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          數控機床對編碼器的要求
          日期:2012.04.01 來源: 人氣:

          1.數控機床對檢測元件編碼器及位置檢測裝置的要求

            (1)數控機床對檢測元件要求 編碼器
           
            檢測元件是檢測裝置的重要部件,其主要作用是檢測位移和速度,發送反饋信號。位移檢測系統能夠測量的最小位移量稱為分辨率。分辨率不僅取決于檢測元件本身,也取決于測量電路。
           

            數控機床對檢測元件的主要要求是:①壽命長,可靠性高,抗干擾能力強;②滿足精度和速度要求;③使用維護方便,適合機床運行環境;④成本低;⑤便于與計算機聯接。

            不同類型的數控機床對檢測系統的精度與速度的要求不同。通常大型數控機床以滿足速度要求為主,而中、小型和高精度數控機床以滿足精度要求為主。選擇測量系統的分辨率和脈沖當量時,一般要求比加工精度高一個數量級。
           

            (2)數控機床對位置檢測裝置的要求

            位置檢測裝置是數控機床伺服系統的重要組成部分。它的作用是檢測位移和速度,發送反饋信號,構成閉環或半閉環控制。數控機床的加工精度主要由檢測系統的精度決定。不同類型的數控機床,對位置檢測元件,檢測系統的精度要求和被測部件的最高移動速度各不相同。現在檢測元件與系統的最高水平是:被測部件的最高移動速度高至240m/min時,其檢測位移的分辨率(能檢測的最小位移量)可達1μm,如24m/min時可達0.1μm。最高分辨率可達到0.01μm。
           

            數控機床對位置檢測裝置有如下要求:

            ①受溫度、濕度的影響小,工作可靠,能長期保持精度,抗干擾能力強。
           

            ②在機床執行部件移動范圍內,能滿足精度和速度的要求。

            ③使用維護方便,適應機床工作環境。
           

            ④成本低。主軸編碼器簡介

            2.位置檢測裝置的分類
           

            對于不同類型的數控機床,因工作條件和檢測要求不同,可以采用以下不同的檢測方式。

            (1)增量式和絕對式測量
           

            增量式檢測方式只測量位移增量,并用數字脈沖的個數來表示單位位移(即最小設定單位)的數量,每移動一個測量單位就發出一個測量信號。其優點是檢測裝置比較簡單,任何一個對中點都可以作為測量起點。但在此系統中,移距是靠對測量信號累積后讀出的,一旦累計有誤,此后的測量結果將全錯。另外在發生故障時(如斷電)不能再找到事故前的正確位置,事故排除后,必須將工作臺移至起點重新計數才能找到事故前的正確位置。脈沖編碼器,旋轉變壓器,感應同步器,光柵,磁柵,激光干涉儀等都是增量檢測裝置。

            絕對式測量方式測出的是被測部件在某一絕對坐標系中的絕對坐標位置值,并且以二進制或十進制數碼信號表示出來,一般都要經過轉換成脈沖數字信號以后,才能送去進行比較和顯示。采用此方式,分辨率要求愈高,結構也愈復雜。這樣的測量裝置有絕對式脈沖編碼盤、三速式絕對編碼盤(或稱多圈式絕對編碼盤)等。
           

            (2)數字式和模擬式測量

            數字式檢測是將被測量單位量化以后以數字形式表示。測量信號一般為電脈沖,可以直接把它送到數控系統進行比較、處理。這樣的檢測裝置有脈沖編碼器、光柵。數字式檢測有以下3個特點。
           

            ①被測量轉換成脈沖個數,便于顯示和處理;

            ②測量精度取決于測量單位,與量程基本無關;但存在累計誤碼差;
           

            ③檢測裝置比較簡單,脈沖信號抗干擾能力強。

            模擬式檢測是將被測量用連續變量來表示,如電壓的幅值變化,相位變化等。在大量程內做精確的模擬式檢測時,對技術有較高要求,數控機床中模擬式檢測主要用于小量程測量。模擬式檢測裝置有測速發電機、旋轉變壓器、感應同步器和磁尺等。模擬式檢測的主要特點有以下幾個。
           

            ①直接對被測量進行檢測,無須量化。

            ②在小量程內可實現高精度測量。
           

            ③能進行直接檢測和間接檢測。

            位置檢測裝置安裝在執行部件(即末端件)上直接測量執行部件末端件的直線位移或角位移,都可以稱為直接測量,可以構成閉環進給伺服系統,測量方式有直線光柵、直線感應同步器、磁柵、激光干涉儀等測量執行部件的直線位移;由于此種檢測方式是采用直線型檢測裝置對機床的直線位移進行的測量。其優點是直接反映工作臺的直線位移量。缺點是要求檢測裝置與行程等長,對大型的機床來說,這是一個很大的限制。
           

            位置檢測裝置安裝在執行部件前面的傳動元件或驅動電機軸上,測量其角位移,經過傳動比變換以后才能得到執行部件的直線位移量,這樣的稱為間接測量,可以構成半閉環伺服進給系統。如將脈沖編碼器裝在電機軸上。間接測量使用可靠方便,無長度限制;其缺點是在檢測信號中加入了直線轉變為旋轉運動的傳動鏈誤差,從而影響測量精度。一般需對機床的傳動誤差進行補償,才能提高定位精度。

            除了以上位置檢測裝置,伺服系統中往往還包括檢測速度的元件,用以檢測和調節發動機的轉速。常用的測速元件是測速發動機。

          主軸編碼器采用與主軸同步的光電脈沖發生器,通過中間軸上的齒輪1:1地同步傳動。數控車床主軸的轉動與進給運動之間,沒有機械方面的直接聯系,為了加工螺紋,就要求給定進給伺服電動機的脈沖數與主軸的轉速應有相對應的關系,主軸脈沖發生器起到了對主軸轉動與進給運動的聯系作用。

           主軸編碼器應用于在數控車床車螺紋時,是利用其同步脈沖作為車刀進刀點和退刀點的控制信號,從而保證車削螺紋不會亂扣。螺紋是怎樣加工的?車刀進刀點和退刀點應處在什么位置?主軸編碼器有什么作用?

          1.螺紋

            螺紋是在圓柱面或圓錐面上沿著螺旋線所形成的、具有相同剖面形狀的連續凸起和溝槽。在圓柱表面上形成的螺紋稱圓柱螺紋,在圓錐表面上形成的螺紋稱圓錐螺紋。在回轉體外表面上形成的螺紋稱外螺紋,在回轉體內表面上形成的螺紋稱內螺紋。
           

            加工螺紋的方法很多,在車床上加上螺紋時,車床通過三爪卡盤夾緊圓柱形工件,并帶動它作等速旋轉運動,車床進給機構帶動車刀(標準螺紋車刀)沿圓柱軸線方向作等速直線運動,車刀刀尖在工件表面切削出三角形凹槽從而形成三角形螺紋。

            螺紋加工時有軌跡始點(A點,即進刀點)和軌跡終點(B點,即退刀點)。在螺紋加工軌跡中為保證螺紋的加工設置有足夠的升速進刀段δ和降速退刀段δˊ,以消除伺服滯后造成的螺距誤差。
           

            2.主軸編碼器的作用

            主軸編碼器采用與主軸同步的光電脈沖發生器,通過中間軸上的齒輪1:1地同步傳動。數控車床主軸的轉動與進給運動之間,沒有機械方面的直接聯系,為了加工螺紋,就要求給定進給伺服電動機的脈沖數與主軸的轉速應有相對應的關系,主軸脈沖發生器起到了對主軸轉動與進給運動的聯系作用。主軸編碼器簡介(2)
           

          二、任務實施

            光電脈沖發生器的原理。在漏光盤上,沿圓周刻有兩圈條紋,外圈為圓周等分線條,例如:1024條,作為發送脈沖用,內圈僅1條。在光欄上,刻有透光條紋A、B、C,A與B之間的距離應保證當條紋A與漏光盤上任一條紋重合時,條紋B應與漏光盤上另一條紋的重合度錯位1/4周期。在光欄的每一條紋的后面均安置光敏三極管一只,構成一條輸出通道。

            燈泡發出的散射光線經過聚光鏡聚光后成為平行光線,當漏光盤與主軸同步旋轉時,由于漏光盤上的條紋與光欄上的條紋出現重合和錯位,使光敏管受到光線亮、暗的變化,引起光敏管內電流大小發生變化,變化的信號電流經整流放大電路輸出矩形脈沖。由于條紋A與漏光盤條紋重合時,條紋B與另一條紋錯位1/4周期,因此A、B兩通道輸出的波形相位也相差1/4周期。
           

            脈沖發生器中漏光盤內圈的一條刻線與光欄上條紋C重合時輸出的脈沖為同步(起步,又稱零位)脈沖。利用同步脈沖,數控車床可實現加工控制,也可作為主軸準停裝置的準停信號。數控車床車螺紋時,利用同步脈沖作為車刀進刀點和退刀點的控制信號,以保證車削螺紋不會亂扣。

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