数控机床的检测装置

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1、第二章数控机床的检测装置一、对检测装置的要求§2.1概述数控机床的检测装置也叫伺服系统的检测、反馈元件，是数控机床的感知器官，感知伺服系统的速度和位移，并向控制系统发送反馈信号，形成闭环或半闭环伺服系统。1.工作可靠；对伺服系统检测元件的要求是：2.满足精度要求,分辨率应达0.1∼10μm；3.使用维护方便；4.成本低。二、检测装置的分类（一）数字式测量和模拟式测量1.数字式测量（1）被测量转换为脉冲个数，便于显示和处理；（2）测量精度取决于测量单位，和量程基本无关；（3）测量装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力较强。数字量测

2、量是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为电脉冲信号，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。其特点是：2.模拟式测量模拟式测量是将被测的量用连续变量来表示，如电压变化、相位变化等。它对信号处理的方法相对来说比较复杂。其特点是：（1）直接测量被测的量，无需变换；（2）在小量程内实现较高的测量精度，技术上较成熟。如旋转变压器、同步感应器等。（二）增量式测量和绝对式测量1.增量式测量在轮廓控制数控机床上多采用这种测量方式，增量式测量只测相对位移量，如测量单位为0.001mm，则每移动0.001mm就发出一个脉冲信号。2.绝

3、对式测量增量式测量的优点是测量装置较简单，任何一个对中点都可作为测量起点。（三）直接测量和间接测量1.直接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，每一个被测量点都有一个相应的测量值。其测量装置的结构较增量式复杂。直接测量是将检测装置直接安装在执行部件上用来直接测量工作台的直线位移，作为全闭环伺服系统的位置反馈信号。其缺点是测量装置要和工作台行程等长，所以在大型数控机床上受到一定限制。2.间接测量它是将旋转型检测装置安装在驱动电机轴或滚珠丝杠上，通过检测转动件的角位移来间接测量机床工作台的直线位移，作为

4、半闭环伺服系统的位置反馈用。优点是测量方便、无长度限制。缺点是测量信号中增加了由回转运动转变为直线运动的传动链误差，从而影响了测量精度。§2.2感应同步器一、感应同步器的工作原理和分类它是利用电磁耦合原理，将位移或转角转变为电信号，借以进行位置检测和反馈控制的，属模拟式测量。根据对滑尺绕组供电方式的不同，以及对输出电压检测方式的不同，感应同步器的测量系统可分为鉴幅型和鉴相型两种。按结构形式可分为直线和圆感应同步器两种；分别用来测量直线和角位移；均由定子和动子组成。1.感应同步器的分类图2-1圆感应同步器定子转子定尺和滑尺的

5、基板采用与机床热膨胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘结剂贴有铜箔，并利用腐蚀的办法做成图示的印刷绕组。长尺叫定尺，安装在机床床身上，短尺为滑尺，安装于移动部件上，两者平行放置，保持0.25~0.05mm间隙。感应同步器两个单元绕组间的距离为节距。定尺上是单向、均匀、连续的感应绕组，滑尺有正、余弦两个组绕组。当正弦绕组与定尺绕组对齐时，余弦绕组与定尺绕组相差1/4节距。定尺滑尺正弦励磁绕组A余弦励磁绕组B2图2-2直线感应同步器UCUSUd标准感应同步器定尺长250mm，滑尺长100mm，节距为2mm。定尺图2-3滑尺在

6、不同位置的感应电压bacde移动距离感应电压滑尺位置定尺感应电压滑尺移动一个节距，感应电压变化一个周期。2.感应同步器的工作原理工作时，滑尺绕组上通交流电，将在定尺的回路上产生感应电势，电势的幅值和相位随工作台的运动而变化，据此来测量工作台的位移。二、鉴相系统的工作原理鉴相系统是通过检测感应电压的相位来测量位移的。定尺滑尺正弦励磁绕组A余弦励磁绕组B2图2-2直线感应同步器UCUSUd给滑尺的正弦绕组A和余弦绕组B分别施加幅值Um相同，频率ω相同，相位差900的交流电压，即开始时，正弦激励绕组与定尺绕组重合，此时滑尺绕组

7、相对于定尺绕组的空间相位角=0。当滑尺移动时，两绕组不再重合，此时在定尺上的感应电压U'd为：同理，余弦激励绕组作用，定尺上的感应电压U"d为：式中：k—电磁偶合系数。若感应同步器的节距为2，则滑尺移动的距离X与的关系式为：由于感应同步器的磁路系统可视为线性，根据叠加原理，定尺上的感应总电压为：代入上式得：三、鉴幅型系统的工作原理在这种系统中，供给滑尺的正、余弦绕组的激磁信号是频率和相位相同而幅值不同的交流电压，即它是通过检测感应电压的幅值来测量的。其中Usm、Ucm幅值分别为式中：1—给定电气角。在正弦绕组单独作

8、用下，定尺上的感应电压U'd为：在余弦绕组单独作用下，定尺上的感应电压U"d为：在正、余弦绕组共同作用下，定尺上的感应电压Ud为：由上式知，定尺上感应电压的幅值随指令给定的位移X1(1)与工作台实际位移量X()的差值按正弦规律变化。四、感应同步器的特点与应用（一）特点1.精度高它直接对机床的位移进行