第5章 机床数控技术.ppt

　　二进制编码器的主要缺点是码盘盘上的图案变化较大， 在使用中容易产生较多的误读。经改进后的结构如图5-30(b)所示(格雷编码盘)，它的特点是相邻的十进制数之间只有一位二进制码不同。因此，图案的切换只用一位数（二进制的位）进行。所以能把误读控制在一个数单位之内，提高了可靠性。 图 5-30 绝对式脉冲编码器 (a) 二进制编码器; (b) 格雷编码器 　　2） 绝对式脉冲编码器的特点 　　（1） 角度坐标值可从绝对编码盘中直接读出。  　　（2） 不会有累积进程中的误计数。  　　（3） 允许的最高旋转速度较高。  　　（4） 编码器本身具有机械式存储功能，即使因停电或其他原因造成坐标值清除，通电后，仍可找到原绝对坐标位置。  　　（5） 其缺点是为提高精度和分辨率，必须增加码道数， 而且当进给转数大于一转时，需作特别处理。组成多级检测装置必须用减速齿轮将以上的编码器连接起来，从而就使其结构复杂、 成本增加。 　　3. 编码器在数控机床中的应用 　　在数控机床上,光电脉冲编码器常用于在数字比较的伺服系统中作为位置检测装置，将检测信号反馈给数控装置。  　　光电脉冲编码器将位置检测信号反馈给CNC装置有两种方式：一种是适应带加减计数要求的可逆计数器， 形成加计数脉冲和减计数脉冲; 另一种是适应有计数控制和计数要求的计数器， 形成方向控制信号和计数脉冲。 　　在此，仅以第二种应用方式为例，通过给出该方式的电路图和波形图，简要介绍其工作过程, 如图5-31所示。脉冲编码器的输出信号A、A、B、B经差分、微分、与非门C和D，由RS触发器（由1、 2与非门组成）输出方向信号， 正走时为“0”， 反走时为“1”。 由与非门3输出计数脉冲。  　　正走时，A脉冲超前B脉冲，D门在A信号控制下，将B脉冲上升沿微分作为计数脉冲反向输出，为负脉冲。该脉冲经与非门3变为正向计数脉冲输出。D门输出的负脉冲同时又将触发器置为“0”状态， Q端输出“0”， 作为正走方向控制信号。 　　反走时，B脉冲超前A脉冲。这时，由C门输出反走时的负计数脉冲，该负脉冲也由3门反问输出作为反走时计数脉冲。不论正走、 反走， 与非门3都为计数脉冲输出门。反走时，C门输出的负脉冲使触发器置“1”， 作为反走时方向控制信号。 图 5-31 绝对式脉冲编码器及其输出信号 (a) 绝对脉冲编码器； (b) 绝对式脉冲编码器输出信号 5.3.4 旋转变压器 　　1． 旋转变压器的工作原理 　　旋转变压器是一种角度测量元件，在结构上与两相绕线式异步小型交流电动机相似，由定子和转子组成。旋转变压器是根据电磁互感原理工作的，它在结构设计与制造上保证了定子与转子之间空气间隙内磁通分布呈正弦规律。其中定子绕组作为变压器的一次侧，为变压器的原边，接受励磁电压， 励磁频率通常用400 Hz、50 Hz及5000 Hz。转子绕组作为变压器的二次侧， 是变压器的副边。 当定子绕组加上交流励磁电压时，通过电磁耦合在转子绕组中产生的感应电动势，其输出电压的大小取决于定子与转子两个绕组轴线在空间的相对位置， 两者平行时互感最大，二次侧的感应电动势也最大；两者垂直时互感的电感量为零，感应电动势也为零。 　　旋转变压器分为单极和多极两种。为了便于对旋转变压器工作原理的理解，先讨论一下单极工作情况。如图5-32所示， 单极旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，假设加到定子绕组的励磁电压为u1=Umsinωt，则转子通过电磁耦合，产生感应电压u2。当转子转到使它的绕组磁轴和定子绕组磁轴垂直时转子绕组感应电压u2 =0；当转子绕组的磁轴自垂直位置转过一定角度θ时， 转子绕组中产生的感应电压为 式中,k=ω1／ω2, k 为旋转变压器的电压比；ω1、ω2 为定子、 转子绕组匝数；Um为最大瞬时电压；θ为两绕组轴线间夹角。 图 5-32 旋转变压器的工作原理 　　当转子转过90°（即θ=90°）时，两磁轴平行，此时转子绕组中感应电压最大， 即 u2＝kUm sinωt (5-20) 　　旋转变压器在结构上保证了转子绕组中的感应电压随转子的转角以正弦规律变化。当转子绕组中接以负载时，其绕组中便有正弦感应电流通过，该电流所产生的交变磁通将使定子和转子间的气隙中的合成磁通畸变，从而使转子绕组中的输出电压也发生畸变。为了克服上述缺点，通常采用正弦、余弦旋转变压器，其定子和转子绕组均由两个匝数相等，且相互垂直的绕组构成，如图 5-33 所示。一个转子绕组作为输出信号，另一个转子绕组接高阻抗作为补偿。若将定子中的一个绕组短接而另一个绕组通以单相交流电压u１＝Um sinωt， 则在转子的两个绕组中得到的输出感应电压分别为 (5-21) (5-22) 　　由于两个