数控系统抗干扰措施与故障分析学习教案

1、会计学1数控系统抗干扰措施与故障数控系统抗干扰措施与故障(gzhng)分分析析第一页，共53页。2022-4-192第1页/共53页第二页，共53页。2022-4-193拉线式角编码器拉线式角编码器利用线轮，能将利用线轮，能将直线运动转换成直线运动转换成旋转旋转(xunzhun)运运动。动。第2页/共53页第三页，共53页。2022-4-194第3页/共53页第四页，共53页。2022年4月19日2时08分第4页/共53页第五页，共53页。2022年4月19日2时08分第5页/共53页第六页，共53页。2022年4月19日2时08分一一.位置检测故障形式位置检测故障形式大多数情况下，当位置控制

2、出现大多数情况下，当位置控制出现(chxin)故障时，往往在故障时，往往在CRT上显示报上显示报警号及报警信息。警号及报警信息。轮廓误差监视报警轮廓误差监视报警:正在运动的轴实际位置误差超过机床参正在运动的轴实际位置误差超过机床参数所设定的允差值；数所设定的允差值；静态误差监视静态误差监视 报警报警:机床坐标轴定位时的实际位置与给定位机床坐标轴定位时的实际位置与给定位置之差超过机床参数设定的允差值；置之差超过机床参数设定的允差值；测量装置监控报警测量装置监控报警:位置测量硬件有故障。位置测量硬件有故障。 第6页/共53页第七页，共53页。2022年4月19日2时08分二二.位置检测元件的维护位

3、置检测元件的维护(wih)1.光栅光栅 光栅有两种形式：一是透射光栅，光栅有两种形式：一是透射光栅，即在一条透明玻璃片上刻有一系列等间隔即在一条透明玻璃片上刻有一系列等间隔密集线纹；二是反射光栅，即在长条形金密集线纹；二是反射光栅，即在长条形金属镜面上制成全反射或漫反射间隔相等的属镜面上制成全反射或漫反射间隔相等的密集线纹。光栅输出信号有：两个相位信密集线纹。光栅输出信号有：两个相位信号输出，用于辨向；一个零标志信号，用号输出，用于辨向；一个零标志信号，用于机床回参考点的控制。于机床回参考点的控制。对光栅尺的维护对光栅尺的维护(wih)要注意以要注意以下几点：下几点： 第7页/共53页第八页，

4、共53页。2022年4月19日2时08分第8页/共53页第九页，共53页。2022年4月19日2时08分二二.位置检测元件的维护位置检测元件的维护2.光电脉冲编码器光电脉冲编码器光电脉冲编码器是在一个圆盘的边光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝隙，在其两边分别缘上开有间距相等的缝隙，在其两边分别装有光源和光敏元件。当圆盘转动时，光装有光源和光敏元件。当圆盘转动时，光线的明暗变化，经光敏元件变成电信号的线的明暗变化，经光敏元件变成电信号的强弱，从而得到强弱，从而得到(d do)脉冲信号。编码脉冲信号。编码器的输出信号有：两个相位信号输出，用器的输出信号有：两个相位信号输出，用于辨向

5、；一个零标志信号（又称一转信号）于辨向；一个零标志信号（又称一转信号）用于机床返回参考点的控制。另外，还有用于机床返回参考点的控制。另外，还有+5V电源和接地端。电源和接地端。编码器的维护主要注意两个问题。编码器的维护主要注意两个问题。 第9页/共53页第十页，共53页。2022年4月19日2时08分第10页/共53页第十一页，共53页。2022年4月19日2时08分第11页/共53页第十二页，共53页。安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，且定尺固定螺栓不得超过尺面，调整间隙在0.090.15mm为宜。不要损坏定尺表面耐切削液涂层和滑尺表面一层带绝缘层的铝箔，否则，会腐蚀厚度较小的电解铜箔。接

6、线时要分清(fn qng)滑尺的正弦绕组和余弦绕组，其阻值基本相同，这两个绕组必须分别接入励磁电压。2022年4月19日2时08分第12页/共53页第十三页，共53页。阻值却不同，一般定子电阻阻值稍大，有时补偿绕组自行短接或接入一个阻抗。由于结构上与绕线转子异步电动机相似，因此，碳刷磨损(m sn)到一定程度后要更换。2022年4月19日2时08分第13页/共53页第十四页，共53页。不能用力拆装和撞击磁性标尺和磁头，否则会使磁性减弱或使磁场紊乱。接线时要分清磁头上激磁绕组和输出绕组，前者绕在磁路(c l)截面尺寸较小的横臂上，后者绕在磁路(c l)截面尺寸较大的竖杆上。2022年4月19日2

7、时08分第14页/共53页第十五页，共53页。2022年4月19日2时08分三三.位置检测装置的故障诊断位置检测装置的故障诊断1.输出信号输出信号 增量式旋转测量装置或直线测量装置的输增量式旋转测量装置或直线测量装置的输出信号有两种形式：一是电压或电流正弦出信号有两种形式：一是电压或电流正弦信号，其中信号，其中EXE为脉冲整形插值器；二是为脉冲整形插值器；二是TTL电平信号。机床在运动过程中，从扫电平信号。机床在运动过程中，从扫描描(somio)单元输出三组信号：两组增单元输出三组信号：两组增量信号由四个光电池产生，把两个相差量信号由四个光电池产生，把两个相差180度的光电池接在一起，它们的推

8、挽就形成度的光电池接在一起，它们的推挽就形成了相位差了相位差90度、幅值为度、幅值为11A左右的左右的Ie1和和Ie1两组近似正弦波，一组基准信号也由两两组近似正弦波，一组基准信号也由两个相差个相差180度的光电池接成推挽形式，输出度的光电池接成推挽形式，输出为一尖峰信号为一尖峰信号Ie0，其有效分量约为，其有效分量约为5.5uA，此信号只有经过基准标志时才产生。所，此信号只有经过基准标志时才产生。所谓基准标志，是在光栅尺身外壳上装有一谓基准标志，是在光栅尺身外壳上装有一块磁铁，在扫描块磁铁，在扫描(somio)单元上装有一单元上装有一只干簧管，在接近磁铁时，干簧管接通，只干簧管，在接近磁铁时

9、，干簧管接通，基准信号才能输出。基准信号才能输出。 第15页/共53页第十六页，共53页。2022年4月19日2时08分2.EXE信号处理信号处理 脉冲增量信号脉冲增量信号Ie1、Iel和和Ie0进行放大、整形、倍频和报警处理，进行放大、整形、倍频和报警处理，输出至输出至CNC进行位置控制。进行位置控制。EXE由基本电路和细分电路组成。由基本电路和细分电路组成。整形插值器（整形插值器（EXE）的作用是将光栅尺或编码器输出的）的作用是将光栅尺或编码器输出的通道放大器。当光栅检测产生正弦通道放大器。当光栅检测产生正弦(zhngxin)波电流信号波电流信号Ie1、Ie1和和Ie0后，经通道放大器，输

10、出一定幅值的正弦后，经通道放大器，输出一定幅值的正弦(zhngxin)电流电压。电流电压。整形电路。在对整形电路。在对Ie1、Ie1和和Ie0放大的基础上，经整形电路转放大的基础上，经整形电路转换成与之相对应的三路方波信号换成与之相对应的三路方波信号Ua1、Ua2及及Ua0，其，其TTL高高电平大于或等于电平大于或等于2.5V，低电平小于或等于，低电平小于或等于0.5V。报警电路。当光栅由于输入电缆断裂、光栅污染或灯泡损坏等原报警电路。当光栅由于输入电缆断裂、光栅污染或灯泡损坏等原因，造成通道放大器输出信号为零，这时报警信号经驱动电路因，造成通道放大器输出信号为零，这时报警信号经驱动电路驱动后

11、，由连接器驱动后，由连接器J2输出至输出至CNC系统。系统。 细分电路细分电路 第16页/共53页第十七页，共53页。2022年4月19日2时08分三三.位置检测装置的故障诊断位置检测装置的故障诊断3.故障诊断故障诊断 当出现位置环开环报警时，将当出现位置环开环报警时，将J2连接连接器脱开，在器脱开，在CNC系统的一侧，把系统的一侧，把J2连连接器上的接器上的+5V线同报警线线同报警线ALM连在一连在一起，合上数控系统电源，根据起，合上数控系统电源，根据(gnj)报警是否再现，便可迅速判断出故障报警是否再现，便可迅速判断出故障的部位是在测量装置还是在的部位是在测量装置还是在CNC系统系统的接口

12、板上。若问题出现在测量装置的接口板上。若问题出现在测量装置，则可测，则可测J1连接器上有无信号输入，连接器上有无信号输入，这样便可将故障定位在光栅尺或这样便可将故障定位在光栅尺或EXE脉冲整形电路上。脉冲整形电路上。 第17页/共53页第十八页，共53页。2022年4月19日2时08分第18页/共53页第十九页，共53页。因实际需求必须自行加长时，须使用(shyng)铜箔包覆的线材，以有效降低干扰现象发生。2022年4月19日2时08分第19页/共53页第二十页，共53页。2022年4月19日2时08分第20页/共53页第二十一页，共53页。(bo j ng)25060报警(bo jng)号：

13、25070报警(bo jng)号：250802022年4月19日2时08分第21页/共53页第二十二页，共53页。机床运动报警代码：42故障原因：只用电池供电时，编码器超过规定转速应对措施：检查编码器电压，或者(huzh)检查接线报警代码：44故障原因：编码器检测到单圈计算器错误应对措施：可能电机故障，建议更换电机2022年4月19日2时08分第22页/共53页第二十三页，共53页。(ji tn)瞬间运动报警代码：48故障原因：没有检测到Z相脉冲信号，编码器可能故障应对措施：可能电机故障，建议更换电机报警代码：49故障原因：编码器CS信号逻辑异常，编码器可能故障应对措施：可能电机故障，建议更换

14、电机2022年4月19日2时08分第23页/共53页第二十四页，共53页。第24页/共53页第二十五页，共53页。第25页/共53页第二十六页，共53页。第26页/共53页第二十七页，共53页。第27页/共53页第二十八页，共53页。2022年4月19日2时08分第28页/共53页第二十九页，共53页。第29页/共53页第三十页，共53页。(gungshn)一层雾状物第30页/共53页第三十一页，共53页。2022年4月19日2时08分第31页/共53页第三十二页，共53页。2022-4-1933 绝对式码盘与增量绝对式码盘与增量(zn lin)式码盘有何式码盘有何区别？区别？10码道光电绝对

15、码道光电绝对(judu)式式码盘码盘 绝对式编码器按照角绝对式编码器按照角度直接进行编码，可直度直接进行编码，可直接把被测转角用数字代接把被测转角用数字代码表示出来。根据内部码表示出来。根据内部结构和检测方式有接触结构和检测方式有接触式、光电式等形式。式、光电式等形式。 透光区透光区不透光区不透光区零位标志零位标志第32页/共53页第三十三页，共53页。2022-4-19344 4位二进制码盘位二进制码盘 +5V +5V输入输入(shr) (shr) 公共码道公共码道 最小分辨最小分辨(fnbin)角度为角度为 =360/2n 第33页/共53页第三十四页，共53页。2022-4-1935高位

16、高位(o wi)低位低位第34页/共53页第三十五页，共53页。2022-4-1936第35页/共53页第三十六页，共53页。2022-4-1937第36页/共53页第三十七页，共53页。2022-4-1938转轴转轴(zhunzhu)(zhunzhu)盘码及狭缝盘码及狭缝(xi fn)(xi fn)光敏元件光敏元件光栏板及辨向用的光栏板及辨向用的A、B狭缝狭缝LEDABC零位标志零位标志ABC第37页/共53页第三十八页，共53页。2022-4-1939第38页/共53页第三十九页，共53页。2022-4-1940 光电编码器的光栏板上有A组与B组两组狭缝，彼此错开1/4节距，两组狭缝相对应

17、的光敏元件(yunjin)所产生的信号A、 B彼此相差90相位，用于辩向。当编码正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。(请画出反转时信号B的波形） 在上一页图的码盘里圈，还有一根狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为(zuwi)测量的起始基准。第39页/共53页第四十页，共53页。2022-4-1941 角编码器除了能直接角编码器除了能直接(zhji)(zhji)测量角位移或间接测量直线位移外，可用于数字测速、工位编码、伺服电机控制等。测量角位移或间接测量直线位移外，可用于数字测速、工位编码、伺服电机控制等。 第40页/共53页第四

18、十一页，共53页。2022-4-1942T 编码器每转产生(chnshng) N 个脉冲，在T 时间段内有 m1 个脉冲产生(chnshng)，则转速（r/min)为 ：n = 60m1/（NT） m1第41页/共53页第四十二页，共53页。2022-4-1943T 有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r， 在5s时间(shjin)内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为 ： n = 60 65536 /（1024 5） r/min = 768 r/min m1第42页/共53页第四十三页，共53页。2022-4-1944时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出编码器输出(shch)脉冲脉

19、冲 m2 编码器每转产生编码器每转产生 N 个脉冲个脉冲(michng)，用已知频率，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲(michng)之间的脉冲之间的脉冲(michng)数为数为m2 ，则转速，则转速(r/min)为为 n = 60fc / （Nm2 ） 第43页/共53页第四十四页，共53页。2022-4-1945时钟脉冲时钟脉冲fc 编码器输出编码器输出(shch)脉冲脉冲 m2 n = 60fc /（Nm2 ） = 60*1000000/（1024*3000） =19.53 r/min有一增量式光电编码器，其参数为有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻，测得两个相邻(xin ln)脉冲之间的脉冲数为脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率，时钟频率fc为为1MHz ，则转速，则转速（r/min)为为 ：第44页/共53页第四十五页，共53页。2022-4-1946安装安装(nzhung)套套 1. 1.编码器的套式安装编码器的套式安装(nzhung)(nzhung)第45页/共53页第四十六页，共53页。2022-4-1947安装安装(nzhung)轴轴第46页/共53页第四十七页，共53页。2022-4-194811绝对式