部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)位置檢測

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1、第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測3.2.1數(shù)控機(jī)床的位置檢測概述組成:位置檢測裝置是由檢測元件(傳感器)和信號處理裝置組成的。作用:實(shí)時(shí)測量執(zhí)行部件的位移和速度信號,并變換成位置控制單元所要求的信號形式,將運(yùn)動部件現(xiàn)實(shí)位置反饋到位置控制單元,以實(shí)施閉環(huán)控制。它是閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的加工精度在很大程度上是由位置檢測裝置的精度決定的,在設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng),尤其是高精度進(jìn)給伺服系統(tǒng)時(shí),必須精心選擇位置檢測裝置。機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測一、進(jìn)給伺服系統(tǒng)對位置測量裝置的要求高可靠性和高抗干擾性:受溫度、濕度的影響小,工作可靠,精度保持性好,抗干

2、擾能力強(qiáng);能滿足精度和速度的要求:位置檢測裝置分辨率應(yīng)高于數(shù)控機(jī)床的分辨率(一個(gè)數(shù)量級);位置檢測裝置最高允許的檢測速度應(yīng)為數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)行速度;使用維護(hù)方便,適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境;成本低。機(jī)電工程學(xué)院分類增量式絕對式位移傳感器回轉(zhuǎn)型——脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器、圓光柵、圓磁柵多極旋轉(zhuǎn)變壓器、絕對脈沖編碼器、絕對值式光柵直線型——直線感應(yīng)同步器、光柵尺、磁柵尺三速感應(yīng)同步器、絕對值磁尺、光電編碼尺、磁性編碼器速度傳感器交、直流測速發(fā)電機(jī)、數(shù)字脈編碼式速度傳感器、霍耳速度傳感器數(shù)字電磁、磁敏式速度傳感器電流傳感器霍耳電流傳感器第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測二、數(shù)控機(jī)床中檢測方

3、式的分類機(jī)電工程學(xué)院3.2.2旋轉(zhuǎn)變壓器第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測量裝置。其結(jié)構(gòu)簡單,動作靈敏,對環(huán)境無特殊要求,維護(hù)方便,輸出信號幅度大,抗干擾強(qiáng),工作可靠。一、旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上和兩相線繞式異步電動機(jī)相似,由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組為變壓器的原邊,轉(zhuǎn)子繞組為變壓器的副邊,分有刷和無刷兩種。在有刷結(jié)構(gòu)中,定子與轉(zhuǎn)子上均為兩相交流分步繞組。兩相繞組軸線相互垂直。轉(zhuǎn)子繞組的端點(diǎn)通過電刷和滑環(huán)引出。機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測4.24318762旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意1-轉(zhuǎn)軸2-軸承3-機(jī)殼4-轉(zhuǎn)子鐵心4.2-定子鐵心6-端蓋7-電刷8-集電環(huán)

4、機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。它的結(jié)構(gòu)保證了其定子和轉(zhuǎn)子之間的磁通呈正(余)弦規(guī)律。定子繞組加上勵(lì)磁電壓。通過電磁耦合,轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓。其輸出電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸線在空間的相對位置。感應(yīng)電壓隨著轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)的角度呈正(余)弦變化:E2=KU1cosα=KUmsinωtcosα式中:E2—轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢;U1—定子繞組勵(lì)磁電壓U1=Umsinωt;Um—電壓信號幅值;α—定、轉(zhuǎn)子繞組軸線間夾角;K—變壓比二、旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理機(jī)電工程學(xué)院U1=UmsinωtU1U1E2=0(α=90°)E2=KUmsinωtcosαE2

5、=KUmsinωt(α=0°)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測可見,旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組的輸出電壓是轉(zhuǎn)子角位移的函數(shù)。機(jī)電工程學(xué)院VSVSUsUcE2定子兩相繞組勵(lì)磁轉(zhuǎn)子輸出信號的相位角(ωt-α)與轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測三、鑒相工作方式Us=UmsinωtUc=UmcosωtE2=KUscosα-KUcsinα=KUm(sinωtcosα-cosωtsinα)=KUmsin(ωt-α)機(jī)電工程學(xué)院VSVSUsUcE2定子兩相繞組勵(lì)磁感應(yīng)電勢(E2)是以ω為角頻率、以Umsin(α電-α機(jī))為幅值的交變電壓信號。若電氣角α電已知,只要測出E2幅值(利

6、用E2=0),便可間接的求出機(jī)械角α機(jī),從而得出被測角位移。四、鑒幅方式Us=Umsinα電sinωtUc=Umcosα電sinωtE2=KUmcosα機(jī)-KUcsinα機(jī)=KUmsinωt(sinα電cosα機(jī)-cos電sinα機(jī))=KUmsin(α電-α機(jī))sinωt第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測機(jī)電工程學(xué)院VSVS第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測3.2.3感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種電磁式位置檢測元件,按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。前者用于直線位移測量,后者用于角位移測量。機(jī)電工程學(xué)院VSVS第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測一、感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)直線式感應(yīng)同步器的繞組結(jié)構(gòu)有定尺和滑尺兩部

7、分組成。旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器的繞組結(jié)構(gòu)則由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測二、感應(yīng)同步器工作原理當(dāng)勵(lì)磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對位移時(shí),由于電磁耦合的變化,感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化,感應(yīng)同步器就是利用這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行測量的。機(jī)電工程學(xué)院第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的位置檢測eS=KUScosθ=KUmsinωtcosθ式中:eS—定尺繞組感應(yīng)電勢;K—變壓比US—滑尺繞組勵(lì)磁電壓US=Umsinωt;Um—電壓信號幅值;θ—滑尺相對定尺在空間相位角;在一個(gè)節(jié)距W內(nèi),定滑尺相對

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