数控机床检测装置特点
第3章数控机床的位置检测讲解
旋转变压器——抗干扰能力强、工作可靠、结构简单、 动作灵敏、信号输出幅度大，对环境无特殊要求，维护方便， 应用广泛。
脉冲编码盘——工作可靠、精度高，结构紧凑、成本低， 是精密数字控制和伺服系统中常用的角位移数字式检测元 器件，但抗污染能力差，易损坏。
激光干涉仪——精度很高，但抗震性、抗干扰能力差， 价格较贵，应用较少。
原理 1）指示光栅与标尺光栅刻度等宽。 2）平行装配，且无摩擦 3）两尺条纹之间有一定夹角 4）当指示光栅与标尺光栅相对运动时，会产生与光栅线 垂直的横向的条纹，该条纹为莫尔条纹，当移动一个栅 距时，摩尔条纹也移动一个纹距
标尺光栅
θ
莫尔条纹
应用较多的干涉条纹式光栅，是利用光的 衍射现象产生莫尔干涉条纹。当两片光栅 互相平行，其刻线相互成一小角度θ时， 两光栅有相对运动就会生明暗相间的干涉 条纹，将光源来的光经透镜变成平行光， 垂直照射在光栅上，经狭缝s和透镜由光 电元件接受，即可得到与位移成比例的电 信号。
第三章 数控机床的位置检测
第三章 数控机床的位置检测
本章主要介绍数控机床的位置检测装置
提 作用及分类，讲解光栅尺和脉冲编码器
的结构、工作原理及其应用。
要 学时：2学时
第三章 数控机床的位置检测
目
了解数控机床的位置检测装置作用及类型。
掌握光栅和脉冲编码器的结构特点、工作原理
标
及应用。
第三章 数控机床的位置检测
建
学生学习本章节，可结合数控中心的 数控机床来了解光栅和脉冲编码器和
等位置检测装置的结构特点、工作原
议
理。
第一节 概 述
一、位置检测装置的要求
位置检测装置是NC机床重要组成部分，在闭环系 统中其主要作用是检测位移量，并发出反馈信号与数 控装置的指令信号比较，如有偏差，经放大后控制执 行部件，使其朝消除偏差方向运动，直至偏差为零。
HZNC-3自动编程数控机床的检测装置.
6
二、旋转变压器
旋转变压器是一种常用的转角检测元件，它即可以测角 位移，又可以测角速度。由于它结构简单，工作可靠，精度 又能满足一般要求，所以应用较广。旋转变压器在原理上与 变压器相同，在结构上与发电机相似。它输出的是模拟量
有定子和转子的变 压器的初级绕组3放在定 子上，次级绕组8固联在 转子上，与转子一起转 动。旋转变压器由此得 名。
电相当于极角，
UM相当于
U S i U M sin 电 sin t
U C i U M cos电 sin t
4
二、检测装置的分类
目前，数控机床上使用的检测元件种类很多。 （一）数字式测量和模拟式测量 1.数字式测量 2.模拟式测量 （二）增量式测量和绝对式测量 1.增量式测量 2.绝对式测量 （三）直接测量和间接测量 1.直接测量 2.间接测量
5
一、测速发电机
一般将测速发电机装在司服电动机的轴上，测量电动机 的转速。 测速发电机有交流和直流两种，基本原理是: 发电机发 出的电压与电动机的转速成正比，将这一电压反馈给数控系 统，与指令输入的值进行比较，从而控制电动机的转速。 测速发电机输出的是模拟量——模拟式测量。
§2—5自动编程简介
一、问题的提出 二、自动编程的一般处理过程 自动编程三部分： ①源程序， ②计算机， ③编译软件。
1
二、自动编程的一般处理过程
源程序用数控语言编写 APT（Automatically Programmed Tools） 自动编程的三个组成部分： ①源程序， ②计算机， ③编译软件。
¦ È
k1 = V2
È n¦ i s V1
V
3=
k3
V1 o ¦ Ø t V2 o ¦ È 180o
数控机床对检测装置的主要要求
U2＝kUmcos（α＋θ） sinωt
转子感应电压的幅值随转子的偏转角而变化。测量出 幅值可测出 转角。
6.2 旋转变压器 三、旋转变压器的应用
由角位移如何计主要算内直容线位移?
将旋转变压器安装在数控机床的丝杠上，当θ角从
0°变化到360°时，表示丝杠上的螺母走了一个导程， 就间接地测量了丝杠的直线位移（导程）的大小。
U 2Km U si n tsin
6.2 旋转变压器
使用较广泛的为正余弦旋转变压器
U1s
U1c
定子
主要内容 U 2kU 1ssinkU 1ccos
1c
θ
45°
R U2 转子
1ccos
1ssin
1s
6.2 旋转变压器
1．鉴相工作方式
给定子的两个绕组通以相同幅值、相同频率，但相位
差π/2的交流主激要磁内容电压
6.2 旋转变压器
旋转变压器的分类
按有无电刷分：接触式和无接触式两种；
主要内容
按极对数分：单对极和多对极；
按输出电压与转子转角间的函数关系分：正余弦旋 转变压器、线性旋转变压器、比例式旋转变压器以 及特殊函数旋转变压器等。
6.2 旋转变压器 6.2.1旋转变压器的结构
轴承
2
机壳
3
转子铁心
4
5
定子铁心
3
主要内容
1
8
变压器
5 6 47
数控机床主要使用无刷旋转变压器，无刷旋转变压器具 有输出信号大、可靠性高、寿命长及不用维修等优点。
6.2 旋转变压器
6.2.2 旋转变压器的工作原理
原理：电磁感应主要，内当容 定子加上一定频率的 激磁电压时，通过电 磁耦合，转子绕组产 生感应电势，其输出 电压的大小取决于定 子和转子两个绕组轴 线在空间的相对位置。
数控原理与系统之位置检测装置
1111
图6-6 a葛莱码盘
08
1 0000 1000
9
0001
1001
3 0011
11 1011
2 0010
1010 10
6 0110
1110 15
7 0111
1111 14
0101
1101
5
0100 1100
13
4 12
b 四位二进制码盘非单值性误差
第二节 光电编码器
图6-6为葛莱码盘，其各码道的数码不同时改变，任 何两个相邻数码间只有一位是变化的，每次只切换一位 数，把误差控制在最小范围内。二进制码转换成葛莱码 的法则是：将二进制码右移一位并舍去末位的数码，再 与二进制数码作不进位加法，结果即为葛莱码。
第二节 光电编码器
光电式脉冲编码器，它由光源、聚光镜、光电盘、 圆盘、光电元件和信号处理电路等组成（图6-1）。光电盘是用 玻璃材料研磨抛光制成，玻璃表面在真空中镀上一层不透光的铬， 然后用照相腐蚀法在上面制成向心透光窄缝。透光窄缝在圆周上 等分，其数量从几百条到几千条不等。圆盘也用玻璃材料研磨抛 光制成，其透光窄缝为两条，每一条后面安装有一只光电元件。 光电盘与工作轴连在一起 ，光电盘转动时，每转过一个缝隙就发 生一次光线的明暗变化，光电元件把通过光电盘和圆盘射来的忽 明忽暗的光信号转换为近似正弦波的电信号，经过整形、放大、 和微分处理后，输出脉冲信号。通过记录脉冲的数目，就可以测 出转角。测出脉冲的变化率，即单位时间脉冲的数目，就可以求 出速度。
第二节 光电编码器
光电脉冲编码器用于数字脉冲比较伺服系统(图6-4) 的工作原理如下：光电脉冲编码器与伺服电机的转轴连接，随着 电机的转动产生脉冲序列，其脉冲的频率将随着转速的快慢而升 降。若工作台静止，指令脉冲和反馈脉冲都为零，两路脉冲送入 数字脉冲比较器中进行比较，结果输出也为零。因伺服电机的速 度给定为零，工作台依然不动。随着指令脉冲的输出，指令脉冲 不为零，在工作台尚未移动之前，反馈脉冲仍为零，比较器输出 指令信号与反馈信号的差值，经放大后，驱动电机带动工作台移 动。电机运转后，光电脉冲编码器将输出反馈脉冲送入比较器， 与指令脉冲进行比较，如果偏差不为零，工作台继续移动，不断 反馈，直到偏差为零，即反馈脉冲数等于指令脉冲数时，工作台 停在指令规定的位置上。
数控机床组成工作原理以及特点
数控机床组成、工作原理以及特点姓名：赵凯学号：090203126摘要世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。
美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。
我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。
未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。
美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。
因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。
目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程。
本文主要讨论的是数控机床的组成、分类、发展趋势以及实际应用等。
关键词 : 发展趋势、分类、组成、原理、特点、应用。
The composition of the CNC machine tools, operating principles and characteristics AbstractThe transfer of world manufacturing, China is gradually becoming the world's factory. The United States, Germany, South Korea and other countries have entered the high-tech intensive industrial development era microelectronics era, iron and steel, machinery, chemicals, and other heavy industry is gradually transferred to developing countries. China's economic development has been an early stage of development, is in the middle of a heavy chemical industry development.The next 10 years will be the best period for the development of China's machinery industry. The United States, Germany, heavy chemical industry development period continues for more than 18 years, the four countries of the United States, Germany, South Korea, the heavy chemical industry average development period lasted 12 years, we estimate that the period of development of heavy and chemical industries in China will continue through at least 10 years, until 2015 . Therefore, in the next 10 years, with the process of promoting heavy and chemical industries in China, the Chinese enterprise scale, product technology, quality and so on will be significantly improved, enhanced international competitiveness of the domestic machinery products gradually replace imports and exports accelerated. Currently, the the the central machinery industry molecules industry such as ship, rail, container and container crane manufacturer has benefited from international industrial transfer, and will continue to benefit; power plant equipment, construction machinery, the bed will benefit from the transfer of industries to speed up the export process. This paper mainly discusses the composition of CNC machine tools, development trends, and practical applications.Keywords: trends, classification, composition, characteristics, application.一、数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10～100件）约占机械加工总量的80%以上。
数控机床电气控制第六章
第六章 检测装置
6.5 光栅 6.5.1 光栅结构与工作原理 无论是长光栅或圆光栅，主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床活动部 件（如工作台或丝杠）上，光栅读数头安装在机床的固定部件（如机床底座）上，两者由于工作台的移动而 雨相对移动。在光栅读数头中，有一个指示光栅，它可以随光栅读数头在标尺光栅上移动，因此，在光栅安 装时，必须严格保证标尺光栅和指示光栅的平行度要求以及二者之间的间隙（通常取 0.05mm 或 0.lmm）要 求。 1 结构 （1）光栅尺 标尺光栅和指示光栅，统称光栅尺，采用真空镀膜方法光刻上均匀密集线纹的透明玻璃板或长条形金属 镜面。对于长光栅，这些线纹相互平行、距离相等，该间距被称为栅距。对于圆光栅，这些线纹是等栅距角 的向心条纹。栅距和栅距角是决定光栅光学性质的基本参数。常见的长光栅的线纹密度为每毫米 25 条、50 条、 条、 条、 条。 100 125 250 对于圆光栅， 如果直径为 70mm， 一周内的刻线 100～768 条； 如果直径为 110mrn， 一周内的刻线 600～1024 条。但是对于同一光栅元件，其标尺光栅和指示光栅的线纹密度必须相同。
Hale Waihona Puke 第六章 检测装置图 6-3 绝对式光电编码器的结构图 由于绝对式光电编码器转过的圈数由 RAM 保存，所以断电后机床的位置即使断电或断电后又移动过也 能够正常工作。
第六章 检测装置
6.3 感应同步器 6.3.1 感应同步器结构与工作原理 1.结构特点 直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，相当于一个展开式的多极旋转变压器，其结构如图 6-4 所示。定 尺和滑尺的基板由与机床线胀系数相近的钢板制成，钢板上用绝缘粘接剂贴有钢箔，利用照相腐蚀的办法做 成图示的印刷线路绕组。感应同步器定尺绕组是一个单向均匀的连续绕组；滑尺有两个绕组，其位置相距绕 组节距（2 ）的 1/4，分别称为正弦绕组和余弦绕组。定尺和滑尺绕组的节距相等，均为 2 ，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 250mm，节距 为 2mm，其绝对精度可达 2.5 m，分辨率为 0.25 m。
第五章 数控机床的位置检测装置 曼初宏
第四节 光栅测量装置
2.光栅读数头 (1)分光读数头 如图5-15所示，从光源Q发出的光，经过透镜L1照 射到光栅G1和G2上形成莫尔条纹。 (2)垂直入射读数头 这种读数头主要用于每毫米25～125条刻线的 玻璃透射光栅测量装置，如图5-16所示。
图5-15 分光读数头
第四节 光栅测量装置
(3)反射读数头
图5-26 鉴相式测量检测电路框图
2.鉴幅式测量检测电路
第六节 编码器测量装置
一、光电式编码器的结构 光电式编码器是一种光电脉冲发生器，其最初结构就是一种光电 盘。它由光源、聚光镜、光电盘、分度狭缝、光电元件、数模转 换和方向辨别电路及数字显示装置等组成，如所示。
图5-27 光电式编码器测量装置
第六节 编码器测量装置
第五节 磁栅测量装置
图5-20 带状磁尺
第五节 磁栅测量装置
(4)圆形磁尺
图5-22 圆形磁尺
第五节 磁栅测量装置
2.磁头
图5-23 单磁头结构
第五节 磁栅测量装置
图5-24 双磁头结构
第五节 磁栅测量装置
三、磁栅测量装置的工作方式 磁栅测量是模拟测量，必须和检测电路配合才能实施检测。根据检 测方法的不同，磁栅测量可分为鉴相式测量和鉴幅式测量两种工作 方式，其中以鉴相式测量方式应用较多。 1.鉴相式测量检测电路
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。
数控机床对检测装置的主要要求和分类
数控机床对检测装置的主要要求和分类
位置检测装置的组成：位置检测装置由检测元件（传感器）和信号处理装置组成。
位置检测装置的作用：实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置掌握单元所要求的信号形式。
是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。
闭环和半闭环数控机床的加工精度在很大程度上由位置检测装置的精度打算，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，必需细心选择位置检测装置。
位置检测装置的精度：系统精度和辨别率。
1、数控机床对检测装置的主要要求
（1）受温、湿度影响小，工作牢靠，抗干扰力量强；
（2）在机床移动范围内满意精度和速度要求；
（3）使用维护便利，适合机床运行环境；
（4）成本低；
（5）易于实现高速的动态测量。
2、位置检测装置分类
数控系统中的检测装置分为位移、速度和电流三种类型。
（1）安装的位置及耦合方式——直接测量和间接测量；
（2）测量方法——增量型和肯定型；
（3）检测信号的类型——模拟式和数字式；
（4）运动型式——回转型和直线型；
（5）信号转换的原理——光电效应、光栅效应、电磁感应原理、压电效应、压阻效应和磁阻效应等。
一.数控车床基础知识(培训用)
逐点比较法图示 逐点比较法图示
二、数控车床的分类
哈 尔 滨 工 程 大 学 工 程 训 练 中 心
数控卧式车床的基本结构 1、按主轴位置 ●刀架 ●床身 ●主轴箱 ●高精度导轨 ●滚珠丝杠 ●床座 ●尾座
哈 尔 滨 工 程 大 学 工 程 训 练 中 心
数控立式车床的基本结构 ●刀塔 ●轴向导轨 ●主轴 ●床身
输出设备
图 数控系统框图
哈 1. 程序 尔 滨 工 程 大 学 工 程 训 练 中 心
它是零件加工程序。根据零件图纸，用手工 编程或自动编程的方法编制出数控加工程序并 存储在一种信息载体上。 2. 输入输出设备 CNC系统对数控设备进行自动控制所需的各 种外部控制信息及加工数据,都是通过输入设备 存入CNC装置的存储器中。输入CNC装置的有 零件加工程序、控制参数、补偿数据等。 输出设备主要的功能为显示、打印、输出加 工程序、控制参数、补偿参数等。
哈 尔 滨 工 程 大 学 工 程 训 练 中 心
三、数控车床的加工特点
加工生产效率高 减轻劳动强度、改善劳动条件 对零件加工的适应性强、灵活性好，适合加工 单件或小批量复杂复杂工件 加工精度高、质量稳定 有利于生产管理的现代化 易于建立计算机通信网络
哈 尔 滨 工 程 大 学 工 程 训 练 中 心
数 控 车 床 工 作 原 理
心
哈 尔 滨 工 程 大 学 工 程 训 练 中 心
插补运算
在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法 进行数据点的密化工作，以确定一些中间点的方法称为“插补”。 计算插补点的运算称为插补运算。 插补运算的任务就是把这种实时计算出的各个轴的位移指令输入 伺服系统，实现成形运动。 1. 脉冲增量插补法 在计算过程中不断向各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲，驱动坐 标轴电机运动。 常用的有：逐点比较法与数字积分法，用于以步进电动机为驱动装 置的开环数控系统。 2. 数据采样插补法 采用小段直线逼近给定轨迹，插补输出的是下一个插补周期内各轴 要运动的距离，故可达到很高的速度，其中计算机通常包含在伺服 控制环内。
第三节 数控机床的位置检测装置
直线型
长光栅、激光干涉仪 长光栅、
编码尺
绝对值式磁尺
20:40:43
一、旋转变压器 旋转变压器是一种角度测量装置，它是一种小型交流电动机。 旋转变压器是一种角度测量装置，它是一种小型交流电动机。 1.旋转变压器的结构及其特点 1.旋转变压器的结构及其特点 结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大，抗干扰 结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，维护方便，输出信号幅度大， 工作可靠，广泛应用于数控机床上。 强，工作可靠，广泛应用于数控机床上。 旋转变压器在结构上和两相线饶式异步电动机相似，由定子和转子组成。定子 旋转变压器在结构上和两相线饶式异步电动机相似， 定子和转子组成。 组成 绕组为变压器的一次绕组，转子绕组为变压器的二次绕组。 绕组为变压器的一次绕组，转子绕组为变压器的二次绕组。 接线方式： 接线方式： 定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。 定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出。 转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式， 转子绕组有两种不同的引出方式。根据转子绕组两种不同的引出方式，旋转变 压器分有有刷式和无刷式两种结构。 压器分有有刷式和无刷式两种结构。
20:40:43
若 θ机
与转子绕组平行， 当 与转子绕组平行，即没有磁力线穿 θ 过转子绕组，因此感应电压为0， 垂直于转子绕组平面时， 过转子绕组，因此感应电压为 ，当磁通φ 垂直于转子绕组平面时，即（ 机 - θ电 = ±90 ） 转子绕组中感应电压最大。在实际应用中，根据转子误差电压的大小， 时，转子绕组中感应电压最大。在实际应用中，根据转子误差电压的大小，不断修正定 即励磁幅值）， ），使其跟踪 变化。 子励磁信号 θ电 （即励磁幅值），使其跟踪 θ 机 变化。 由上式可知，感应电压 E2 是以ω 为角频率的交变信号，其幅值为U msin（θ 机 − θ电） 为角频率的交变信号， 由上式可知， 已知， 的幅值， 的值， 若电气角 θ电 已知，那么只要测出 E2 的幅值，便可以间接地求出 θ 机 的值，即可以测 出被测角位移的大小。当感应电压的幅值为0时 出被测角位移的大小。当感应电压的幅值为 时，说明电气角的大小就是被测角位移 θ 的大小。旋转变压器在鉴幅工作方式时， 让感应电压的幅值为0， 电 的大小。旋转变压器在鉴幅工作方式时，不断调整 ，让感应电压的幅值为 ，用 θ电 θ电 θ机 的测量， 可通过具体电子线路测得。 代替对 的测量， 可通过具体电子线路测得。