數(shù)控機(jī)床的位置檢測系統(tǒng)

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1、第六章數(shù)控機(jī)床的位置檢測系統(tǒng)第一節(jié)概述一、位置檢測裝置概述及其要求對位置精度要求不高的數(shù)控機(jī)械，開環(huán)系統(tǒng)即可滿足要求。而對位置精度要求高的，一般均應(yīng)是閉環(huán)系統(tǒng)。位置閉環(huán)系統(tǒng)是用位移傳感器測出工作機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，并輸入計(jì)算機(jī)和預(yù)先給定的理想位置比較，得到差值，再根據(jù)此差值向伺服機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的控制指令。伺服機(jī)構(gòu)帶動工作機(jī)構(gòu)向理想位置趨近，直到差值為零為止。在閉環(huán)系統(tǒng)中，位置傳感器是位置控制閉環(huán)系統(tǒng)中的重要組成元件，在此系統(tǒng)的反饋通道中，它是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。位置檢測系統(tǒng)是CNC系統(tǒng)中較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它與控制部分一樣決定了機(jī)床的精度。因此無

2、論是從事CNC的開發(fā)或是CNC的應(yīng)用都必須掌握位置檢測系統(tǒng)的基本原理。對于現(xiàn)代CNC的位置檢測系統(tǒng)，它的基本組成可以分以下幾部分如圖6-1示：基本傳感器一般采用光柵，同步傳感器，磁柵，光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器等基本元件。正交信號由基本傳感器產(chǎn)生，再做后續(xù)處理一般都要經(jīng)過前置放大，這方面可以結(jié)合模擬電子技術(shù)自行分析。細(xì)分電路是一個(gè)專用的電路，對于正交正弦信號的細(xì)分一般由一套電阻網(wǎng)絡(luò)組成。對于整形判向電路也是電子技術(shù)的一般應(yīng)用。對于交流信號的整形往往采用過需比較加史密特觸發(fā)器即可。而對判向電路一般都為邏輯電路實(shí)現(xiàn)。難度不大，形式多樣?？赡?/p>

3、計(jì)數(shù)分為硬件式和軟件式兩種，若是硬件式則完全由硬件電路實(shí)現(xiàn)。CNC不斷地讀取可逆計(jì)數(shù)的值用作求給定反饋的差值。若是軟件式可逆記數(shù)器則要求每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖申請中斷，在中斷服務(wù)程序中作加或減的計(jì)數(shù)，最后完成可逆計(jì)數(shù)。位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移量，并發(fā)出反饋信號與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其向著消除偏差的方向運(yùn)動，直至偏差等于零為止。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，必須提高檢測元件和檢測系統(tǒng)的精度，不同類型的數(shù)控機(jī)床，對元件和檢測系統(tǒng)的精度要求，允許的最高移動速

4、度各不相同。一般要求檢檢測元件的分辨度(檢測元件能檢測的最小位移量)在0.0001～0.01mm之內(nèi)，測量精度為0.0010～0.02mm/m，運(yùn)動速度為0～24m/min。數(shù)控機(jī)床對位置檢測裝置的要求如下：1)受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強(qiáng)：2)在機(jī)床執(zhí)行部件移動范圍內(nèi)，能滿足精度相速度的要求；3)使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；4)成本低。二、位置檢測裝置的分類按工作條件和測量要求不同、可采用不同的測量方式。(一)數(shù)字式測量和模擬式測量1．?dāng)?shù)字式測量數(shù)字式測量是將被測的量以數(shù)字的形式來表示。測量信號

5、一般為電脈沖，可以直接把它送到數(shù)控裝置進(jìn)行比較、處理。如光柵位置檢測裝置。數(shù)字式測量裝置的特點(diǎn)是：1)被測的量轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)，便于顯示和處理，2)測量精度取決于測量單位，和量程基本上無關(guān)(但存在累積誤差)；3)切量裝置比較簡單，脈沖信號抗干擾能力較強(qiáng)。2．模擬式測量模擬式測量是特鉸測的量用連續(xù)變量來表示，如電壓變化、相位變化等，數(shù)控機(jī)床所用模擬式測量主要用于小量程的測量，如感應(yīng)同步器的一個(gè)線距(2mm)內(nèi)的信號相位變化等。在大量程內(nèi)作精確的模擬式測量時(shí)，對技術(shù)要求較高。模擬式測量的特點(diǎn)是：1)直接測量被測的量，無需變換，2)在小量程

6、內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高精度的測量，技術(shù)上較為成熟。如用旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。(二)增量式測量和絕對式測量1．增量式測量增量式測量的持點(diǎn)是：只測位移量，如測量單位為0.01mm，則每移動0.01mm就發(fā)出一個(gè)脈沖信號。其優(yōu)點(diǎn)是測量裝置較簡單，任何一個(gè)對中點(diǎn)都可作為測量的起點(diǎn)。在輪廓控制的數(shù)控機(jī)床上大都采用這種測量方式。典型的測量元件有感應(yīng)同步器、光柵、磁尺等。在增量式檢測系統(tǒng)中，移距是由測量信號計(jì)數(shù)讀出的，一旦計(jì)數(shù)有誤，以后的測量結(jié)果則完全錯(cuò)誤。因此，在增量式檢測系統(tǒng)中，基點(diǎn)特別重要。此外，由于某種事故(如停電、刀具損的而停機(jī)，當(dāng)事故排除后不

7、能再找到事故前執(zhí)行部件的正確位置，這是由于這種測量方式?jīng)]有一個(gè)特定的標(biāo)記，必須將執(zhí)行部件移至起始點(diǎn)重新計(jì)數(shù)才能找到事故前的正確位置。下面介紹的絕對式測量裝置可以克服以上缺點(diǎn)。2．絕對式測量絕對式測量裝置對于被測量的任意一點(diǎn)位置均由固定的零點(diǎn)標(biāo)起，每一個(gè)被測點(diǎn)都有一個(gè)相應(yīng)的測量值。裝置的結(jié)構(gòu)較增量式復(fù)雜，如編碼盤中．對應(yīng)于碼盤的每一個(gè)角度位置便有一組二進(jìn)制位數(shù)。顯然，分辨精度要求愈高，量程愈大，則所要求的二進(jìn)制位數(shù)也愈多，結(jié)構(gòu)也就愈復(fù)雜。(三)直接測量和間接測量l．直接測量直接測量是將檢測裝置直接安裝在執(zhí)行部件上，如光柵、感應(yīng)同步器等

8、用來直接測量工作臺的直線位移，其缺點(diǎn)是測量裝置要和工作臺行程等長，因此，不便于在大型數(shù)控機(jī)床上使用。2．間接測量間接測量裝置是將檢測裝置安裝在滾珠絲杠或驅(qū)動電機(jī)抽上，通過檢測轉(zhuǎn)動件的角位移來間接測量執(zhí)行部件的直線位移。間接測量方便可靠