最新Numerical Control Technology

1、数控技术numerical control technology哈尔滨理工大学机械电子工程系董玉红 教授哈尔滨理工大学数控技术精品课程2课程章节安排绪论 第1章 计算机数控（cnc）装置第2 数控检测装置 第3章 数控伺服系统第4章 数控机床的机械结构第5章 数控加工编程第6章 数控技术的发展趋势哈尔滨理工大学数控技术精品课程3第2章 数控检测装置nc measuring devices2.1 概述2.2 旋转变压器2.3 感应同步器2.4 光栅2.5 磁栅2.6 光电脉冲编码器哈尔滨理工大学数控技术精品课程42.1 概述( introduction )2.1.1 对位置检测装置的要求数控机床

2、对位置检测装置的要求u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；u在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求； u使用维护方便，适应机床工作环境； u成本低。 哈尔滨理工大学数控技术精品课程52.1.2 检测装置的分类 哈尔滨理工大学数控技术精品课程62.1.2 检测装置的分类u直接测量和间接测量 直线型传感器测量直线位移，回转型传感器测量角位移，则该测量方式为直接测量。若回转型传感器测量的角位移只是中间量，由它再推算出与之对应的工作台直线位移，那么该测量方式为间接测量，其测量精度取决于测量装置和机床传动链两者的精度。 哈尔滨理工大学数控技术精品课程72.1.2 检测

3、装置的分类u增量式测量和绝对式测量 增量式测量的特点是只测量位移增量，即工作台每移动一个测量单位，测量装置便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。绝对式测量的特点是被测的任一点的位置都由一个固定的零点算起，每一测量点都有一对应的测量值。 哈尔滨理工大学数控技术精品课程82.1.2 检测装置的分类u数字式测量和模拟式测量 数字式测量以量化后的数字形式表示被测的量。数字式测量的特点是测量装置简单，信号抗干扰能力强，且便于显示处理。模拟式测量是将被测的量用连续的变量表示。如用电压变化、相位变化来表示。 哈尔滨理工大学数控技术精品课程92.2 旋转变压器( resolver )2.2.1 2.2.1

4、 旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器是一种旋转式的小型交流电机，它由定子和转子组成。如图2.1所示是一种无刷旋转变压器的结构，左边为分解器，右边为变压器。 哈尔滨理工大学数控技术精品课程102.2.1 旋转变压器的结构和工作原理 图2.1 旋转变压器的结构图 1电机轴 2外壳 3分解器定子 4变压器定子绕组 5变压器转子绕组 6变压器转子 7变压器定子 8分解器转子 9分解器定子绕组 10分解器转子绕组 哈尔滨理工大学数控技术精品课程112.2.1 2.2.1 旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器的结构和工作原理 旋转变压器是根据互感原理工作的。它的结构设计与制造旋

5、转变压器是根据互感原理工作的。它的结构设计与制造保证了定子与转子之间的空气隙内的磁通分布呈正（余）保证了定子与转子之间的空气隙内的磁通分布呈正（余）弦规律，当定子绕组上加交流激磁电压（为交变电压，频弦规律，当定子绕组上加交流激磁电压（为交变电压，频率为率为2 24khz4khz）时，通过互感在转子绕组中产生感应电动）时，通过互感在转子绕组中产生感应电动势，如图势，如图2.22.2所示。所示。 图图2.2 2.2 两级旋转变压器的工作原理两级旋转变压器的工作原理 哈尔滨理工大学数控技术精品课程122.2.1 2.2.1 旋转变压器的结构和工作原理旋转变压器的结构和工作原理 其输出电压的大小取决于

6、定子与转子两个绕组轴其输出电压的大小取决于定子与转子两个绕组轴线在空间的相对位置线在空间的相对位置角。两者平行时互感最大，角。两者平行时互感最大，副边的感应电动势也最大；两者垂直时互感为零，副边的感应电动势也最大；两者垂直时互感为零，感应电动势也为零。感应电势随着转子偏转的角感应电动势也为零。感应电势随着转子偏转的角度呈正（余）弦变化，故有度呈正（余）弦变化，故有 (2.1)式中，u2转子绕组感应电势； u1定子的激磁电压； um定子激磁电压的幅值； 两绕组轴线之间的夹角； k变压比，即两个绕组匝数比n1n2。 cossincos12tkukuum哈尔滨理工大学数控技术精品课程132.2.2

7、2.2.2 旋转变压器的应用旋转变压器的应用u鉴相型应用鉴相型应用 旋转变压器的定子两相正交绕组即正弦绕组s和余弦绕组c中分别加上幅值相等、频率相同而相位相差90的正弦交流电压，如图2.3所示，即 tuumssintuumccoscossin2csuuu)cos(coscossinsin2tkutkutkuummm哈尔滨理工大学数控技术精品课程142.2.2 2.2.2 旋转变压器的应用旋转变压器的应用u鉴幅型应用鉴幅型应用 定子两相绕组的激磁电压为频率相同、相位相同而幅值分别按正弦、余弦规律变化的交变电压，即 在实际应用中，根据转子误差电压的大小，不断修改定子激磁信号的(即激磁幅值)，使其跟

8、踪m的变化。当感应电动势u2的幅值kumsin(-m)为零时，说明角的大小就是被测角位移m的大小。 tuumssinsintuumcsincostkuummsin)sin(2哈尔滨理工大学数控技术精品课程152.3 2.3 感应同步器感应同步器（inductosyninductosyn）2.3.1 2.3.1 感应同步器的结构和工作原理感应同步器的结构和工作原理 直线式感应同步器用于直线位移的测量，其结构相当于一个展开的多极旋转变压器。它的主要部件包括定尺和滑尺，定尺安装在机床床身上，滑尺则安装于移动部件上，随工作台一起移动。两者平行放置，保持0.20.3mm的间隙。如图2.4所示。 哈尔滨理

9、工大学数控技术精品课程16 标准的感应同步器定尺长250mm，尺上是单向、均匀、连续的感应绕组；滑尺长100mm，尺上有两组励磁绕组，一组叫正弦励磁绕组，一组叫余弦励磁绕组，定尺和滑尺绕组的节距相同。当正弦励磁绕组与定尺绕组对齐时，余弦励磁绕组与定尺绕组相差l4节距。 哈尔滨理工大学数控技术精品课程172.3.1 2.3.1 感应同步器的结构和工作原理感应同步器的结构和工作原理 感应同步器的工作原理与旋转变压器的工作原理相似。当励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器和旋转变压器就是利用这个特点进行测量的。 哈尔滨理工大学数控技

10、术精品课程182.3.1 2.3.1 感应同步器的结构和工作原理感应同步器的结构和工作原理 哈尔滨理工大学数控技术精品课程192.3.22.3.2感应同步器的应用感应同步器的应用u鉴相方式鉴相方式 将滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以幅值相同、将滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以幅值相同、频率相同、相位相差频率相同、相位相差9090的交流电压的交流电压 在一个节距内，与滑尺移动距离是一一对应的，通过测量定尺感应电势相位，便可测出定尺相对滑尺的位移。 tuumssintuumccos)sin(sincoscossintkutkutkuummmo哈尔滨理工大学数控技术精品课程202.3.22.3.2感

11、应同步器的应用感应同步器的应用u鉴幅方式 将滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、相位相同，但幅值不同的交流电压 若电气角1已知，则只要测出uo的幅值kumsin(1-2)，便可间接地求出2。 tuumssinsin1tuumcsincos1)sin(sinsinsincoscossinsin212121tkutkutkuummmo)sin(sinsinsincoscossinsin212121tkutkutkuummmo哈尔滨理工大学数控技术精品课程212.4 2.4 光栅光栅（optical grating )optical grating )2.4.1 2.4.1 光栅的结构和工作原

12、理光栅的结构和工作原理 光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，它主要由光栅尺(包括标尺光栅和指示光栅)和光栅读数头两部分组成，如图2.6所示。哈尔滨理工大学数控技术精品课程222.4.1 2.4.1 光栅的结构和工作原理光栅的结构和工作原理 白炽灯泡发出的辐射光线，经过透镜后变成平行光束，照射在光栅尺上。光敏元件是种将光强信号转换为电信号的光电转换元件，它接收透过光栅尺的光强信号，并将其转换成与之成比例的电压信号。 哈尔滨理工大学数控技术精品课程232.4.1 2.4.1 光栅的结构和工作原理光栅的结构和工作原理 哈尔滨理工大学数控技术精品课程242.4.2 2.4.2 光栅位移光栅

13、位移- -数字变换电路数字变换电路 光栅移动时产生的莫尔条纹由光电元件接受，然后经过位移数字变换电路形成顺时针方向的正向脉冲或者形成反时针方向的反向脉冲，通过可逆计数器接受。哈尔滨理工大学数控技术精品课程252.4.2 2.4.2 光栅位移光栅位移- -数字变换电路数字变换电路 哈尔滨理工大学数控技术精品课程26哈尔滨理工大学数控技术精品课程272.5 2.5 磁栅磁栅（magnetic gratingmagnetic grating）2.5.1 2.5.1 磁栅的结构和工作原理磁栅的结构和工作原理 如图2.10所示为磁栅结构框图，它由磁性标尺，拾磁磁头和检测电路组成。 哈尔滨理工大学数控技术

14、精品课程282.5.1 2.5.1 磁栅的结构和工作原理磁栅的结构和工作原理 励磁电流在一个周期内两次过零、两次出现峰值。对应的磁开关通断各两次。磁路由通到断的时间内，输出线圈中交链磁通量00；磁路由断到通的时间内，输出线圈中交链磁通量由00。0是由磁性标尺中磁信号决定，由此可见输出线圈中输出的是一个调幅信号式中，usc输出线圈中输出感应电势；um输出感应电势的峰值；p磁性标尺的节距；d磁头对磁性标尺的位移量；输出线圈感应电势的频率。 tpduumscsin)2cos(哈尔滨理工大学数控技术精品课程292.5.1 2.5.1 磁栅的结构和工作原理磁栅的结构和工作原理 为了辨别磁头移动方向，通常

15、采用间距为(n十14)p的两组磁头(n1，2，3正整数)，并使两组磁头的励磁电流相位相差45，这样两组磁头输出电势信号相位相差90。第一组磁头输出信号如果是 则第二组磁头输出的信号必是 tpduumscsin)2cos(1tpduumscsin)2sin(2哈尔滨理工大学数控技术精品课程302.5.2 2.5.2 磁栅的应用磁栅的应用 相位检测时，在二组磁头a、b的励磁绕组中通以同频率、同相位、同幅值的励磁电流 取磁尺上某n极点为起点，若a磁头离开该n极点的距离为d，则a、b磁头上拾磁绕组输出的感应电势分别为 tiiiba2sin0pdtuumsc2sin)sin(1pdtuumsc2cos)

16、sin(2哈尔滨理工大学数控技术精品课程312.5.2 2.5.2 磁栅的应用磁栅的应用 把磁头a输出的感应电势usc1中的信号umsint移相/2，得到usc1=(umcost)sin(2d/p)，如果在求和电路中，即将usc1和usc2相加，得到总的输出 从上式可以看出这和旋转变压器、感应同步器的鉴相方式应用一样，调制相位就可以得到位移d的大小。 )2sin(2cossin2sincos21pdtupdtupdtuuuummmscscsc哈尔滨理工大学数控技术精品课程322.6 2.6 光电脉冲编码器光电脉冲编码器（photoelectricity pulse encoderphotoel

17、ectricity pulse encoder）2.6.1 2.6.1 光电脉冲编码器的结构和工作原理光电脉冲编码器的结构和工作原理 光电脉冲编码器的结构如图2.11所示。在一个圆盘的圆周上刻有相等间距线纹，分为透明和不透明的部分，称为圆光栅。圆光栅与工作轴一起旋转。与圆光栅相对平行地放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅，上面刻有相差14节距的两个狭缝(在同一圆周上，称为辨向狭缝)。此外还有一个零位狭缝(一转发出一个脉冲)。脉冲编码器通过十字连接头或键与伺服电机相连，它的法兰盘固定在电机端面上，罩上防护罩，构成一个完整的检测装置。 哈尔滨理工大学数控技术精品课程332.6.1 2.6.1 光电脉冲编码器的结构和工作原理光电脉冲编码器的结构和工作原理哈尔滨理工大学数控技术精品课程342.6.2 2.6.2 光电脉冲编码器的应用光电脉冲编码器的应用 正走时，a脉冲超前b脉冲，d门在a信号控制下，将b脉冲上升沿微分作为计数脉冲反向输出，为负脉冲。该脉冲经与非门3变为正向计数脉冲输出。d门输出的负脉冲同时又将触发器置为“0”状态，q端输出“0”，作为正走方向控制信号。 反走时，b脉冲超前a脉冲。这时，由c门输出反走时的负计数脉冲，该负脉冲也由3门反问输