数控机床 教学课件 作者 晏初宏 第五章　数控机床的位置检测装置.ppt

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1、数控机床第五章　数控机床的位置检测装置第五章　数控机床的位置检测装置第一节　位置检测装置概述第二节　旋转变压器测量装置第三节　感应同步器测量装置第四节　光栅测量装置第五节　磁栅测量装置第六节　编码器测量装置第一节　位置检测装置概述一、开环、闭环、半闭环系统开环系统没有位置检测装置，也就是说只有前向通路，没有反馈回路。在开环系统中以步进电动机作为控制对象，数控装置发出的插补脉冲经功率放大后直接控制步进电动机的转动(见图1⁃10)。步进电动机驱动电路每接收一个指令脉冲，步进电动机就旋转一定的角度，其旋转速度由指令脉冲

2、频率控制，转角大小由脉冲个数决定。对应每一个脉冲，步进电动机转过一个步距角，并使工作台相对刀具移动一个距离，这个距离就是脉冲当量。第一节　位置检测装置概述二、数控机床对位置检测装置的要求在数控伺服系统中，一般具有两种反馈系统：一种是速度反馈系统，用来测量与控制移动部件的进给速度，或者旋转部件的运转速度；另一种是位置反馈系统，用来测量与控制运动部件按指令值移动的位移量。闭环系统和半闭环系统均安装有位置检测装置，常用的检测元件有旋转变压器、光栅、感应同步器和编码盘等。在闭环和半闭环系统中，位置检测装置是保证数控机床加

3、工精度的关键。一般来说，数控机床使用的位置检测装置应满足以下主要要求：1)工作可靠，抗干扰性强。2)满足精度和速度的要求。3)便于安装和维护。4)成本低，寿命长。第一节　位置检测装置概述三、位置检测装置的常用类型位置检测装置按其测量对象、工作原理和结构特点主要有三种分类方法。1.按检测对象不同分类(1)直线位移测量装置　该装置将位置检测装置直接安装在数控机床的拖板或工作台上，直接测量数控机床移动部件的直线位移量，因此也称直接测量装置。(2)转角位移测量装置　该装置将位置检测装置安装在驱动电动机上或滚珠丝杠上，通过

4、检测转动件的角位移来间接测量数控机床移动部件的直线位移量，因此也称间接测量装置。第一节　位置检测装置概述2.按检测信号的选取形式不同分类(1)数字式测量装置　该装置将被测位移量转换为脉冲个数，即数字形式来表示。(2)模拟式测量装置　该装置将被测位移量转换为连续变化的模拟电量来表示，如电压变化、相位变化等，因此可直接对被测量进行检测，无需量化处理；在小量程内可实现较高精度的测量，可用于直接测量和间接测量。3.按测量的绝对值不同分类(1)增量式测量装置　它只测量相对位移量(位移增量)，即每移动一个测量单位就发出一个测

5、量信号。(2)绝对式测量装置　对于被测量的任意点的位置，均由一个固定的零点计算起，每一被测点都有一个相应的测量值。第一节　位置检测装置概述表5-1　位置检测装置的常用类型第二节　旋转变压器测量装置一、旋转变压器的结构和工作原理1.旋转变压器的结构图5-1　有电刷式旋转变压器1—转子绕组　2—定子绕组　3—转子　4—换向器5—电刷　6—接线柱第二节　旋转变压器测量装置2.旋转变压器的工作原理图5-3　正、余弦旋转变压器第二节　旋转变压器测量装置图5-4　旋转变压器的工作原理a)θ=0　b)θ=　c)θ=90°第二

6、节　旋转变压器测量装置图5-5　正、余弦旋转变压器的工作原理第二节　旋转变压器测量装置二、旋转变压器的工作方式旋转变压器定子和转子中各有两个相互垂直的绕组，其中定子上的两个绕组分别为正弦绕组和余弦绕组；转子的两个绕组，其中一个绕组作为输出信号，另一个绕组接高阻抗作为补偿绕组。当给定子的两个绕组分别通以励磁电压时而产生励磁电流，转子旋转时，这两相励磁电流产生的磁场就在转子绕组中产生感应电动势，这个感应电动势通过转子绕组输出。当转子绕组外接负载时，转子绕组中就有电流流过，这个电流会给定子和转子在气隙中合成的磁通造成畸

7、变，而转子中的另一个绕组接高阻抗作为补偿绕组的目的就是为了解决合成磁通造成畸变的问题。第二节　旋转变压器测量装置图5-6　相位工作状态1.相位比较工作方式(鉴相工作法)第二节　旋转变压器测量装置图5-7　幅值工作状态2.幅值比较工作方式(鉴幅工作法)第二节　旋转变压器测量装置三、旋转变压器的应用检测旋转变压器的二次侧绕组感应电动势E2的幅值或相位的变化，即可知偏转角θ的变化。如果将旋转变压器安装在数控机床的滚珠丝杠上，当滚珠丝杠转动使θ角从0°变化到360°时，表示滚珠丝杠上的螺母进给了滚珠丝杠的一个螺距值，这样

8、就间接地测出了数控机床移动部件的直线位移量。第三节　感应同步器测量装置一、感应同步器的结构和工作原理1.感应同步器的结构图5-8　直线式感应同步器第三节　感应同步器测量装置2.感应同步器的工作原理表5-2　定尺绕组感应电压与定尺、滑尺之间相对位置的关系第三节　感应同步器测量装置二、感应同步器的工作方式感应同步器同旋转变压器的工作方式相似，根据滑尺励磁绕组供电方式的不同，感