第03章 数控系统幻灯片.pptVIP

图3-7 感应同号器的结构图 3.3.1.3 光栅 光栅通常作为高精度数控机床的位置检测元件，用于将机械位移量转变为数字量反馈给数控装置，实现闭环位置控制。根据其形状不同，光栅可分为圆光栅和直光栅；根据其工作原理不同又可分为透射光栅和反射光栅。 透射光栅是在玻璃表面上制成一系列平行等距的透光缝隙和不透光的栅线，反射光栅是在金属的镜面上制成全反射和漫反射间隔相等的条纹。条纹之间的距离称为栅距W。光栅检测装置主要有光源、聚光镜、标尺光栅、指示光栅和光敏元件。标尺光栅安装在机床的移动部件上，指示光栅安装在机床的固定部件上。 如果指示光栅与标尺光栅具有相同的栅距 ，而指示光栅上的条纹与标尺光栅上的条纹成一小角度 时，两光栅尺上条纹相互交叉。用平行光垂直照射标尺光栅时，在两块光栅条纹相交的钝角平分线方向呈现出明暗交替、间隔相等的条纹，这就是莫尔条纹。 3.3.1.4 脉冲编码器 脉冲编码器是一种旋转式的角位移检测传感器。编码器按编码的方式可分为增量式编码器和绝对式编码器；按结构可分为接触式编码器、光电式编码器和电磁式编码器。 1．增量式光电编码器 在一个圆盘周围分成相等的透明与不透明相间的辐射状线纹，形成圆光栅(标尺光栅)，另在指示光栅上刻有两组线纹A和B，每组线纹的节距与圆光栅的节距相同，但A、B两组线纹彼此错开1/4节距。指示光栅固定在底座上，且与圆光栅平行放置，并保持一个很小的距离。当伺服电机带动编码器旋转时，光源的光线将透过两光栅的线纹部分，形成明暗相间的条纹(即光信号)，光电池组接受这些明暗相间的光信号后，便产生近似于正弦波的两组电压信号A和B。 如图3-8所示两者相位差90°，经放大整形后，变成方波信号A和B，当伺服电机正转时，A相超前90°；反转时，B相超前90°。若以A、B相方波的前沿(或后沿)产生计数脉冲，把脉冲信号送到计数器，那么根据脉冲数目和频率就可测出轴的转角和转速。 图3-8 增量式光电编码器电压信号对比图 2．绝对式光电编码器 绝对式编码器是在码盘的每一转角位置刻有表示该位置的唯一代码，通过读取编码盘上的代码来表示轴的位置。它是利用自然二进制或循环二进制编码方式进行光电转换的。 码盘按其所用码制可分为二进制码、循环码(葛莱码)和十进制码等。最常用的是光电式二进制循环码编码器。纯二进制编码方式虽然简单、易于理解，但是图案转移点不明确，容易产生误读。在位置变化时，可能有两个或更多位的状态同时发生改变，而无论是哪种结构的码盘，各位变化的先后时间均不可避免存在误差，这种误差将发出错误信息，导致严重后果。例如，当从7(0111)变为8(1000)时，如果第一位先发生变化，而其他三位还来不及变化，输出过程就是7(0111)→15(1111)→8(1000)。中间值15(1111)就是所谓的“错码”。 针对以上特点，发展出了几种编码方法。其中常用的葛莱码的基本思想是：当码盘转动时，在相邻的计数位置，每次只有一位代码有变化。因而，即使光电盘的制作和安装中有误差存在，产生的误差也不会超过读数的最低位的单位量。 3.3.2 常用执行元件 3.3.2.1 步进电动机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置。由于所用电源是脉冲电源，所以也称为脉冲电动机。每输入一个电脉冲，电动机就转动一定角度前进一步，脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动，其转过角度严格与脉冲数成正比，所以脉冲的频率决定了电动机的转速。 步进电动机由转子和定子两部分组成。转子和定子均由带齿的硅钢片叠成。定子上的绕组分为若干相，每相磁极上有极齿。当某相定子绕组通以直流电压励磁后，便吸引转子，使转子上的齿与该相定子对齐，令转子转动一定的角度，依次向定子绕组轮流励磁，会使转子连续旋转。 步进电动机种类繁多，有旋转运动的、直线运动的和平面运动的。从结构上看，它分为反应式与励磁式。励磁式步进电动机与反应式步进电动机相比，只是转子多了励磁绕组，工作原理与反应式相似。其中励磁式又可分为电励磁式和永磁式两种。按定子数目分，步进电动机可分为单段定子式与多段定子式；按相数分，可分为单相、两相、三相和多相，各相绕组可在定子上径向排列，也可在定子的轴向上分段排列。 3.3.2.2 直流伺服电动机 目前在数控系统中使用的多为小惯量电动机和宽调速电动机。 1．小惯量直流伺服电动机 小惯量直流伺服电动机结构上与一般电机的区别是：转子为光滑无槽的铁芯；线圈用绝缘粘合剂粘在铁芯表面上；电枢的长度与外径之比在5以上；气隙尺寸比一般直流电动机大10倍以上。这种电动机具有如下一些特点： (1)??转动惯量小。约为一般直流电动机的l/10。 (2)??由于气隙较大，限制了电枢反应，换向性能好。 (3)??由于电枢表面无槽，减小了低速时电磁转矩的波动和不稳定，从而保证