内工大 数控和技术 第四章 数控机床的检测装置

第四章 数控机床的检测装置

第一节 概述

数控装置

伺服系统

传动装置

机

床

检测装置

一 开环系统、半闭环系统、闭环系统1 开环系统

步距角：对应每一个指令脉冲，步进电机转过的角度。 脉冲当量：对应每一个指令脉冲工作台移动的距离。那么， 工作台相对刀具移动距离 = 脉冲当量 * 指令脉冲数 具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等 优点，没有位置测量装置，开环系统的加工精度不高。

一 开环系统、半闭环系统、闭环系统2 半闭环系统

半闭环系统的检测装置安装到驱动装置(常用伺服电机)或丝杠的尾部。 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控 伺服电机到工作台之间传动装置这块的误差没有得到补偿，因此半闭环 它的优点是结构简单，造价低，安装、调试与维修都很方便，精度也较

制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。

系统的精度不如闭环系统的高。

一 开环系统、半闭环系统、闭环系统3 闭环系统

闭环系统的检测装置安装到带动刀具或工件移动的部件上，如支撑导轨和移动导轨上， 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故易造成

它直接检测的是刀具相对于工件移动的距离，因此它的加工精度较高。

系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都有一定困难。且测量元件一般安装 到工作台上，测量元件应与导轨等长，这造成测量元件造价较高，使用维护较困难。

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

从精度上讲 某些数控机床的定位精度已达到±0.0015mm/300m 一般数控机床精度要求在± 0.002~0.01mm/m之间 测量系统的分辨率在0.001~0.0001mm之间

从速度上讲 进给速度已从10~30m/min提高到60~120m/min

主轴转速也达到10000r/min,有些高达100000r/min

因此要求检测装置必须满足数控机床高精度和高速度的要求。

二 数控机床对检测装置的要求(2)工作可靠 有较强的抗干扰能力，外界温湿度的变化对测量结果的影响要小。

(3)便于安装和维护 测量装置有一定的安装精度要求，安装精度要合理。考虑到检测装置的使用环境，整个检测装 置要求有较好的防尘、防油雾、防切屑等措施。

三 检测装置的常用类型表4-1 常用测量装置类型 分 类 光电式 增量式 绝对式编码盘

电磁式 增量式旋转变压器 圆盘感应同步器

绝对式多极旋转变压器 三速圆感应同步器

回 光电编码器 转 圆光栅 式 直 线 式计量光栅

编码尺 多通道透射光栅

直线感应同步

器

三速感应同步器

三 检测装置的常用类型(1)增量式

原理：被测物体每移动一个测量单位，测量装置发出一个脉冲信号， 对脉冲计数并处理就可得到一个位移的增量值。任何一个对中点都 可作为测量的起点。

优点：检测装置结构简单，能做到较高精度缺点：

由于测量装置输出的是脉冲，只能反应有没有移动，不能表示移

动方向，因此必须有方向判别电路判别移动方向

一旦计数有误，此后结果全错 若发生故障(如断电、断刀等),事故排除后再也找不到正确位置

三 检测装置的常用类型(2)绝对式

原理：对于被测量的任意一点位置均由固定的零点标起，每 一个被测点都有一个相应的测量值 优点：测量装置的输出能够代表移动件当前的实际位置(坐标 值),移动的方向靠当前值和历史记忆取得，后续处理方便 缺点：结构复杂、制作精度没有增量式的高

第二节 增量式光电编码器和绝对式编码盘

一 增量式编码器1 2 3 4 5

7

6

一 增量式光电编码器1 工作原理

增量式光电编码器工作原理图

一 增量式光电编码器

图6-3 光电输出波形和信号处理线路的方块图

一 增量式光电编码器2 位置和转速测量(1)位置测量

增量式编码器转角 测量电路原理图