12实验十二全闭环实验.docVIP

实验十二 数控机床全闭环实验 一、实验目的 1、掌握数控机床全闭环的连接。 2、掌握数控机床全闭环的相关参数设置 二、实验设备 1、RS-SY-0i C/0i mate C数控机床综合实验系统。 三、实验必备知识 1、数控系统位置测量装置的分类 （1）直接测量和间接测量 测量传感器按形状可分为直线型和回转型。若测量传感器所测量的指标就是所要求的指标，即直线型传感器测量直线位移，回转型传感器测量角位移，则该测量方式为直接测量。典型的直接测量装置为光栅、编码器。 若回转传感器测量的角位移只是中间量，由它再推算出与之对应的工作台直线位移，那么该测量方式为间接测量，其测量精度取决于测量装置和机床传动链两者的精度。典型的间接测量装置为码盘、旋转变压器。 （2）增量式测量和绝对式测量 按测量装置编码方式可分为增量式测量和绝对式测量。增量式测量的特点是只测量位移增量，即工作台每移动一个基本长度单位，测量装置便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。典型的增量式测量装置为光栅和增量式光电码盘。 绝对式测量的特点是被测的任一点的位置都由一个固定的零点算起，每一测量点都有一对应的测量值，常以数据形式表示。典型的绝对式测量装置为接触式码盘及绝对式光电码盘。 （3）接触式测量和非接触式测量 接触式测量的测量传感器与被测对象间存在着机械联系，因此机床本身的变形、振动等因素会对测量产生一定的影响。典型的接触式测量装置有光栅、接触式码盘。 非接触式测量传感器与测量对象是分离的，不发生机械联系。典型的非接触式测量装置有双频激光干涉仪、光电式码盘。 （4）数字式测量和模拟式测量 数字式测量以量化后的数字形式表示被测的量。数字式测量的特点是测量装置简单，信号抗干扰能力强，且便于显示处理，典型的数字式测量装置有光电码盘、接触式码盘、光栅等。 模拟式测量是被测的量用连续的变量表示。如用电压、相位的变化来表示。典型的模拟式测量装置有旋转变压器等。 2、常用的数控系统位置测量装置 图1 光电式增量编码器测量装置 旋转编码器 它是一种角位移传感器，分为光电式、接触式和电磁式三种，其中光电式脉冲编码器是闭环控制系统中最常用的位置传感器。 旋转编码器有增量编码器和绝对编码器两种。图1为光电式增量编码器测量系统原理示意图，它由光源5、聚光镜6、光电码盘4、光栏板7、光敏元件8和信号处理电路组成。当光电码盘随工作轴1一起转动时，光源通过聚光镜，透过光电码盘和光栏板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的整形、放大、分频、计数、译码后输出或显示。为了测量转向，光栏板的两个狭缝距离应为m±1/4τ（τ为码盘两个狭缝之间的距离即节距，m为任意整数），这样两个光敏元件的输出信号就相差π/2相位，将输出信号送入鉴相电路，即可判断码盘的旋转方向。 光电式增量编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度α（分辨角或分辨率），而这与码盘圆周内所分狭缝的条数有关。 α=360°/狭缝数 由于光电式脉冲编码器每转过一个分辨角就发出一个脉冲信号，因此根据脉冲数目可得出工作轴的回转角度，由传动比换算出直线位移距离；根据脉冲频率可得工作轴的转速；根据光栏板上两个狭缝中信号的相位先后，可判断光电码盘的正、反转。松下MSMA022A1C为小型小惯量交流伺服电机，配置了每转2500个脉冲的增量式光电码盘。 （2）光栅尺测量系统原理如图2所示，它由光源1、透镜2、标尺光栅3、指示光栅4、光敏元件5和信号处理电路组成。信号电路又包括放大、整型和鉴向倍频。通常情况下，标尺光栅与工作台装在一起随工作台移动外，光源、透镜、指示光栅、光敏元件和信号处理电路均装在一个壳体内，做成一个单独部件固定在机床上，这个部件成为光栅读头，其作用是将莫尔条纹的信号转换成所需的电脉冲信号。当标尺光栅随工作台一起移动时，光源通过聚光镜，透过标尺光栅和指示光栅形成忽明忽暗的莫尔条纹光信号，光敏元件把光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的放大、整形、鉴相倍频后输出或显示。为了测量转向，至少要放置两个光敏元件，两者相距1/4莫尔条纹节距，这样莫尔条纹移动时，将会得到两路相位相差π/2的波形，将输出信号送入鉴向电路，即可判断移动方向。 图2 光栅尺测量系统 为了提高光栅的分辨率，通常还用4倍频的方法细分。所谓4倍频细分，就是从莫尔条纹原来每个脉冲信号，变为在0、π/2、π、3π/2都有脉冲输出，从而使精度提高了4倍。若光栅栅距0.01mm,则工作台每移动0.0025mm,就会送出一个脉冲,即分辨率为0.0025mm。由此可见，光栅尺测量系统的分辨率不仅取决于光栅尺的栅距，而且取决于鉴相倍频的倍数n，即 分辨率=栅距/n 3、数控系统位置测量装置的应用 数控系统按有无测量装置分