数控机床6数控机床的位置检测系统

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1、第六章数控机床的位置检测系统第一节概述一、位置检测装置概述及其要求对位置精度要求不高的数控机械，开环系统即可满足要求。而对位置精度要求高的，一般均应是闭环系统。位置闭环系统是用位移传感器测出工作机构的实际位置，并输入计算机和预先给定的理想位置比较，得到差值，再根据此差值向伺服机构发出相应的控制指令。伺服机构带动工作机构向理想位置趋近，直到差值为零为止。在闭环系统中，位置传感器是位置控制闭环系统中的重要组成元件，在此系统的反馈通道中，它是一个重要环节。位置检测系统是CNC系统中较重要的一个环节，它与控制部分一样决定了机床的精度。因此无论

2、是从事CNC的开发或是CNC的应用都必须掌握位置检测系统的基本原理。对于现代CNC的位置检测系统，它的基本组成可以分以下几部分如图6-1示：基本传感器一般采用光栅，同步传感器，磁栅，光电编码器，旋转变压器等基本元件。正交信号由基本传感器产生，再做后续处理一般都要经过前置放大，这方面可以结合模拟电子技术自行分析。细分电路是一个专用的电路，对于正交正弦信号的细分一般由一套电阻网络组成。对于整形判向电路也是电子技术的一般应用。对于交流信号的整形往往采用过需比较加史密特触发器即可。而对判向电路一般都为逻辑电路实现。难度不大，形式多样。可逆计数

3、分为硬件式和软件式两种，若是硬件式则完全由硬件电路实现。CNC不断地读取可逆计数的值用作求给定反馈的差值。若是软件式可逆记数器则要求每个计数脉冲申请中断，在中断服务程序中作加或减的计数，最后完成可逆计数。位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件，使其向着消除偏差的方向运动，直至偏差等于零为止。为了提高数控机床的加工精度，必须提高检测元件和检测系统的精度，不同类型的数控机床，对元件和检测系统的精度要求，允许的最高移动速度各不

4、相同。一般要求检检测元件的分辨度(检测元件能检测的最小位移量)在0.0001～0.01mm之内，测量精度为0.0010～0.02mm/m，运动速度为0～24m/min。数控机床对位置检测装置的要求如下：1)受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强：2)在机床执行部件移动范围内，能满足精度相速度的要求；3)使用维护方便，适应机床工作环境；4)成本低。二、位置检测装置的分类按工作条件和测量要求不同、可采用不同的测量方式。(一)数字式测量和模拟式测量1．数字式测量数字式测量是将被测的量以数字的形式来表示。测量信号一般为电

5、脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。如光栅位置检测装置。数字式测量装置的特点是：1)被测的量转换为脉冲个数，便于显示和处理，2)测量精度取决于测量单位，和量程基本上无关(但存在累积误差)；3)切量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力较强。2．模拟式测量模拟式测量是特铰测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等，数控机床所用模拟式测量主要用于小量程的测量，如感应同步器的一个线距(2mm)内的信号相位变化等。在大量程内作精确的模拟式测量时，对技术要求较高。模拟式测量的特点是：1)直接测量被测的量，无需变换，2)在小量程内实现较高

6、精度的测量，技术上较为成熟。如用旋转变压器、感应同步器等。(二)增量式测量和绝对式测量1．增量式测量增量式测量的持点是：只测位移量，如测量单位为0.01mm，则每移动0.01mm就发出一个脉冲信号。其优点是测量装置较简单，任何一个对中点都可作为测量的起点。在轮廓控制的数控机床上大都采用这种测量方式。典型的测量元件有感应同步器、光栅、磁尺等。在增量式检测系统中，移距是由测量信号计数读出的，一旦计数有误，以后的测量结果则完全错误。因此，在增量式检测系统中，基点特别重要。此外，由于某种事故(如停电、刀具损的而停机，当事故排除后不能再找到事故

7、前执行部件的正确位置，这是由于这种测量方式没有一个特定的标记，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。下面介绍的绝对式测量装置可以克服以上缺点。2．绝对式测量绝对式测量装置对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每一个被测点都有一个相应的测量值。装置的结构较增量式复杂，如编码盘中．对应于码盘的每一个角度位置便有一组二进制位数。显然，分辨精度要求愈高，量程愈大，则所要求的二进制位数也愈多，结构也就愈复杂。(三)直接测量和间接测量l．直接测量直接测量是将检测装置直接安装在执行部件上，如光栅、感应同步器等用来直接测量工

8、作台的直线位移，其缺点是测量装置要和工作台行程等长，因此，不便于在大型数控机床上使用。2．间接测量间接测量装置是将检测装置安装在滚珠丝杠或驱动电机抽上，通过检测转动件的角位移来间接测量执行部件的直线位移。间接测量方便可靠