数控机床常用的位置检测装置
数控机床常用的位置检测装置——旋转变压器
旋转变压器是数控机床常用的电磁检测装置，它是一种角位移检测元件。
(1)旋转变压器结构旋转变压器由定子和转子组成，根据转子电信号引入、引出方式的不同，可将其分为有刷和无刷两种。由于有刷旋转变压器的可靠性难以得到保证，所以它的应用很少。下面将着重介绍无刷旋转变压器，它没有电刷与集电环，由分解糟和变压器两大部分组成。其中，分解糟的结构与有刷旋转变压器基本相同，由定子和转子组成，定子和转子上都有绕组。变压器的一次绕组绕在与分解器转子轴固定在一起转动；它的二次绕组绕在与转子同心的定子轴线上。分解器定子绕组接外加定子绕组的励磁电压，它的转子绕组输出信号接在变压器的一次绕组，从变压器的二次绕组引出最后的输出信号。
(2)旋转变压器工作原理无刷旋转变压器工作原理，定子绕组是变压器的一次绕组，转子绕组是变压器的二次绕组。当励磁电压加到定子绕组时，由于电磁效应，转子绕组就会产生感应电压。当转子运转时，转子绕组的感应电压会按照转子转过的角位移量呈正弦（或余弦）规律变化，其频率与励磁电压的频率相同。这时，如果测量旋转变压器二次绕组感应电压的幅值或相位，就可以计算出转子转角的变化规律。在数控机床伺服系统(3)一般用旋转变压器测量进给丝杠的转角，通过转换间接地测量工作台的直线位移。
(3)旋转变压器的应用旋转变压器的应用有两种工作方式，鉴相式工作方式和鉴幅式
工作方式。
在鉴相式工作方式中，旋转变压器定子两相正向绕组分别加上幅值相等、频率相同，而相位差为90。的正弦交流电压。旋转变压器转子绕组中的感应电动势与定子绕组中的励磁电压同频率，但相位不同。测量转子绕组输出电压的相位角，即可测量得转子相对于定子的空间转角位置。
在鉴幅式工作方式中，定子两相绕组加的是频率相同、相位角相同，而幅值分别按正弦、余弦变化的交流电压。
数控机床在线监测技术
数控机床在线监测技术 数控机床是现代高科技发展的产物，每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测及加工完毕检测等。目前完成这些检测工作的主要手段有手工检测、离线检测和在线检测。在线检测也称实时检测，是在加工的过程中实时对刀具进行检测，并依据检测的结果做出相应的处理。在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术，其检测过程由数控程序来控制。闭环在线检测的优点是：能够保证数控机床精度，扩大数控机床功能，改善数控机床性能，提高数控机床效率。 一、数控机床在线检测系统的组成 数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到数控系统中，系统结构如图1所示。 图1 计算机辅助在线检测系统组成 数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成： (1)机床本体 机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。 (2)数控系统 目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。
(3)伺服系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。 (4)测量系统 测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。 目前常用的雷尼绍测头，是英国雷尼绍公司的产品，如图2所示。它们用于数控车床、加工中心，数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。 图2 雷尼绍RMP60无线电式测头 (5)计算机系统
第六章习题(位置检测装置)
第6章数控机床的检测装置 一、填空题 1、位置检测装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。 2、数控系统中的检测装置分为位移，速度和电流三种类型。 二、选择题 1、鉴向倍频电路是光栅测量系统的组成之一，下列不属于鉴向倍频电路的作用是（D） （A）辨向（B）细分（C）提高光栅的分辨力（D）放大 2、下列不属于编码器在数控机床中的应用的是（C） （A）位移测量（B）主轴控制（C）转速控制 （D）“零点脉冲”信号用于回参考点控制 3、下列那一项是衡量感应同步器精度的主要参数（A） （A）节距（B）定尺长（C）滑迟长（D）相移 答案为： 三、是非判断题 1、对机床的直线位移采用回转型检测装置测量称为直接测量。 答：错误。应该是称为间接测量。 2、当正弦绕组与定尺绕组对齐时，余弦绕组与定尺绕组相差1/2节距。 答：错误。应该是相差1/4节距。 3、脉冲编码器、旋转变压器、圆磁栅、数字脉冲编码器、直线感应同步器均是位移传感器。 答：错误。数字脉冲编码器是速度传感器。 四、简答题 1、莫尔条纹具有哪些特性？ 答：1）光学放大作用； 2）均化误差作用； 3）莫尔条纹移动与栅距移动成比例。
2、简述数控机床对位置检测装置有哪些要求。举例说明检测装置的类型。 答：数控机床对位置检测装置的要求： 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，能满足精度和速度的要求。 3）使用维护方便，适应机床工作环境。 4）成本低。 检测装置分类：位移传感器，如旋转变压器、光栅尺等;速度传感器，如测速发电机、数字脉冲编码器等;电流传感器，如霍尔电流传感器。 五、问答及设计题 一、某数控车采用步进电机作进给驱动,步进电机的步距角为1.8度,丝杠螺距为4mm,编码器与主轴连接方式如下, Z1,Z2,Z3,Z4分别为80,40,40,20,编码器每转1500个脉冲,问加工螺距P=6mm螺纹时,工作台走一个脉冲当量时对应的编码器脉冲是多少? 解：Z4 =20; Z3=40;步进电机转一圈需要360 /1.8=200 个脉冲，工作台平移4mm 需要步进电机转2圈及400个脉冲。加工一个P=6mm的螺纹，步进电机需要转400X6/4=600个脉冲； Z2=40 ，Z1=80 ;主轴转一圈，编码器转两圈，发3000个脉冲；加工一个螺纹时主轴转一圈螺距为P 6mm所以步进电机需要600个脉冲，对应此时编码器发3000个脉冲。 二、某带光电编码器的伺服电动机与滚珠丝杠直连（传动比为1：1），光电编码器为1200脉冲/转，丝杠螺距为6mm，则数控系统位置控制中断时间内计数600脉冲，这段时间内，工作台移动多少mm？
数控在线检测技术
数控在线检测技术 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
一、数控机床在线检测系统的组成 数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到数控系统中，系统结构。 数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成： (1)机床本体 机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。 (2)数控系统 目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。 (3)伺服系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。 (4)测量系统 测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。 目前常用的雷尼绍测头，是英国雷尼绍公司的产品，如图2所示。它们用于数控车床、加工中心，数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。 (5)计算机系统 在线检测系统利用计算机进行测量数据的采集和处理、检测数控程序的生成、检测过程的仿真及与数控机床通信等功能。在线检测系统考虑到运行目前流行的Windows和
数控机床在线监测技术修订稿
数控机床在线监测技术 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】
数控机床在线监测技术 数控机床是现代高科技发展的产物，每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测及加工完毕检测等。目前完成这些检测工作的主要手段有手工检测、离线检测和在线检测。在线检测也称实时检测，是在加工的过程中实时对刀具进行检测，并依据检测的结果做出相应的处理。在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术，其检测过程由数控程序来控制。闭环在线检测的优点是：能够保证数控机床精度，扩大数控机床功能，改善数控机床性能，提高数控机床效率。 一、数控机床在线检测系统的组成 数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到数控系统中，系统结构如图1所示。 图1 计算机辅助在线检测系统组成 数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成： (1)机床本体 机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。 (2)数控系统
目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床 各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。 (3)伺服系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。 (4)测量系统 测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关 键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。 目前常用的雷尼绍测头，是英国雷尼绍公司的产品，如图2所示。它们用于数控车床、加工中 心，数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。
雷尼绍数控机床测头在线测量系统益处
数控机床在线检测系统 数控机床是现代高科技发展的产物，每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测及加工完毕检测等。目前完成这些检测工作的主要手段有手工检测、离线检测和在线检测。在线检测也称实时检测，是在加工的过程中实时对刀具进行检测，并依据检测的结果做出相应的处理。在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术，其检测过程由数控程序来控制。闭环在线检测的优点是：能够保证数控机床精度，扩大数控机床功能，改善数控机床性能，提高数控机床效率。 一、数控机床在线检测系统的组成 数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到数控系统中。 数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成： (1)机床本体 机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。 (2)数控系统 目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。 (3)伺服系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。 (4)测量系统 测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。 目前常用的雷尼绍测头，是英国雷尼绍公司的产品，它们用于数控车床、加工中心，数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。 (5)计算机系统 在线检测系统利用计算机进行测量数据的采集和处理、检测数控程序的生成、检测过程的仿真及与数控机床通信等功能。在线检测系统考虑到运行目前流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++等软件，以及减少测量结果的分析和计算时间，一般采用Pentium级别以上的计算机。
位置检测装置
第4章 数控检测装置 4.1数控检测装置的概述 检测元件是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。在闭环数控系统中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而控制驱动元件准确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨迹和坐标移动。因此，位置检测装置是数控机床的关键部件之一，它的精度直接影响数控机床的定位精度和加工精度。为此，对位置检测装置提出如下要求： (1)高可靠性和高抗干扰性； (2)满足精度和速度要求； (3)使用、维护方便，适合机床的运行环境； (4)成本低，寿命长。 对于不同类型的数控机床，因工作条件和检测要求不同，可以采用不同的检测方式。 ∑==n i i Z Z 1总 4.1.1对位置检测装置的要求 在数控机床中，数控装置是依靠指令值与位置检测装置的反馈值进行比较，以此来控制工作台运动的。位置检测装置是CNC 系统的重要组成部分。在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并将检测的反馈信号和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，直到偏差为零为止。为了提高数控机床的加工精度，必须提高测量元件和测量系统的精度，不同的数控机床对测量元件和测量系统的精度要求、允许的最高移动速度各不相同。现在检测元件与系统的最高水平是：被检测部件的最高移动速度至240m/min 时，其检测位移的分辨率(能检测的最小位移量)可达1μm ，相当于24m/min 时可达0.1μm 。最高分辨率可达0.01μm 。因此，研制和选用性能优越的检测装置是很重要的。 。 ‘ 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，能满足精度和速度的要求； (3)使用维护方便，适应机床工作环境； (4)成本低； (5)易于实现高速的动态测量。 4.1.2检测装置的分类 按工作条件和测量要求的不同，测量方式亦有不同的划分方法，位置检测装置分类如表4—1所示。 表4—l 位置检测装置分类
数控机床在线检测技术
数控机床在线检测技术 发表时间：2005-12-29 张晓峰来源：《CAD/CAM与制造业信息化》 关键字：数控技术机床在线检测 本文对数控加工在线检测系统的组成、工作原理、编程方式及仿真等方面进行了简要介绍。文章中的许多内容都是些概要性的解释，对大家了解该领域的技术内容很有帮助。 数控机床是现代高科技发展的产物，每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测及加工完毕检测等。目前完成这些检测工作的主要手段有手工检测、离线检测和在线检测。在线检测也称实时检测，是在加工的过程中实时对刀具进行检测，并依据检测的结果做出相应的处理。在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术，其检测过程由数控程序来控制。闭环在线检测的优点是：能够保证数控机床精度，扩大数控机床功能，改善数控机床性能，提高数控机床效率。 1、数控机床在线检测系统的组成 数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到数控系统中，系统结构如图1所示。 图1 计算机辅助在线检测系统组成 数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成：
(1) 机床本体 机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。 (2) 数控系统 目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。 (3) 伺服系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。 (4) 测量系统 测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。 目前常用的雷尼绍测头，是英国雷尼绍公司的产品，如图2所示。它们用于数控车床、加工中心，数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。
第六章 数控机床的检测装置
第六章数控机床的检测装置 一、填空题 1、位置检测装置是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。 2、数控系统中的检测装置分为位移，速度和电流三种类型。 二、选择题 1、鉴向倍频电路是光栅测量系统的组成之一，下列不属于鉴向倍频电路的作用是（D）（A）辨向（B）细分（C）提高光栅的分辨力（D）放大 2、下列不属于编码器在数控机床中的应用的是（C） （A）位移测量（B）主轴控制（C）转速控制 （D）“零点脉冲”信号用于回参考点控制 3、下列那一项是衡量感应同步器精度的主要参数（A） （A）节距（B）定尺长（C）滑迟长（D）相移 三、是非判断题 1、对机床的直线位移采用回转型检测装置测量称为直接测量。 答：错误。应该是称为间接测量。 2、当正弦绕组与定尺绕组对齐时，余弦绕组与定尺绕组相差1/2节距。 答：错误。应该是相差1/4节距。 3、脉冲编码器、旋转变压器、圆磁栅、数字脉冲编码器、直线感应同步器均是位移传感器。 答：错误。数字脉冲编码器是速度传感器。 四、简答题 1、莫尔条纹具有哪些特性？ 答：1）光学放大作用； 2）均化误差作用； 3）莫尔条纹移动与栅距移动成比例。 2、简述数控机床对位置检测装置有哪些要求。举例说明检测装置的类型。 答：数控机床对位置检测装置的要求： 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，能满足精度和速度的要求。 3）使用维护方便，适应机床工作环境。 4）成本低。 检测装置分类：位移传感器，如旋转变压器、光栅尺等;速度传感器，如测速发电机、数字脉冲编码器等;电流传感器，如霍尔电流传感器。 五、问答及设计题 1.某数控车采用步进电机作进给驱动,步进电机的步距角为1.8度,丝杠螺距为4mm,编码器与主轴连接方式如下, Z1,Z2,Z3,Z4分别为80,40,40,20,编码器每转1500个脉冲,问加工螺距P=6mm螺纹时,工作台走一个脉冲当量时对应的编码器脉冲是多少? 解：Z4 =20; Z3=40;步进电机转一圈需要360 /1.8=200 个脉冲，工作台平移4mm 需要步进电机转2圈及400个脉冲。加工一个P=6mm的螺纹，步进电机需要转400X6/4=600个脉冲； Z2=40 ，Z1=80 ;主轴转一圈，编码器转两圈，发3000个脉冲；加工一个螺纹时主轴转一圈螺距为P 6mm所以步进电机需要600个脉冲，对应此时编码器发3000个脉冲。 2.某带光电编码器的伺服电动机与滚珠丝杠直连（传动比为1：1），光电编码器为1200脉冲/转，丝杠螺距为6mm，则数控系统位置控制中断时间内计数600脉冲，这段时间内，工作台移动多少mm？ 解：因为伺服电动机与滚珠丝杠直连，传动比为1：1，且丝杠螺距为6mm。所以伺服电动机转一圈，滚珠丝杠也转一圈，工作台移动距离为螺距，即6mm。因为光电编码器为1200脉冲/转（即电机转一圈的脉冲也是1200），而计数600脉冲。所以电机转了600/1200＝0.5圈，即转了半圈。因为滚珠丝杠转一圈，工作台移动距离6mm。所以滚珠丝杠转半圈，工作台移动距离3mm。
位置检测装置
位置检测装置 一、测试目的 位置检测装置 位置检测装置是数控系统的重要组成部分，在闭环或半闭环控制的数控机床中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时检测出来，与给定的控制值(指令信号)进行比较，从而控制驱动元件正确运转，使工作台(或刀具)按规定的轨迹和坐标移动。一、数控机床对检测装置的基本要求： 1）稳定可靠、抗干扰能力强。数控机床的工作环境存在油污、潮湿、灰尘、冲击振动等，检测装置要能够在这样的恶劣环境下工作稳定，并且受环境温度影响小，能够抵抗较强的电磁干扰。 2）满足精度和速度的要求。为保证数控机床的精度和效率，检测装置必须具有足够的精度和检测速度，位置检测装置分辨率应高于数控机床的分辨率一个数量级。 3）安装维护方便、成本低廉。受机床结构和应用环境的限制，要求位置检测装置体积小巧，便于安装调试。尽量选用价格低廉，性能价格比高的检测装置。 数控机床加工精度，在很大程度上取决于数控机床位置检测装置的精度，因此，位置检测装置是数控机床的关键部件之一，它对于提高数控机床的加工精度有决定性的作用。 二、组成部分 位置检测装置的主要性能指标：
1. 精度符合输出量与输入量之间特定函数关系的准确程度称作精度，数控机床用传感器要满足高精度和高速实时测量的要求。 2. 分辨率位置检测装置能检测的最小位置变化量称作分辨率。分辨率应适应机床精度和伺服系统的要求。 分辨率的高低，对系统的性能和运行平稳性具有很大的影响。检测装置的分辨率一般按机床加工精度的1 ／3～1／10选取，也就是说，位置检测装置的分辨率要高于机床加工精度。 3. 灵敏度输出信号的变化量相对于输入信号变化量的比值为灵敏度。实时测量装置不但要灵敏度高，而 且输出、输入关系中各点的灵敏度应该是一致的。 4. 迟滞对某一输入量，传感器的正行程的输出量与反行程的输出量的不一致，称为迟滞。数控伺服系统 的传感器要求迟滞小。 5. 测量范围和量程传感器的测量范围要满足系统的要求，并留有余地。 6. 零漂与温漂零漂与温漂是在输入量没有变化时，随时间和温度的变化，位置检测装置的输出量发生了 变化。传感器的漂移量是其重要性能标志，零漂和温漂反映了随时间和温度的改变，传感器测量精度的微小变化。
数控加工中心在线测量研究
1前言 1.1加工中心在机检测的背景意义 1.1.1机床行业现状 我国是世界第一大机床消费国和进口国。目前，国内中档数控机床已显现出替代外国同类产品的趋势，而高端数控机床与德国等国仍存在大差距，国内机床难以占领高端市场。同时，发达国家对于进口的数控机床始终有所限制，这不利于我国数控机床的发展。船舶、工程机械、航空航天、风电等都是机床行业的下游产业。在相关政策的推动下，我国汽车产量不断攀升。随着汽车零部件制造加工工艺水平的提升，也会进一步提高对机床的要求。在航空航天领域，势必需求大型高速精密的数控机床。 我国数控机床功能部件技术水平、产品的种类、服务的范围等都有了一定的进步，但国产功能部件远远达不到市场的需求的适应性和满足度。我国功能部件的产品水平和国外有差距。高技术的功能部件对数控机床影响大，如轴、直线导轨、直线电机、机械手。而我国目前生产的功能部件大多数以劳动密集型为主，技术含量很低，难以适应国产数控机床的发展速度和要求。这些关键的功能部件，我国还没有形成规模。 1.1.2加工中心在线检测的意义 数控加工中心在线检测免去了工件的反复装夹、校正的过程。比离线检测减少了工件检测的时间，提高了检测效率;数控加工中心配备光栅尺等检测装置，可以有较好的检测精度;在成本方面，由于仅需附安装在机检测测头和相应软件即可完成检测工作，与三坐标测量机检测工件相比，大大降低了检测成本;由于加工与检测在同机上完成，检测反馈信息可用于修改加工G代码，形成加工—检测—再加工的闭环系统，将大大地提高成品率。不仅在工件检测方面，在工件的装夹找正方面，在线测头也能发挥出独有的优势。采用工件测头，可在机床上快速、准确测量工件的位置，再将测量结果快速反馈到数控系统中，修正工件坐标。采用在线测头可替代使用百分表及芯棒寻找基准的方法[1]。 1.2加工中心在线检测的研究现状 1.2.1国内研究现状
数控机床常用的位置检测装置
数控机床常用的位置检测装置——旋转变压器 旋转变压器是数控机床常用的电磁检测装置，它是一种角位移检测元件。 (1)旋转变压器结构旋转变压器由定子和转子组成，根据转子电信号引入、引出方式的不同，可将其分为有刷和无刷两种。由于有刷旋转变压器的可靠性难以得到保证，所以它的应用很少。下面将着重介绍无刷旋转变压器，它没有电刷与集电环，由分解糟和变压器两大部分组成。其中，分解糟的结构与有刷旋转变压器基本相同，由定子和转子组成，定子和转子上都有绕组。变压器的一次绕组绕在与分解器转子轴固定在一起转动；它的二次绕组绕在与转子同心的定子轴线上。分解器定子绕组接外加定子绕组的励磁电压，它的转子绕组输出信号接在变压器的一次绕组，从变压器的二次绕组引出最后的输出信号。 (2)旋转变压器工作原理无刷旋转变压器工作原理，定子绕组是变压器的一次绕组，转子绕组是变压器的二次绕组。当励磁电压加到定子绕组时，由于电磁效应，转子绕组就会产生感应电压。当转子运转时，转子绕组的感应电压会按照转子转过的角位移量呈正弦（或余弦）规律变化，其频率与励磁电压的频率相同。这时，如果测量旋转变压器二次绕组感应电压的幅值或相位，就可以计算出转子转角的变化规律。在数控机床伺服系统(3)一般用旋转变压器测量进给丝杠的转角，通过转换间接地测量工作台的直线位移。 (3)旋转变压器的应用旋转变压器的应用有两种工作方式，鉴相式工作方式和鉴幅式 工作方式。 在鉴相式工作方式中，旋转变压器定子两相正向绕组分别加上幅值相等、频率相同，而相位差为90。的正弦交流电压。旋转变压器转子绕组中的感应电动势与定子绕组中的励磁电压同频率，但相位不同。测量转子绕组输出电压的相位角，即可测量得转子相对于定子的空间转角位置。 在鉴幅式工作方式中，定子两相绕组加的是频率相同、相位角相同，而幅值分别按正弦、余弦变化的交流电压。
数控机床的在线自动检测技术
科技信息 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2012年第35期在现代制造业蓬勃发展的今天，既要以量来降低成本，更要以质来赢得竞争的主动。随着现代加工制造设备发展，数控机床的线性精度和几何精度也越来越高，控制器的功能越来越强大，这使得人们可以利用机床本身配以测头系统来实现对加工工件的在线测量，或刀具自动测量及检测。 1自动测量技术在零件加工中的应用 使用在线自动测量技术有以下优势：1）准确快速找正工件位置并自动设定工件坐标系；2）循环中工件尺寸检测，并根据测量结果自动修正刀偏量；3）柔性加工中工件及夹具的确认；4）夹具和旋转轴的设定等。 1.1测量软件自动修正工件坐标系 避免人工输入错误，减少刀具和工件及机床的损坏。在主轴及刀架上安装的测头，也可用于序中测量和首件检测—手动测量依赖于操作人员的技能，而将工件移到坐标测量机上检测的方法往往不可行。依赖于操作人员的手工操作，设定时间长、精度差、一致性差、易于出现人为误差、有时需要试切；加工过程中停机检测关键尺寸时刀具磨损不易发现。 使用测头检测的优势：软件自动计算、更改工件坐标数据；通过自动修正偏置值进行序中工件测量；增强无人加工的可靠性；消除了人为误差，降低了加工风险；适应性加工，提供过程反馈，减小变化；利用自动偏执更新进行首件检测；缩短等候首件检测结果的停机时间。1.2减少昂贵的夹具费用 只需要简单的夹紧，用测头测量找正工件坐标系，避免用千分表手动找正的不便。安装在加工中心的主轴和车削中心的刀架上的测头，带来以下益处：减少机床停机时间；自动卡具、工件校正和旋转轴设定；消除手动设定误差；降低废品率；提高生产力和批量产品尺寸的灵活性。 1.3将测量程序嵌入到加工程序中 在工程测量中常常需要进行高精度的电压测量，利用可程控的高精度数字万用表，可以达到13/2位的分辨率和测量精度。可通过嵌入到VC 中的SCPI 指令进行通讯和测量。这种方法不仅提供了友好的测量界面，而且可以提高控制程序的灵活性和可读性。 软件系统由实时操作系统、实时数据库及应用软件、数据采集与处理软件、各类控制软件（PID ）直接数字控制、先进控制软件组成。1.4改善过程控制 通过改善过程控制：可在机检测工件尺寸，及时反馈，减少机外检测的辅助时间，减少人为因素，提高生产效率1.5提高安全性 全自动操作，避免了对操作者可能引起的伤害。工件找正或检测过程中，所有的机床防护门都保持关闭状态，门锁自动锁住。当机床处于工作状态时，且机床防护门处于关闭状态，才可以进行工件的正常自动加工，若在此状态下打开防护门，则禁止所有的准备功能指令和辅助功能指令执行，程序无法自动运行。 2自动测量技术在对刀测头中的应用 在机床上使用测头进行自动测量，可方便工件的安装调整，大大缩短辅助时间，提高生产效率；可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度。使用对刀测头可以大量减少辅助时间，提高机床利用率。2.1无需人工输入刀补值 刀具补偿是数控机床上重要的功能，合理使用刀具补偿功能在数控加工中有着非常重要的作用。数控加工中的刀具补偿主要有刀具半径补偿和刀具长度补偿，刀具半径补偿的功能按刀心轨迹编程变为按工件轮廓进行编程，省去了刀心轨迹的人工计算，简化了编程而且提 高了程序的准确性；刀具长度补偿功能是按刀具长度定位，基准点编程转变为按刀尖或刀心进行编程，测量软件可自动修正刀偏值，同样简化了编程，提高了准确度。避免了手工对刀的人为介入误差，减少人为的错误，缩短机床辅助时间，提高生产率。2.2不需要试切对刀 对刀是数控加工中较为复杂的工艺准备工作之一，传统的对刀步骤是“手动试切→测量→设置刀偏值→自动试切对刀→测量→修正刀补”，对刀的好与差将直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度。操作者对加工过程无法控制，一但出现编程、对刀、定加工初始点等方面的失误，就会造成较大损失。 使用在线自动测量技术，可在极短时间内设定一组刀具，测头对刀比手工对刀重复精度高，对零件采取先固定夹紧，然后用测头在机床坐标系内测量工件的定位基准，根据结果对数控程序的基准进行相应的坐标偏移和旋转，这样可以大幅度地减少辅助时间，降低劳动强度，提高工作效率。旋转对刀，消除主轴径向跳动和刀片高度不同，满足更高的性能标准或更低的单位成本，保持更高的切削速度，延长刀具寿命并生产出更高质量的产品。2.3省去昂贵的机外对刀仪 使用测头可以省去昂贵的卡具，避免用千分表手动找正的不便。省去了用对刀仪测量刀长及直径，并记录数值，然后人工输入到数控系统中。数控加工中心和数控车上的触发式测头可用于识别并设定工件、对特征进行序中测量以进行适应性加工，并确认成品工件的尺寸。 加工前：工件、工装的自动定位测量、工件坐标系的自动建立、工件尺寸的自动检测。 加工过程中：工件关键尺寸和形状的自动检测，刀具补偿值的自动修正，加工超差报警。 加工结束后：工件尺寸和形状的自动检测、加工超差报警。 通过自动修正偏置值进行序中工件测量，增强无人加工的可靠性。适应性加工，提供过程反馈，减小变化。利用自动偏执更新进行首件检测，缩短等候首件检测结果的停机时间。 3自动测量技术在刀具破损检测中的应用 在加工过程中，及时获取刀具磨损参数并进行自动补偿，是保持加工精度的重要手段。及时发现刀具的破损，可以避免零件报废或者后续工序刀具的损坏，防止进一步的损失。可以根据工艺需要，在合适的环节设置刀具测量/补偿工步，或者检查刀具是否破损，提高加工过程的自动化智能化程度，使废品、返工和机床停机成为历史。3.1减少废品率和返工 易损刀具可在序内快速检测。传统的非接触式刀具破损检测系统，是根据激光光束是否被遮挡来判断刀具是否正常，被遮挡时表明刀具正常。 使用自动测量技术，有助于掌握刀具损坏特点，对合理选择刀具材料、切削条件，提高生产效率，保证加工质量具有重要意义。刀具损坏形式利用计算机、数据库技术分析刀具损坏原因并可提出改进措施，计算机辅助分析系统采用模块化设计，有较好的可维护性和可扩充性。 3.2节省时间 传统的工业自动化系统即机电一体化系统主要是对设备和生产过程的控制，即由机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信号处理单元、接口等硬件元素，在软件程序和电子电路逻辑的有目的的信息流引导下，相互协调、有机融合和集成，形成物质和能量的有序规则运动，从而组成工业自动化系统或产品。 使用自动测量技术在刀具破损检测中，可显著减少辅助时间、减少操作环节，提高机床的利用率，减少废品，消除了人（下转第157页） 数控机床的在线自动检测技术 梁伟覃广伟 （桂林航天工业学院广西桂林 541004） 【摘要】简要介绍数控机床的在线自动检测技术，以及在线检测的优点。在数控机床上对被加工工件进行在线自动测量，是提高数控机床自动化加工水平和保证工件加工精度的有效方法。 【关键词】数控机床；在线检测；测头系统○机械与电子○148
数控机床在线测量技术与误差分析_张金晶
Equipment Manufactring Technology No.9，2009 为了保证数控机床这样的高度自动化设备连续可靠的工作，需要具有自动检测的功能。现代制造工业的发展，对数控机床的在线检测技术提出了更高的要求，要实现数控机床高精度在线检测，应对监测系统的组成、工作原理及主要误差进行仔细地分析，才可能尽量避免误差，或根据这些来源情况采取相应的措施，以对误差进行补偿，实现计算机辅助数控机床高精度在线测量。 1 在线测量技术 在高科技术飞速发展的今天，测量技术对一个国家的综 合发展，起着十分重要的基础作用。如果没有先进的测量技术与测量手段，就不可能有先进的高质量产品，就很难制造出单项性能及综合性能均优良的产品，更谈不上发展现代高新尖端技术。因此，世界上工业发达的国家，都非常重视研究和发展各种测量技术。这里所涉及到的测量，具体是指机械加工生产过程中机械产品的成品及半成品的测量。按加工过程和测量过程是否在同一设备上进行，测量方法大致可分为离线测量和在线测量两种方式。 离线测量，一般是在大批量生产中应用，适于流水生产线作业、加工与测量分别在专用设备上进行，在加工设备上加工完工件后需将工件移至测量设备上进行测量。这样就不可避免地带来了二次装卡的误差，也易对工件造成损伤，如划伤表面、工艺变形等。 在线测量，即加工与测量均在同一设备上进行。如在安装了测头系统的数控机床上，工件经过一次装卡后，即可完成加工与测量，省时省力，且降低了测量成本，也无二次装夹误差。若进行序中测量，可以降低废品率，也可以尽早发现废品，避免造成加工浪费。1.1 在线测量技术的重要性 机械加工是先进制造技术的基层作业，是先进制造系统中最基本最活跃的环节。其基本目标是在低成本、高生产率的条件下，保证产品的质量。为了实现该目标，急需研究开发的关键技术之一就是机械加工在线测量技术。特别是在多品种小批量生产条件下，研究先进的在线测量技术，意义尤其重 大。因为在线测量是加工测量一体化技术的重要组成部分，是保证产品质量和提高生产率的重要手段。国内外很早就认识到在线测量技术的重要性，而进行了大量的研究工作，并且在实际中得到了广泛的应用。但由于各种加工过程特殊的复杂性，现有的在线测量系统，大都是专用性的，其灵活性、可调性、适应性较差，而且测量准确度受到限制，不适用于社会化生产加工。在超精密加工中， 机床的精度比一般测量仪器和三坐标测量机的精确度还高，如果把机床和合适的测量系统有机地结合起来，即可实现零件加工，又可实现工件精度的在线测量。这样机床即可作加工用，又可作测量用，扩大了机床的应用范围，又解决了零件的测量问题。1.2 在线测量是并行工程的思想体现 传统的零件测量方法是很费时的，常常采用离线测量。需把校测零件从加工设备转移到测量设备上，有时在一个加工过程中甚至需要几个来回，在很多情况下传统方法检测工件的费用上升，超过了工件的加工费用。因此通过使用在线测量来代替离线测量，使得在线检测的效率和精确度得到保证的条件下，使质量检测过程更靠近加工过程，从而保证了工件从加工设备上卸下的时候就是合格品。边加工边测量，及时发现问题及时处理，这也是并行工程的思想体现。1.3 数控机床上的在线测量 在数控机床上采用测头进行测量时，先将测头安装在机床的主轴上，然后操作者手动控制机床移动，使测头测针上的触头与工件表面接触，由机床的数控系统实时地记录并显示主轴的位置坐标值。因此，可以结合测针的触头与工件的具体位置关系，利用机床主轴的坐标值换算出工件被测量点的相关坐标值。获得工件的各个被测量点的相关坐标值以后，再根据各坐标点的几何位置关系进行相关计算，便可以获得最终的测量结果。 2测量误差的来源与分类 在任何一项测量中，无论采用多么完善的测量方法和测 量器具，由于各种因素的影响，所得到的测量值总会存在误差。就是同一台仪器，按同一种方法，由同一测量者对同一个 数控机床在线测量技术与误差分析 张金晶 （株洲职业技术学院，湖南株洲412000） 摘要：对数控机床在线测量技术和系统误差分析进行了研究，认为随着制造技术的不断发展，对于超精密加工，相应的测量设备必须跟上，才能保证精度达到设计要求；要开发出具有在线测量功能的数控机床，才能够适应机械加工的需求。关键词：数控机床；在线测量；误差分析中图分类号：TG806 文献标识码：B 文章编号：1672-545X （2009）09-0082-02 收稿日期：2009-06-26作者简介：张金晶（1963—），女，浙江宁波人，讲师，主要从事机械制造方面的教育与研究。 计量与检测 !!!!"!" !!!!" !" 82
数控机床检测元件的作用与分类
数控机床检测元件的作用与分类 位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。 闭环数控机床的加工精度在很大程度上是由位置检测装置的精度决定的，在设计数控机床进给伺服系统，尤其是高精度进给伺服系统时，必须精心选择位置检测装置。 数控机床对检测装置的要求如下： （1）工作可靠，抗干扰能力强； （2）满足精度和速度的要求； （3）易于安装，维护方便，适应机床工作环境； （4）成本低。 位置检测装置按工作条件和测量要求不同，有下面几种分类方法：一、直接测量和间接测量 1．直接测量 直接测量是将直线型检测装置安装在移动部件上，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，而构成位置闭环控制。其优点是准确性高、可靠性好，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。 二、数字式测量和模拟式测量 1．数字式测量 它是将被测的量以数字形式来表示，测量信号一般为脉冲，可以直接把它送到数控装置进行比较、处理。信号抗干扰能力强、处理简单。 2．模拟量测量 它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。 三、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，其优点是测量装置较简单，任何一个对中点都可以作为测量的起点，而移距是由测量信号计数累加所得，但一旦计数有误，以后测量所得结果完全错误。 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
第2章-数控检测装置
第二章检测装置 我们这里讲的检测装置是指用在数控机床上的位置检测装置。它们通常安装在机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛，不断地将工作台的位移量检测出来并反馈给控制系统。大量事实证明，对于设计完善的高精度数控机床，它的加工精度和定位精度将主要取决于检测装置。因此,精密检测装置是高精度数控机床的重要保证。一般来说，数控机床上使用的检测装置应该满足以下要求: (1）工作可靠,抗干扰性强。 （2) 能满足精度和速度的要求。 (3) 使用维护方便，适合机床的工作环境。 （4) 成本低。 0.001~0.01mm/m,,分辨率为 通常，检测装置的检测精度为 0.001~0.01mm/m,能满足机床工作台以1~10m/min的速度移动。 表4-１是目前在数控机床上经常使用的检测装置。本章就其中常用的几种作以介绍。 表4-１位置检测装置分类 §2—１感应同步器
感应同步器是一种电磁式位置检测元件,按其结构特点一般分为直线式和旋 转式两种。直线式感应同步器由定尺和滑尺组成；旋转式感应同步器由转子和定子组成。前者用于直线位移测量,后者用于角位移测量。它们的工作原理都与旋转变压器相似。感应同步器具有检测精度比较高、抗干扰性强、寿命长、维护方便、成本低、工艺性好等优点，广泛应用于数控机床及各类机床数显改造。本节仅以直线式感应同步器为例，对其结构特点和工作原理进行叙述。 一、结构特点 感应同步器的构造见图4－5,其定尺和滑尺基板是由与机床热臌胀系数相近的钢板做成， 钢板上用绝缘粘结剂贴以钢箔,并利用照像腐蚀的办法做成图示的印刷绕组。感应同步器定尺和滑尺绕组的节距相等，均为，这是衡量感应同步器精 度的主要参数,工艺上要保证其节距的精度。一块标准型感应同步器定尺长度为 μm，分辨率可达0.２５μm。２5０ｍm,节距为2ｍm，其绝对精度可达2.５ 从图4-5可以看出，如果把定尺绕组和滑尺绕组B对准，那么滑尺绕组正好和定尺绕组相差1/４节距。也就是说，Ａ绕组和B绕组在空间上相差1／4节距。 感应同步器的定尺和滑尺尺座分别安装在机床上两个相对移动的部件上(如工作台和床身），当工作台移动时,滑尺在定尺移动。滑尺和定尺要用防护罩罩住,以防止铁屑、油污和切割液等东西落到器件上,从而影响正常工作。由于感应同步器的检测精度比较高,故对安装有一定的要求，如在安装时要保证定尺安装面与机床导轨面的平行度要求,如这两个面不平行，将引起定、滑尺之间的间隙变化，从而影响检测灵敏度和检测精度。