数控设备与编程3全解讲课稿.ppt

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1、数控设备与编程3全解【学习目标】1．掌握码盘、光栅检测装置。2．了解其他的检测装置。3.1旋转变压器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。数控机床对位置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。旋转变压器3.1旋转变压器结构与工作原理旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中定子

2、绕组作为变压器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，通过电磁耦合得到感应电压，只是其输出电压大小与转子位置有关。旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测量工作台的位移。旋转变压器分为单极和多极形式，先分析一下单极工作情况。如图所示，单极型旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，假设加到定子绕组的励磁电压为，则转子通过电磁耦合，产生感应电压。当转子转到使它的磁轴和定子绕组磁轴垂直时转子绕组感应电压；当转子绕组的磁轴自垂直位置转过一定角度时，转子绕组中产生的感应电压为式中K—变压比（即绕组匝数比）；Vm—励

3、磁信号的幅值；ω—励磁信号角频率；—旋转变压器转角。当转子转过900，两磁轴平行，此时转子绕组中感应电压最大，即3.1旋转变压器旋转变压器工作原理3.1旋转变压器实际使用时通常采用多极形式，如正余弦旋转变压器，其定子和转子均由两个匝数相等，轴线相互垂直的绕组构成，如图所示。一个转子绕组接高阻抗作为补偿，另一个转子绕组作为输出，应用叠加原理，其磁通为转子输出电压则为Um3.1旋转变压器波形图3.2感应同步器旋转变压器的应用电气参数输入电压输入电流励磁频率变比系数电气误差3.5V1.17mA3kHz0.610'机械参数最高转

4、速转子惯量摩擦力矩8000r/min4x10-7kg.m26x10-2N.cm外形参数外 径轴 径轴 伸长 度重量26.97mm3.05mm12.7mm±0.5mm60mm165g3.2感应同步器感应同步器的结构与工作原理直线式感应同步器的结构如图所示。感应同步器由定子和滑尺两部分组成。定尺和滑尺通常以优质碳素钢作为基体，一般选用导磁材料，其膨胀系数尽量与所安装的主基体相近。定尺与滑尺平行安装，且保持一定间隙。直线式感应同步器的结构原理3.2感应同步器感应同步器的应用感应同步器的应用很广泛，它与数字位移显示装置配合，能进行

5、各种位移的精密测量，并能实现数字显示，也能实现整个测量系统的半自动化及全自动化。这里我们仅介绍上海机床电器厂生产的SF2-Ⅱ鉴幅型数显表的工作原理，原理框图如图所示。其工作原理为：当感应同步器的定尺、滑尺开始处于平衡位置，即θM=0时，定尺上的感应电动势为零，则系统处于平衡状态。感应同步器数显表示意图3.2感应同步器感应同步器的特点1．精度高2．测量长度不受限制3．对环境的适应性高，抗干扰性强4．维护简单，寿命长5．工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产同步器的特点3.3光栅光栅的种类光栅按其原理和用途不同，可分为物理光栅

6、和计量光栅。物理光栅是利用光的衍射现象制造的，主要用于光谱分析和光波长度的测量。计量光栅主要利用莫尔现象，测量长度、角度、速度、加速度和振动等物理量。用于测量长度的透射长光栅3.3光栅测量角度的透射圆光栅透射圆光栅示意图3.3光栅光栅传感器的工作原理光栅传感器由照明系统、光栅副和光电接收元件所组成，如图所示。图中光源1和透镜2构成了照明系统；主光栅3（又叫标尺光栅）和指示光栅4构成光栅副；5为光电接收元件；其中，光栅副是光栅传感器中的主要元件。光栅传感器常用的光栅副主要有长光栅副和圆盘光栅副。—光源—透镜—光电元件透射光栅

7、传感器光路3.3光栅莫尔条纹形成原理示意图3.4磁栅磁栅的结构和种类（a）尺形长磁栅（b）同轴形长磁栅3.4磁栅磁栅的结构和种类（c）带形长磁栅（d）圆磁栅—屏蔽罩磁头磁栅3.4磁栅具体使用时对磁栅还有如下的要求：（1）磁栅的基尺（磁尺）要求不导磁，线膨胀系数应与仪器或机床的相应部分近似。又因为在基尺上要镀一层磁性薄膜，所以，要求基尺有良好的加工和电镀性能。当采用一般钢材做基尺材料时，必须用镀铜的方法解决绝磁的问题，铜镀层厚度约0.15～0.20mm。（2）为了使磁尺上录的磁信号能长时期保存，并希望产生较大的输出信号，要求

8、磁性薄膜剩磁感应要大，矫顽力要高，电镀要均匀，目前常用NiCo-P合金。（3）对磁尺表面要求长磁栅平直度为（0.005～0.01）mm/m，圆磁栅的不圆度为0.005～0.01mm，表面粗糙度要小。另外，还要求所录磁信号幅度均匀，幅度变化小于10%，节距均匀，满足一定精度要求。3.5编码器a)b)5-1