数控技术及应用第2版 教学配套课件 郑晓峰 主编 第五章.pdfVIP

第五章 位置检测装置 本章着重介绍了光电编码器、光栅、感应同步器、旋转变压器 及磁栅等检测装置的结构及其工作原理，工作方式及安装使 用。通过学习掌握角位移和直线位移检测装置在数控机床上的 应用，能根据被测量正确选择不同的检测装置。对每种检测装 置的工作原理、结构和应用有较深入的理解。 第一节 概 述 • 一、 位置检测装置的作用与要求 • 数控机床加工中的位置精度，主要取决于数控机床驱动元件和位置检 测装置的精度。位置检测装置是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部 分，是数控机床的关键部件之一，其作用是检测位移和速度，发送反 馈信号，构成闭环控制。它对于提高数控机床的加工精度有决定性的 作用。 • 通常位置检测装置的精度指标主要包括系统精度和系统分辨率。系统 精度是指在某单位长度或角度内的最大累积测量误差，目前直线位移 的测量精度可达±0.001～±0.02mm/m，角位移的测量精度可达 ±10″/360°。而系统分辨率是指位置检测装置能够正确检测的最小 位移量，目前直线位移的分辨率可达0.001㎜，角位移的分辨率可达 2″,分辨率不仅取决于检测装置本身，也取决于检测电路的设计。一 般来说，数控机床上使用的位置检测装置应满足如下要求: • 1)在机床工作台移动范围内，能满足精度和速度的要求。 • 2)工作可靠,抗干扰能力强，并能长期保持精度。 • 3)使用、维护简单方便，成本低。 第一节 概 述 • 二、位置检测装置的分类 • 不同类型的数控机床对检测系统的要求不同。一般大型数控机床应满 足运动速度的要求，而中、小型和高精度数控设备首先要满足位置精 度。由于工作条件和测量要求不同，数控机床常用以下几种测量方 式： • 1．绝对值测量方式和增量测量方式 • 绝对值测量方式是任一被测量点位置都由一个固定的测量基准（即坐 标原点）算起，每一测量点，都有一个相对原点的绝对测量值。绝对 值测量装置的结构较增量式复杂，且分辨精度要求越高，量程越大， 结构也越复杂。增量测量方式检测的是相对位移量，是终点对起点的 位置坐标增量，而任何一个对中点都可作为测量起点，因而检测装置 比较简单，在轮廓控制数控机床上大都采用这种测量方式。增量测量 的不足是，一旦某种事故(如停电、刀具损坏而停机等)发生，当事故 排除后不能再找到事故前执行部件的正确位置，必须将执行部件移至 起始点重新计数才能找到事故前的正确位置。典型的检测元件有感应 同步器、光栅、磁尺等。 第一节 概 述 • 2 ．数字式测量和模拟式测量 • 数字式测量是将被测量以数字形式表示。数字式测量输出 信号一般是 电脉冲，可以把它直接送到数控装置（计算机）进行比较、处理。其 典型的检测装置如光栅位移测量装置。数字式测量的特点是: • （1）被测量量化成脉冲个数，便于显示和处理； • （2 ）测量精度取决于测量单位，与量程基本无关（当然也有积累误 差 ）； • （3) 测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。 • 模拟式测量是将被测量用连续的变量 ( 如相位变化、电压幅值变化 ) 来表示的。在数控机床上模拟式测量主要用于小量程的测量 , 例如感 应同步器的一个线距 ( 节距 ) 内信号相位变化等。模拟式测量的特点 是: • 1）直接测量被测量，无须信号转换； • 2 ）在小量程内可以实现高精度测量。如用旋转变压器、感应同步器 等。 第一节 概 述 • 3．直接测量和间接测量 • 直接测量的精度主要取决于测量元件的精度。检测装置直接安装在执 行部件上，其优点是直接反映工作台的直线位移量。缺点是检测装置 要和工作台行程等长，这对大型数控机床是一个很大的限制。 • 间接测量是通过对与工作台运动相关联的伺服电动机输出轴式丝杠回 转运动的测量。譬如，用旋转式检测装置反映工作台的直线位移，即 通过角位移与直线位移之间的线性关系求出工作台的直线位移，设丝