 。特 点 ：（ 1） 便 于 显 示 、 处 理 ；（ 2） 测 量 精 度 取 决 于 测 量 单 位 ， 与 量 程 基 本 无关 （ 存 在 累 加 误 差 ） ；（ 3） 检 测 装 置 简 单 ， 脉 冲 信 号 抗 干 扰 能 力 强 。一 、 概 述 CNC2） 模 拟 式 测 量 方 式用 连 续 的 变 量 表 示 被 测 量 ， 如 用 相 位 变 化 、电 压 变 化 表 示 。特 点 ：（ 1） 直 接 对 被 测 量 进 行 检 测 ；（ 2） 在 小 量 程 内 可 以 实 现 高 精 度 测 量 ；（ 3） 可 用 于 直 接 检 测 和 间 接 检 测 。一 、 概 述 CNC 直 接 测 量 与 间 接 测 量1） 直 接 测 量 用 直 线 式 检 测 装 置 测 直 线 位 移 ， 用 旋 转 式 检 测 装 置 测角 位 移 ， 作 为 全 闭 环 伺 服 系 统 的 位 置 反 馈 信 号 ， 构 成 闭 环控 制 。直 接 检 测 ： 对 机 床 的 直 线 位 移 采 用 直 线 型 检 测 装 置 测 量 。测 量 精 度 取 决 于 测 量 元 件 的 精 度 ， 不 受 机 床 传 动 精 度 的 影响 。检 测 装 置 要 与 行 程 等 长 ， 对 大 型 数 控 机 床 来 说 ， 是 一 个 很大 的 限 制 。 一 、 概 述 CNC2） 间 接 测 量若 回 转 型 位 置 检 测 装 置 测 量 的 回 转 运 动 只 是 中 间值 ， 再 由 它 推 算 出 与 之 关 联 的 移 动 部 件 的 直 线 位移 ， 作 为 半 闭 环 伺 服 系 统 的 位 置 反 馈 。对 机 床 的 直 线 位 移 采 用 回 转 型 检 测 装 置 测 量 ， 称为 间 接 测 量 。优 点 ： 使 用 可 靠 方 便 ， 无 长 度 限 制 ，缺 点 ： 检 测 信 号 中 加 入 了 直 线 运 动 转 变 为 旋 转 运动 的 传 动 链 误 差 ， 影 响 检 测 精 度 。 为 提 高 定 位 精度 ， 常 需 要 对 机 床 的 传 动 误 差 进 行 补 偿 。一 、 概 述 CNC 二 、 旋 转 变 压 器一 种 输 出 电 压 与 角 位 移 量 成 连 续 函 数 关 系 的 感应 式 微 电 机 ， 用 于 半 闭 环 控 制 的 数 控 机 床 。优 点 ： 结 构 简 单 、 动 作 灵 敏 、 工 作 可 靠 、 对 环境 条 件 要 求 低 （ 特 别 是 高 温 、 高 粉 尘 地 方 ） 、输 出 信 号 幅 度 大 、 抗 干 扰 能 力 强 。缺 点 ： 信 号 处 理 比 较 复 杂 。 CNC 二 、 旋 转 变 压 器分 类 ： 按 有 无 电 刷 分 ： 接 触 式 和 无 接 触 式 两 种 ；按 极 对 数 分 ： 单 对 极 和 多 对 极 ；按 用 途 分 ： 计 算 用 和 数 据 传 输 用 ；按 输 出 电 压 与 转 子 转 角 间 的 函 数 关 系 分 ：正 余 弦 旋 转 变 压 器 、 线 性 旋 转 变 压 器 、比 例 式 旋 转 变 压 器 、 特 殊 函 数 旋 转 变 压 器 CNC 旋 转 变 压 器 的 结 构 旋 转 变 压 器 （ 同 步 分 解 器 ） ， 与 两 相 绕 线 式异 步 电 机 相 似 ， 由 定 子 和 转 子 组 成 ， 是 一 种旋 转 式 的 小 型 交 流 电 机 。有 刷 旋 转 变 压 器 ： 定 子 、 转 子 上 两 相 绕 组 轴线 相 互 垂 直 ， 转 子 绕 组 的 引 线 （ 端 点 ） 经 滑环 引 出 ， 通 过 电 刷 送 到 外 面 来 。无 刷 旋 转 变 压 器 ： 输 出 信 号 大 、 可 靠 性 高 、寿 命 长 、 不 用 维 修 。二 、 旋 转 变 压 器 CNC数 控 机 床 用 无刷 旋 转 变 压 器 ，组 成 ：分 解 器 ： 左 ，结 构 与 有 刷 旋转 变 压 器 基 本相 同 。 变 压 器 ： 右 ，无 电 刷 与 滑 环即 可 把 信 号 传递 出 来 二 、 旋 转 变 压 器 CNC 1 2 3 56 748 二 、 旋 转 变 压 器分 解 器 定 子 线 圈 外 接 激 磁 电 压 ， 频 率 较 高 （ 400、 500、1000、 2000、 5000H z） ， 尺 寸 减 小 ， 转 子 转 动 惯 量 小 ，适 用 加 、 减 速 比 较 大 或 精 度 高 的 齿 轮 、 齿 条 组 合 的 场 合分 解 器 转 子 线 圈 输 出 信 号 接 变 压 器 一 次 绕 组 5 ， 从 变压 器 二 次 绕 组 （ 转 子 绕 组 ） 7 引 出 输 出 信 号 CNC单 极 对 ： 定 子 和 转子 各 有 一 对 磁 极 。多 极 对 ： 定 子 或 转子 极 对 数 增 加 ， 使电 气 转 角 为 机 械 转角 的 倍 数 ， 用 于 高精 度 绝 对 式 检 测 。双 极 对 ： 定 子 和 转子 各 有 两 对 相 互 垂直 的 磁 极 ， 检 测 精度 较 高 ， 数 控 机 床应 用 普 遍 。二 、 旋 转 变 压 器 CNC旋 转 变 压 器 转 子 轴 与 电 机 轴 或 丝 杠 连 接 在 一 起 。单 极 对 ： 转 子 经 精 密 齿 轮 升 速 后 再 与 电 机 轴 相 联 ，根 据 丝 杠 导 程 选 用 齿 轮 升 速 比 （ 通 常 为 1:2、 1:3、1:4、 2:3、 1:5、 2:5等 ） ， 保 证 机 床 的 脉 冲 当 量 与 输入 设 定 的 单 位 相 同 。多 极 对 ： 不 用 升 速 ， 与 电 机 直 接 相 联 ， 精 度 更 高 。一 极 对 数 少 的 和 一 个 极 对 数 多 的 两 种 旋 转 变 压 器 可构 成 “ 粗 测 ” 和 “ 精 测 ” 电 气 变 速 双 通 道 检 测 装 置 ，用 于 高 精 度 检 测 。二 、 旋 转 变 压 器 CNC 旋 转 变 压 器 的 工 作 原 理 互 感 原 理 ， 定 子 与 转 子 间 气 隙 磁 通 呈 正 余 弦规 律 分 布 。当 定 子 加 上 一 定 频 率 的 激 磁 电 压 时 ， 通 过 电 磁耦 合 ， 转 子 绕 组 产 生 感 应 电 势 ， 其 输 出 电 压 的大 小 取 决 于 定 子 和 转 子 两 个 绕 组 轴 线 在 空 间 的相 对 位 置 。 二 、 旋 转 变 压 器 CNC 56 2 2 2 1 1 1 0 U1=Umsin t U1=Umsin t U1=Umsin t定 子 转 子 激 磁 输 出 U1 U2 tt =0 2=0U2=0 =90 2=k 1U2=nUmsin t0 2=k 1sinU2=nUmsin tsin2 k 1sinU2 nUm sint sin 二 、 旋 转 变 压 器 CNC 二 、 旋 转 变 压 器以 单 极 对 旋 转 变 压 器 为 例tUU m sin1 sinsin12 tnUnUU m Um激 磁 电 压 幅 值n绕 组 匝 数 比转 子 偏 转 角定 子 绕 组 励 磁 电 压转 子 产 生 感 应 电 势 CNC 56 2 2 2 1 1 1 0 U1=Umsin t U1=Umsin t U1=Umsin t定 子 转 子 激 磁 输 出 U1 U2 tt =0 2=0U2=0 =90 2=k 1U2=nUmsin t0 2=k 1sinU2=nUmsin tsin 二 、 旋 转 变 压 器 tUU m sin1 sinsinsin12 tnUnUU m CNC1 鉴 相 工 作 方 式定 子 的 两 个 绕 组 通 同 幅 值 、 频 率 ， 但 相 位 差 /2的 交 流 激 磁 电 压 U1s Umsin t U1c Um（ sin t+ /2） Umcos t转 子 正 转 时 ， U1s 、 U1c在 转 子 绕 组 中 产 生的 感 应 电 压 叠 加 ， 得 转 子 感 应 电 压 U2 二 、 旋 转 变 压 器 cossin 112 cs kUkUU CNCU2 kUmsin tsin kUmcos tcos =kUmcos（ t- ） Um激 磁 电 压 幅 值 ； k电 磁 耦 合 系 数 ， k1； 相 位 角 ， 即 ： 转 子 偏 转 角 。转 子 反 转 时 ， U2 kUmcos（ t+ ）转 子 输 出 电 压 的 相 位 角 t+ 和 间 有 对 应 关系 ， 检 测 出 t+ ， 可 得 ， 得 被 测 轴 角 位移 。实 际 应 用 时 ， 把 定 子 余 弦 绕 组 激 磁 电 压 的 相 位 t作 为 基 准 相 位 ， 与 t+ 比 较 ， 确 定 大 小 。 二 、 旋 转 变 压 器 CNC2 鉴 幅 工 作 方 式 定 子 的 两 个 绕 组 分 别 通 同 频 率 、 同 相 位 、 幅 值分 别 按 正 弦 、 余 弦 变 化 的 交 流 激 磁 电 压 ， 即 U1s Umsinasint U1c= Umcosa sin t 给 定 电 气 角 时 ， 交 流 激 磁 电 压 的 幅 值 分 别 为 U sm Umsin Ucm Umcos 二 、 旋 转 变 压 器 CNC转 子 正 转 时 ， U1s、 U1c经 叠 加 ， 转 子 感 应 电 压 U2为 ：U2 kUmsin sin tsin k Umcos sin tcos kUmcos（ ） sin t转 子 反 转 时 ， 同 理 有 ： U2 kUmcos（ ） sin tU 2的 幅 值 分 别 为 :kUmcos（ ） 、 kUmcos（ ）幅 值 随 转 子 偏 转 角 变 化 。 测 量 出 幅 值 可 测 出 。 二 、 旋 转 变 压 器 CNC由 角 位 移 如 何 计 算 直 线 位 移 ?旋 转 变 压 器 安 装 在 丝 杠 上 ， 当 角 0 360 变 化 时 ，表 示 丝 杠 上 的 螺 母 走 1个 导 程 ， 间 接 测 量 了 丝 杠 的 直线 位 移 （ 导 程 ） 大 小 。加 一 台 绝 对 位 置 计 数 器 检 测 工 作 台 的 绝 对 位 置 ， 累 计所 走 的 导 程 数 ， 折 算 成 位 移 总 长 度 。转 子 每 转 1周 ， 转 子 的 输 出 电 压 不 止 一 次 通 过 零 点 ，需 加 相 敏 检 波 器 来 辨 别 转 换 点 和 区 别 不 同 的 转 向 。 旋 转 变 压 器 的 应 用 二 、 旋 转 变 压 器 CNC 三 、 感 应 同 步 器感 应 同 步 器 和 旋 转 变 压 器 均 为 电 磁 式 检 测 装 置 ， 模 拟式 测 量 ， 二 者 工 作 原 理 相 同 。种 类 ： 直 线 式 、 旋 转 式 （ 圆 盘 式 ） 。直 线 式 ： 定 尺 、 滑 尺 ， 测 直 线 位 移 ， 全 闭 环 伺 服 系 统 。旋 转 式 ： 定 子 、 转 子 ， 测 角 位 移 ， 半 闭 环 伺 服 系 统 。工 作 原 理 与 直 线 式 相 同 ， 不 同 的 是 定 子 （ 相 当 于 定尺 ） 、 转 子 （ 相 当 于 滑 尺 ） 及 绕 组 形 状 不 同 ， 结 构 上分 ： 圆 形 、 扇 形 。 CNC 感 应 同 步 器 的 结 构 与 种 类 三 、 感 应 同 步 器（ 固 定 在 床 身 上 ） （ 安 装 在 移 动 部 件 上 ）平 行 ， 间 隙 为 0.250.05mm CNC 三 、 感 应 同 步 器w2 2（ a2+b2） w1 2（ a1+b1） 一 般 w1 w2或 w1 2/3 w2 CNC 三 、 感 应 同 步 器 （ 当 正 弦 绕 组 与 定尺 绕 组 对 齐 时 ，余 弦 绕 组 与 定 尺 绕 组 相 差 1/4节 距 ） CNC 三 、 感 应 同 步 器标 准 感 应 同 步 器 定 尺 250mm， 滑 尺 100mm， 节 距 2mm直 线 式 感 应 同 步 器 有 ：标 准 式 ： 精 度 最 高 、 使 用 最 广 ；窄 式 ： 定 尺 、 滑 尺 宽 度 比 标 准 式 小 ， 比 标 准 式 精 度 低 ，精 度 较 低 、 机 床 上 安 装 位 置 窄 小 且 安 装 面 难 于 加 工 ；带 式 ： 定 尺 可 至 3m以 上 ， 不 需 接 长 ， 定 尺 随 床 身 热 变形 而 变 形 ， 刚 性 稍 差 ， 总 测 量 精 度 比 标 准 式 低 ；3重 式 ： 定 尺 有 粗 、 中 、 细 绕 组 ， 为 绝 对 式 检 测 系 统 ，大 型 机 床 。 CNC 三 、 感 应 同 步 器结 构 ： CNC转 子 绕 组 ： 连 续 绕 组 ；定 子 绕 组 ： 分 段 式 、 两 相 正 交 （ 相 差 90 电 角 度 ）sin绕 组 、 cos绕 组三 、 感 应 同 步 器 CNC 感 应 同 步 器 的 安 装 定 尺 安 装 在 机 床 的 不 动 部 件 上 ；滑 尺 安 装 在 机 床 的 移 动 部 件 上 。安 装 防 护 罩 ： 防 止 切 屑 和 油 污 浸 入保 持 定 尺 和 滑 尺 平 行 、 间 隙 约0 25 0 05mm， 其 它 安 装 要 求 视 具 体 产品 说 明 而 定 。 保 证 定 尺 和 滑 尺 在 全 工 作 长 度上 正 常 耦 合 ， 减 少 测 量 误 差 。三 、 感 应 同 步 器 CNC直 线 感 应 同 步 器 标 准 定 尺 长 度 为 250mm， 测 量 范 围增 加 时 ， 将 定 尺 接 长 。根 据 具 体 使 用 情 况 ， 按 一 定 步 骤 和 要 求 拼 接 定 尺 定 尺 全 部 接 好 后 ， 采 用 激 光 干 涉 仪 或 量 块 加 千 分 表进 行 全 长 误 差 测 量 ，超 差 处 进 行 重 新 调 整 ， 使 总 长 度 上 的 累 积 误 差 单块 定 尺 的 最 大 偏 差 。 三 、 感 应 同 步 器 CNC 感 应 同 步 器 工 作 原 理 正 弦 绕 组 余 弦 绕 组滑 尺定 尺 2 /2Ud Us Uc 三 、 感 应 同 步 器滑 尺 与 定 尺 发 生 相 对 位 移 时 ， 即 ： 励 磁 绕 组 与 感应 绕 组 间 发 生 相 对 位 移 时 ， 由 于 电 磁 耦 合 的 变 化 ，感 应 绕 组 中 感 应 电 压 随 位 移 的 变 化 而 变 化 。 CNC 三 、 感 应 同 步 器感 应 电 压 幅 值 与 定 尺 滑 尺 相 对 位 置 关 系 定 尺 滑 A 尺 B 241 位 C 221 置 D 243 E 2 E A V2 M N 正 弦 绕 组 余 弦 绕 组 B D C O P CNC当 滑 尺 移 动 距 离 2， V2 变 化 2p,当 移 动 x时 ， 对 应感 应 电 压 以 余 弦 函 数 变 化 角 度 。 设 滑 尺 上 一 相 绕 组 的 激 磁 电 压 则 定 尺 绕 组 感 应 电 压 为 K耦 合 系 数 ； 激 磁 电 压 的 幅 值 ； 激 磁 电 压 的 角 频 率 ； 与 位 移 对 应 的 角 度 。p 22 x pp xx 22 tVV ms sin tKVKVV ms sincoscos2 mV 三 、 感 应 同 步 器 CNC 1.鉴 相 工 作 方 式 滑 尺 正 、 余 弦 绕 组 的 激 磁 信 号 是 频 率 、 幅 值 相 同 ，相 位 差 900的 交 流 励 磁 电 压 根 据 叠 加 原 理 ， 定 尺 上 总 感 应 电 压 为 鉴 别 定 尺 感 应 输 出 电 压 的 相 位 t+ ， 可 测 ，可 测 定 尺 和 滑 尺 间 的 相 对 位 移 x。 tVV tVV mc ms cossin )sin( 2coscoscossin2 p tKV tKVtKVV m mm 三 、 感 应 同 步 器 CNC pp xx 22 例 如 ：定 尺 感 应 输 出 电 压 与 滑 尺 励 磁 电 压 间 的 相 位差 为 3.60， 表 明 滑 尺 移 动 了 多 少 mm？(0.02mm) 2mm 三 、 感 应 同 步 器 CNC相 移 位 移 转 换 系 数 ：例 ： 设 节 距 2=2 ， 则 若 脉 冲 当 量 2m/脉 冲 ， 则 相 移 位 移 系 数 为 p x mmx /1801 pp 脉 冲脉 冲 /36.0/180002.0 三 、 感 应 同 步 器 CNC 滑 尺 正 、 余 弦 绕 组 的 励 磁 电 压 频 率 同 、 相 位 同 ， 但幅 值 不 同 。 2.鉴 幅 工 作 方 式 tVV tVV mc ms a a sincos sinsin定 尺 绕 组 产 生 的 总 感 应 电 压 为 aa sinsincoscossinsin2 tKVtKVV mm tKVm a sinsin 三 、 感 应 同 步 器若 电 气 角 已 知 ， 测 出 V 2幅 值 kVmsin（ ） 便 能求 出 角 。 实 际 测 量 时 ， 不 断 调 整 ， 使 kVmsin（ ） =0。 的 变 化 量 代 表 了 对 应 的 位 移 量 变 化 ， 测得 机 械 位 移 。 CNC 四 、 光栅通 常 ， 光 栅 按 用 途 分 两 大 类 ：物 理 光 栅 （ 衍 射 光 栅 ） ： 200 500条 / ， 栅 距0.002 0.005 ， 利 用 光 的 衍 射 原 理 ， 用 于 光 谱 分析 和 光 波 波 长 测 定 。计 量 光 栅 ： 25条 / 、 50条 / 、 100条 / 、 250条 / 等 ， 栅 距 0.004 0.25 ， 利 用 光 的 透 射 和 反 射现 象 ， 用 于 数 控 机 床 检 测 系 统 。用 于 闭 环 控 制 系 统 ， 可 测 位 移 和 转 角 。 读 数 速 率高 （ 0 数 十 万 次 /每 秒 ） ， 适 用 动 态 测 量 。 CNC 光 栅 的 种 类按 形 状 ： 长 光 栅 （ 直 线 光 栅 ） 、 圆 光 栅 。长 光 栅 检 测 线 位 移 ， 圆 光 栅 测 量 角 位 移直 线 光 栅 按 制 作 原 理 ： 玻 璃 透 射 光 栅 、 金 属 反 射 光 栅 。 四 、 光 栅 CNC 长 光 栅（ 1） 玻 璃 透 射 光 栅 ： 在 玻 璃 表 面 上 用 真 空 镀 膜 法镀 一 层 金 属 膜 ， 再 涂 上 一 层 均 匀 的 感 光 材 料 ， 用照 相 腐 蚀 法 制 成 透 明 与 不 透 明 间 隔 相 等 的 线 纹 。特 点 ：1） 光 源 可 采 用 垂 直 入 射 ， 光 电 元 件 直 接 接 受 光 信号 ， 因 此 信 号 幅 度 大 ， 读 数 头 结 构 较 简 单 ；2） 一 般 为 100、 125、 250条 /mm， 经 过 电 路 细 分 ，可 做 到 微 米 级 的 分 辨 率 。 四 、 光 栅 CNC（ 2） 金 属 反 射 光 栅 ： 在 钢 尺 或 不 锈 钢 的 镜 面 上 用照 相 腐 蚀 法 或 用 钻 石 刀 刻 划 制 成 光 栅 线 纹 ； 常 用 4、10、 25、 40、 50条 /mm ， 分 辨 率 低 。 特 点 ：1） 标 尺 光 栅 的 线 膨 胀 系 数 易 于 与 机 床 材 料 一 致 ；2） 标 尺 光 栅 的 安 装 和 调 整 较 方 便 ；3） 安 装 面 积 较 小 ；4） 易 于 接 长 或 制 成 整 根 的 钢 带 长 光 栅 ；5） 不 易 碰 碎 。四 、 光 栅 CNC 圆 光 栅在 玻 璃 圆 盘 外 环 端 面 上 ， 做 成 黑 白 相 间 、 呈 辐 射状 条 纹 ， 相 互 间 夹 角 （ 栅 距 角 ） 相 等 。一 般 有 3种 形 式 ：（ 1） 六 十 进 制 ，（ 2） 十 进 制 ，（ 3） 二 进 制 ，四 、 光 栅 CNC 光 栅 的 结 构 与 测 量 原 理 （ 以 玻 璃 透 射 式 直 线 光 栅 为 例 ）1 光 栅 的 结 构组 成 ： 标 尺 光 栅 （ 长 光 栅 ） 、 光 栅 读 数 头 标 尺 光 栅 与 行 程 等 长 ， 通 常 光 栅 长 度1m， 行 程 大 于 1m时 需 要 接 长安 装 ： 标 尺 光 栅 一 般 安 装 在 机 床 活 动 部 件 上（ 如 工 作 台 上 或 丝 杠 ） 光 栅 读 数 头 安 装 在 机 床 固 定 部 件 上 （ 如机 床 底 座 ） 。 指 示 光 栅 （ 短 光 栅 ） 装 在 光 栅 读数 头 中 。四 、 光 栅 CNC 光 栅 的 结 构 与 测 量 原 理光 栅 读 数 头 组 成 ：光 源 、 透 镜 、 指 示光 栅 、 光 敏 元 件 、驱 动 线 路 。常 见 结 构 按 光 路 分 ：分 光 读 数 头 、 垂 直入 射 读 数 头 、 反 射读 数 头作 用 ： 将 莫 尔 条 纹的 光 信 号 转 换 成 电脉 冲 信 号 。 S PL2 G2G1L1Q G1 G2 PL tQL1 G1G2 L2 PQ CNC 光 栅 四 、 光 栅 CNC 尺 身 尺 身 安 装 孔 扫 描 头 （ 与 移 动 部 件 固 定 ） 可 移 动 电 缆四 、 光 栅 CNC不 透 光 条 纹 宽 度 （ 缝 隙 宽 度 ） a， 透 光 宽 度（ 刻 线 宽 度 ） b， 通 常 a=b， 栅 距 d a+b。 a b 标 尺 光 栅指 示 光 栅d 四 、 光 栅 CNC2 光 栅 的 基 本 测 量 原 理安 装 时 保 证 两 光 栅 尺 沿 线 纹 方 向 保 持 一 个 很小 夹 角 、 刻 划 面 平 行 且 有 一 个 很 小 间 隙（ 一 般 0.05mm， 0.1mm）在 光 源 照 射 下 ， 在 与 的 平 分 线 相 垂 直 的 方向 上 ， 形 成 明 暗 相 间 条 纹 莫 尔 条 纹 （ 横向 莫 尔 条 纹 ） ， 两 条 亮 （ 暗 ） 纹 间 的 距 离 称莫 尔 条 纹 宽 度 w 。四 、 光 栅 CNC 均 匀 刻 线标 尺光 栅指 示光 栅 夹 角 明 暗 相 间条 纹 莫 尔 条 纹移 动 d w四 、 光栅 CNC莫 尔 条 纹 特 性 ：（ 1） 光 学 放 大 作 用 标 尺 光 栅指 示 光 栅 d w /2 2cos 2sin2 2 2d d dw tg 放 大 比 k为 ： 1 dwk若 d=0.01mm， 0.01rad，则 w 1mm， k 100 四 、 光 栅 xd wxwxtg 2cos 222 CNC（ 2） 实 现 平 均 误 差 作 用莫 尔 条 纹 大 量 光 栅 线 纹 干 涉 误 差 平 均 效 应 克 服 个 别 /局 部 误 差 提 高 精 度 （ 3） 莫 尔 条 纹 移 动 与 栅 距 移 动 成 比 例光 栅 移 动 1个 栅 距 d 莫 尔 条 纹 移 动 1个 间 距 w光 栅 移 动 方 向 相 反 ， 莫 尔 条 纹 移 动 方 向 也 相 反 。莫 尔 条 纹 移 动 方 向 与 角 分 线 方 向 垂 直 。 检 测 莫 尔 条 纹 移 动 位 移 来 测 量 光 栅 移 动 的 微 小 距 离 。 在 1个 栅 距 d内 ， 光 电 元 件 所 检 测 的 光 强 变 化 为 正 弦（ 或 余 弦 ） 变 化 。四 、 光 栅 CNC光 栅 测 量 系 统 P 1P2P3P4硅 光 电 池 差动放大器 整形器差 动放大器 整形器 方向判别 门电路 可逆计数器 控 制 回 路 正 向 脉 冲 反 向 脉 冲 标 尺 光 栅 指 示 光 栅聚 光 镜光 源 标 尺 光 栅 移 动 ， 莫 尔 条 纹 交 替 由 亮 带 到 暗 带 、暗 带 到 亮 带 ， 光 强 度 分 布 近 似 余 弦 曲 线 ， 光电 元 件 变 为 同 频 率 电 压 信 号 ， 经 光 栅 位 移 数 字 变 换 电 路 放 大 、 整 形 、 微 分 输 出 脉 冲 。每 产 生 一 个 脉 冲 ， 代 表 移 动 了 一 个 栅 距 ， 对脉 冲 计 数 可 得 工 作 台 的 移 动 距 离四 、 光 栅 CNC 四 、 光 栅增 加 线 纹 密 度 ， 但 制 造 较 困 难 ， 成 本 高 。采 用 倍 频 的 方 法 来 提 高 光 栅 的 分 辨 精 度 。 在 莫 尔 条 纹 的 宽 度 内 ， 放 置 四 个 光 电 元 件 ， 每 隔1/4光 栅 栅 距 产 生 一 个 脉 冲 ， 一 个 脉 冲 代 表 移 动了 1/4栅 距 的 位 移 ， 分 辨 精 度 可 提 高 四 倍 ， 这 就是 四 倍 频 方 案 。 一 个 光 电 元 件 只 能 计 数 ,无 法 判 断 移 动 方 向如 何 辩 向 ？如 何 提 高 光 栅 检 测 装 置 的 精 度 ? CNC鉴 向 倍 频 电 路 作 用 :辨 向 、 细 分 ， 提 高 光 栅 的 分 辨 率莫 尔 条 纹 原 1个 脉 冲 信 号 ： 0 、 90 、 180 、270 都 有 脉 冲 输 出 ， 一 个 周 期 内 送 出 4个 脉 冲 。 分辨 率 提 高 4倍 。分 辨 率 取 决 于 光 栅 栅 距 d 和 鉴 向 倍 频 的 倍 数 n， 即 ：分 辨 率 d/n。例 ： 光 栅 线 纹 密 度 50条 /mm（ 栅 距 20m） ， 经 4倍 频处 理 后 ， 线 纹 密 度 提 高 到 200条 /mm， 工 作 台 每 移 动5m送 出 一 个 脉 冲 ， 即 分 辨 率 为 5m， 提 高 4倍 。四 、 光 栅 CNC 五 、 编 码 器旋 转 式 测 量 元 件 ， 装 在 被 测 轴 上 ；二 进 制 、 二 进 制 循 环 码 （ 格 雷 码 ） 、 余 三 码和 二 一 十 进 制 码 等 编 码 器 ；输 出 信 号 的 形 式 ： 绝 对 值 式 编 码 器 、 脉 冲 增量 式 编 码 器 ；内 部 结 构 和 检 测 方 式 ： 接 触 式 、 光 电 式 、 电磁 式 。 CNC安 装 方 式1、 和 伺 服 电机 同 轴 联 接 ，编 码 器 在 进 给传 动 链 前 端 ；安 装 方 便 。2、 连 在 滚 珠丝 杠 末 端 ， 包含 的 传 动 链 误差 比 前 者 多 ，位 置 控 制 精 度较 高 ； 工 作 台 丝 杠 编 码 器电 机五 、 编 码 器 CNC 接 触 式 编 码 器一 种 绝 对 值 式 的 检 测 装 置 ， 直 接 把 被 测 转 角用 数 字 代 码 表 示 出 来 ， 每 一 个 角 度 位 置 均 有唯 一 对 应 的 代 码 。即 使 断 电 或 切 断 电 源 ， 也 能 读 出 转 动 角 度 。 五 、 编 码 器 CNC4位 二 进 制 码 盘 高 位 在 内 ， 低 位 在 外 。 n位 二 进 制 码 盘 ， n圈 码 道 ，圆 周 均 分 2n份 ， 即 有 2n个 数 据 表 示 不 同 位 置 ， 分 辨角 360 /2 n。 n 越 大 ， 能 分 辨 的 角 度 越 小 ， 测 量精 度 越 高 。 目 前 n =8 14位-+电 刷绝 缘 体导 电 体转 轴 E 000010001001101110101110 1111 1101 1100 0100 0101 0111 0110001000110001 2000000001001000110100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 10111100110111101111 22232120212223 五 、 编 码 器采 用 组 合 码 盘 ， 一 个 为 粗 计 码 盘 ， 一 个 为 精 计 码 盘 。精 计 码 盘 转 1圈 ， 粗 计 码 盘 转 1格 。 CNC若 电 刷 位 于 两 位 码 中 间 或 电 刷 接 触 不 良 ，则 电 刷 的 检 测 读 数 可 能 会 是 任 意 的 数 字例 ： 电 刷 由 位 置 （ 0111） 向 位 置 （ 1000）过 渡 时 ， 可 能 出 现 8 15之 间 的 任 一 十 进制 数 。 这 种 误 差 称 为 非 单 值 误 差 。消 除 误 差 ： 采 用 循 环 码 （ 雷 格 码 ） 。五 、 编 码 器 CNC 五 、 编 码 器格 雷 码 盘 ： 各 码 道 的 数 码 不 同 时 改 变 ， 任 何 两 个相 邻 数 码 间 只 有 一 位 是 变 化 的 ， 所 以 每 次 只 切 换一 位 数 ， 把 误 差 控 制 在 最 小 单 位 内 。 1000 1 3 2 6 7 4 12 13 14 15 10 11 9 0000 5 0 0001 0011 0010 0110 0111 0101 1001 1011 1010 1110 1111 1101 0100 1100 8 CNC 接 触 式 绝 对 值 编 码 器优 点 ： 结 构 简 单 、 体 积 小 、 输 出 信 号 强 。缺 点 ： 电 刷 磨 损 造 成 寿 命 降 低 ， 转 速 不 能太 高 （ 每 分 钟 几 十 转 ） ， 精 度 受 外 圈 （ 最低 位 ） 码 道 宽 度 限 制 。 使 用 范 围 有 限 。 五 、 编 码 器 CNC 光 电 式 编 码 器 常 用 光 电 式 编 码 器 （ 光 电 码 盘 、 光 电 脉 冲 发生 器 、 光 电 脉 冲 编 码 器 ） 为 增 量 式 光 电 编 码器 ， 一 种 旋 转 式 脉 冲 发 生 器把 机 械 转 角 变 成 电 脉 冲 ， 是 数 控 机 床 常 用 的角 位 移 检 测 元 件 ， 也 可 用 于 角 速 度 检 测 。五 、 编 码 器 CNC高 分 辨 率 的 脉 冲 编 码 器 3， 6， 1230000脉 冲 r 5， 1025000脉 冲 r 2， 3， 4， 6， 820000脉 冲 r 每 转 脉 冲 移 动 量 （ mm）脉 冲 编 码 器现 已 有 每 转 发 出 10万 乃 至 几 百 万 个 脉 冲 的 编 码 器 ，内 部 应 用 了 微 处 理 器 。 3， 6， 123000脉 冲 r 5， 102500脉 冲 r 2， 3， 4， 6， 82000脉 冲 r 每 转 脉 冲 移 动 量 （ mm）脉 冲 编 码 器数 控 机 床 常 用 编 码 器 :根 据 丝 杠 螺 距 来 选 用 。五 、 编 码 器 CNC 五 、 编 码 器 滚 珠 丝 杠 的 导 程iMS脉 冲 当 量减 速 齿 轮 的 减 速 比脉 冲 编 码 器 每 转 的 脉 冲 数 （ p/r） CNC光 源 、 聚 光 镜 、 光 栏 板 、 光 电 码 盘 、 光 电 元 件 、信 号 处 理 电 路 码 盘 及 狭 缝转 轴 光 敏 元 件光 栏 板 及 辨 向用 的 A组 、 B组狭 缝光 源 零 位 标 志 C五 、 编 码 器 CNCA组 与 B组 狭 缝 彼 此 错 开 1/4节 距 ，对 应 的 光 敏 元 件 产 生 的 信 号 A、 B彼 此 相 差 90 相 位 ， 用 于 辨 向 。 根 据 脉 冲 数 目 可 得 被 测 轴 的角 位 移 ； 根 据 脉 冲 频 率 可 得 被 测 轴 的转 速 ； 根 据 A、 B两 相 相 位 超 前 滞 后关 系 可 得 被 测 轴 旋 转 方 向 。 后 续 电 路 可 利 用 A、 B两 相 的90 相 位 差 进 行 细 分 处 理 （ 四倍 频 电 路 实 现 ） 。五 、 编 码 器 CNC 五 、 编 码 器 CNC码 盘 里 圈 ， 有 一 条 狭 缝 C， 每 转 能 产 生 1个 脉 冲 ， 该脉 冲 信 号 又 称 “ 零 点 脉 冲 ” ， 作 为 测 量 的 起 始 基 准 。作 用 ： 被 测 轴 的 周 向 定 位 基 准 信 号 ； 被 测 轴 的 旋 转 圈 数 记 数 信 号五 、 编 码 器 CNC分 辨 角 360 /狭 缝 数 。 如 条 纹 数 为 1024， 则 360 /1024 0.352 。光 电 编 码 器 的 输 出 信 号 为 差 动 信 号 ， 进 行 倍 频 处理 ， 进 一 步 提 高 分 辨 力 。例 如 ： 配 置 2000脉 冲 r光 电 编 码 器 的 伺 服 电 机直 接 驱 动 8mm螺 距 的 滚 珠 丝 杠 ， 经 4倍 频 处 理 后 ，相 当 于 8000脉 冲 r的 角 度 分 辨 力 ， 对 应 工 作 台的 直 线 分 辨 力 由 倍 频 前 的 0.004mm提 高 到0.001mrn。五 、 编 码 器 CNC光 电 式 编 码 器 优 点 ： 没 有 接 触 磨 损 ， 码 盘 寿 命 长 ，允 许 转 速 高 ， 最 外 圈 每 片 宽 度 可 做 得 很 小 ， 因 而精 度 高 。缺 点 ： 结 构 复 杂 ， 价 格 高 ， 光 源 寿 命 短 。目 前 ， 有 一 种 混 合 式 绝 对 值 脉 冲 编 码 器 ： 最 外 圈是 高 密 度 的 增 量 制 条 纹 ，中 间 有 四 个 码 道 组 成 绝 对 值 式 四 位 循 环 码 ，圆 盘 最 里 面 有 发 一 转 信 号 的 狭 缝 。工 作 原 理 是 粗 、 中 、 精 三 级 计 数 ， 码 盘 转 的 转 数由 “ 一 转 脉 冲 ” 的 计 数 表 示五 、 编 码 器 CNC 电 磁 式 编 码 器 （ 磁 性 编 码 器 ）输 出 的 信 号 形 式 是 数 字 脉 冲 信 号 。优 点 ： 抗 环 境 干 扰 能 力 强 、 响 应 速 度 快 、 寿 命 长 、结 构 简 单 、 价 格 低 廉 等用 得 最 多 的 类 型 ： 磁 敏 电 阻 式 、 励 磁 环 式磁 敏 电 阻 式 磁 性 编 码 器 又 分 ： 强 磁 金 属 磁 敏 电 阻 式 、半 导 体 磁 敏 电 阻 式 。励 磁 环 式 磁 性 编 码 器 又 称 磁 栅 或 磁 尺 ，电 磁 式 编 码 器 可 分 为 增 量 式 、 绝 对 值 式 。 五 、 编 码 器 CNC 编 码 器 在 数 控 机 床 中 的 应 用 1 位 移 测 量 （ 进 给 系 统 ）在 数 控 回 转 工 作 台 回 转 轴 末 端 安 装 编 码 器 ， 可测 量 回 转 工 作 台 角 位 移 。 数 控 回 转 工 作 台 与 直线 轴 联 动 时 ， 可 加 工 空 间 曲 线 。在 交 流 电 机 变 频 控 制 中 ， 与 电 动 机 同 轴 联 接 的编 码 器 可 检 测 转 子 磁 极 相 对 定 子 绕 组 的 角 度 位置 ， 用 于 变 频 控 制 。 五 、 编 码 器 CNC2 主 轴 控 制 （ 1） 主 轴 旋 转 与 坐 标 轴 进 给 的 同 步 控 制螺 纹 加 工 中 ，1） 对 编 码 器 输 出 脉 冲 计 数 ， 保 证 主 轴 每 转 1周 ，刀 具 准 确 移 动 1个 螺 距 （ 导 程 ）2） 一 般 的 螺 纹 加 工 要 经 过 几 次 切 削 完 成 ， 每 次重 复 切 削 ， 进 刀 位 置 必 须 相 同 。为 保 证 重 复 切 削 不 乱 扣 ， 数 控 系 统 在 接 收 到 光 电编 码 器 中 的 1转 脉 冲 （ 零 点 脉 冲 ） 后 ， 才 开 始 螺纹 切 削 的 计 算 。五 、 编 码 器 CNC(2)主 轴 定 向 准 停 控 制加 工 中 心 换 刀 时 ， 为 使机 械 手 对 准 刀 柄 ， 主 轴需 停 在 固 定 的 径 向 位 置在 固 定 切 削 循 环 中 （ 如精 镗 孔 ） 要 求 刀 具 停 在某 一 径 向 位 置 才 能 退 出这 要 求 主 轴 能 准 确 地 停在 某 一 固 定 位 置 上 ， 这就 是 主 轴 定 向 准 停 功 能 。 编 码 器 的 输 出 为 当 前 刀 具 号五 、 编 码 器 CNC（ 3） 恒 线 速 切 削 控 制车 床 、 磨 床 进 行 端 面 或 锥 面 切 削 时 ， 为 保 证 Ra保 持 一定 值 ， 要 求 刀 具 与 工 件 接 触 点 的 线 速 度 为 恒 值 。随 着 刀 具 径 向 进 给 及 切 削 直 径 的 逐 渐 减 小 或 增 大 ， 应不 断 提 高 或 降 低 主 轴 转 速 ， 保 持 V 2 Dn为 常 值 V： 切 削 线 速 度 ； D： 工 件 切 削 直 径 ， 随 刀 具 进 给 不 断 变 化 n： 主 轴 转 速 。D 由 光 电 编 码 器 获 得 。 经 软 件 处 理 后 得 n， 转 换 成 速度 信 号 至 主 轴 驱 动 装 置 。 五 、 编 码 器 CNC3 测 速光 电 编 码 器 输 出 脉 冲 的 频 率 与 其 转 速 成 正 比 ， 可 代替 测 速 发 电 机 的 模 拟 测 速 ， 成 为 数 字 测 速 装 置 。五 、 编 码 器4 零 标 志 脉 冲 用 于 回 参 考 点 控 制采 用 增 量 式 的 位 置 检 测 装 置 时 ， 数 控 机 床 在 接 通 电源 后 要 做 回 到 参 考 点 的 操 作 。参 考 点 位 置 是 否 正 确 与 检 测 装 置 中 的 零 标 志 脉 冲 有相 当 大 的 关 系 。在 回 参 考 点 方 式 时 ， 数 控 机 床 坐 标 轴 先 以 快 速 向 参考 点 方 向 运 动 ， 当 碰 到 减 速 挡 块 后 ， 坐 标 轴 再 以 慢速 趋 近 ， 当 编 码 器 产 生 零 标 志 信 号 后 ， 坐 标 轴 再 移动 一 设 定 距 离 而 停 止 于 参 考 点 。 CNC在 进 给 坐 标 轴 中 ， 还 应 用 一 种 手 摇 脉 冲 发 生 器 ，一 般 每 转 产 生 1000个 脉 冲 ， 脉 冲 当 量 为 1m， 输出 信 号 波 幅 为 5V。作 用 ： 慢 速 对 刀 和 手 动 调 整 机 床 。 五 、 编 码 器