数控机床与编程 教学课件 作者 刘书华 第四章.ppt

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1、第一节　概述第二节　编码器和编码盘第三节　光栅测量装置第四节　磁栅测量装置第四章数控机床的位置检测装置第五节　旋转变压器测量装置第六节　感应同步器测量装置开环系统无检测装置，用步进电动机驱动(图4-1a)，每输入一个指令脉冲，步进电动机就旋转一定角度，它的旋转速度由指令脉冲频率控制，转角大小由脉冲个数决定。闭环系统的检测装置安装在带动刀具或工件移动的部件上，如工作台的支承导轨和动导轨上。半闭环系统中的检测元件安装在伺服电动机上，在伺服电动机的尾部装有编码器或测速发电机，分别检测移动部件的位移和速度。第一

2、节　概述一、开环、闭环、半闭环系统二、数控机床对检测装置的要求(1)满足数控机床的精度和速度要求。(2)工作可靠。(3)便于安装和维护测量装置的安装精度要合理。(4)成本低。三、检测装置的常用类型在半闭环和闭环系统中，位置检测装置常用类型如表4－1所示。1．工作原理增量式光电编码器能够把回转件的旋转方向、旋转角度和旋转速度准确检测出来。第二节编码器和编码盘一、增量式光电编码器图4－2是增量式光电编码器的工作原理图。2．位置和转速测量(1)位置测量　把输出的脉冲和，分别输入到可逆计数器的正、反计数端

3、进行计数，可检测到输出脉冲的数量，把这个数量乘以脉冲当量(转角／脉冲)就可测出圆盘转过的角度。(2)转速测量　转速可由编码器发出的脉冲频率或周期测量。图4－5是用脉冲频率法测转速原理图。图4－6是用脉冲周期法测量转速原理图。二、编码盘测量装置图4－7a是四码道接触式二进制编码盘结构及工作原理图，黑的部分为导电部分表示1，白的部分为绝缘部分表示0，四个码道都装有电刷，最里一圈是公共极。图4－7b是葛莱码盘，相邻图案只有一个扇块变化，能把读数错误控制在一位。光栅装置的结构是由标尺光栅和指示光栅组成，在标尺光栅

4、和指示光栅上都有密度相同的许多刻线，称为光栅条纹，见图4－8。第三节光栅测量装置一、光栅测量的工作原理莫尔条纹是明暗相间的条纹，见图4－9。二、光栅测量装置的数字变换线路图4－10是光栅测量系统简图。为了提高光栅的分辨精度，除了增大刻线密度和提高刻线精度外，还可用倍频的方法细分。图4－11是数字变换电路和变换后的波形图。三、读数头实际应用中，把光源、光电元件和光栅组合一起称为读数头，读数头按其光路分为分光式、直射式、反射式三种，见图4－12。磁栅测量装置是由磁性标尺、读取磁头和检测线路组成。磁栅按基体形状

5、的不同可以分为直线位移测量用的实体型磁栅、带状磁栅和线状磁栅；用于角度位移测量的有回转型磁栅等(见图4－14)。第四节　磁栅测量装置一、磁栅测量装置的组成二、磁头1．读取磁头读取磁头是进行磁电转换的变换器，它把记录在磁性标尺上的磁化信号检测出来送至检测线路，如图4－15所示。2．多间隙磁通响应型磁头将几个磁头串联起来组成多间隙响应型磁头，以提高输出信号幅度，提高测量分辨率及准确性，如图4－16所示。三、检测电路图4－17是鉴幅型检测电路，两组磁头通以同频、同相、同幅值的励磁电流，由于两组磁头的安装位置

6、相差(n+1/4)λ(n为正整数)，因此检波整形后的方波相差90°相位。图4－18是鉴相电路。两磁头的安装距离与鉴幅式相同，相差(n+1/4)λ。旋转变压器的结构和两相绕线式异步电机的结构相似，可分为定子和转子两大部分。图4－20是有刷式旋转变压器。第五节　旋转变压器测量装置一、旋转变压器的结构图4－21是无刷式旋转变压器。二、旋转变压器的组成及工作原理旋转变压器是测量角位移用的小型交流电动机，它的定子绕组接受励磁电压，励磁频率400、500、1000、3000、5000Hz；转子绕组通过电磁耦合而感应电

7、压。（见图4－22）三、相位工作方式用函数发生器使两个定子绕组通以同频、同幅但相位相差π/2的交流电压，见图4－23。标准直线式感应同步器结构、尺寸如图4－25所示。第六节感应同步器测量装置一、感应同步器的结构二、感应同步器的工作原理直线式感应同步器用于直线位移测量，它相当于一个展开的多极旋转变压器，它的定尺相当于旋转变压器的转子绕组，滑尺相当于旋转变压器的定子绕组。如图4－27所示。图4－28表示出定尺感应电压与定尺、滑尺之间相对位置关系。