最新Numerical Control Technology

1、數(shù)控技術(shù)numerical control technology哈爾濱理工大學(xué)機(jī)械電子工程系董玉紅 教授哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程2課程章節(jié)安排緒論 第1章 計(jì)算機(jī)數(shù)控（cnc）裝置第2 數(shù)控檢測(cè)裝置 第3章 數(shù)控伺服系統(tǒng)第4章 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)第5章 數(shù)控加工編程第6章 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程3第2章 數(shù)控檢測(cè)裝置nc measuring devices2.1 概述2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器2.3 感應(yīng)同步器2.4 光柵2.5 磁柵2.6 光電脈沖編碼器哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程42.1 概述( introduction )2.1.1 對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求數(shù)控機(jī)床

2、對(duì)位置檢測(cè)裝置的要求u受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長(zhǎng)期保持精度，抗干擾能力強(qiáng)；u在機(jī)床執(zhí)行部件移動(dòng)范圍內(nèi)，能滿(mǎn)足精度和速度的要求； u使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境； u成本低。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程52.1.2 檢測(cè)裝置的分類(lèi) 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程62.1.2 檢測(cè)裝置的分類(lèi)u直接測(cè)量和間接測(cè)量 直線(xiàn)型傳感器測(cè)量直線(xiàn)位移，回轉(zhuǎn)型傳感器測(cè)量角位移，則該測(cè)量方式為直接測(cè)量。若回轉(zhuǎn)型傳感器測(cè)量的角位移只是中間量，由它再推算出與之對(duì)應(yīng)的工作臺(tái)直線(xiàn)位移，那么該測(cè)量方式為間接測(cè)量，其測(cè)量精度取決于測(cè)量裝置和機(jī)床傳動(dòng)鏈兩者的精度。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程72.1.2 檢測(cè)

3、裝置的分類(lèi)u增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量 增量式測(cè)量的特點(diǎn)是只測(cè)量位移增量，即工作臺(tái)每移動(dòng)一個(gè)測(cè)量單位，測(cè)量裝置便發(fā)出一個(gè)測(cè)量信號(hào)，此信號(hào)通常是脈沖形式。絕對(duì)式測(cè)量的特點(diǎn)是被測(cè)的任一點(diǎn)的位置都由一個(gè)固定的零點(diǎn)算起，每一測(cè)量點(diǎn)都有一對(duì)應(yīng)的測(cè)量值。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程82.1.2 檢測(cè)裝置的分類(lèi)u數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量 數(shù)字式測(cè)量以量化后的數(shù)字形式表示被測(cè)的量。數(shù)字式測(cè)量的特點(diǎn)是測(cè)量裝置簡(jiǎn)單，信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，且便于顯示處理。模擬式測(cè)量是將被測(cè)的量用連續(xù)的變量表示。如用電壓變化、相位變化來(lái)表示。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程92.2 旋轉(zhuǎn)變壓器( resolver )2.2.1 2.2.1

4、 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器是一種旋轉(zhuǎn)式的小型交流電機(jī)，它由定子和轉(zhuǎn)子組成。如圖2.1所示是一種無(wú)刷旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)，左邊為分解器，右邊為變壓器。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程102.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)圖 1電機(jī)軸 2外殼 3分解器定子 4變壓器定子繞組 5變壓器轉(zhuǎn)子繞組 6變壓器轉(zhuǎn)子 7變壓器定子 8分解器轉(zhuǎn)子 9分解器定子繞組 10分解器轉(zhuǎn)子繞組 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程112.2.1 2.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造旋

5、轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)互感原理工作的。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造保證了定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)的磁通分布呈正（余）保證了定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)的磁通分布呈正（余）弦規(guī)律，當(dāng)定子繞組上加交流激磁電壓（為交變電壓，頻弦規(guī)律，當(dāng)定子繞組上加交流激磁電壓（為交變電壓，頻率為率為2 24khz4khz）時(shí)，通過(guò)互感在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)）時(shí)，通過(guò)互感在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖勢(shì)，如圖2.22.2所示。所示。 圖圖2.2 2.2 兩級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理兩級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程122.2.1 2.2.1 旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理 其輸出電壓的大小取決于

6、定子與轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸其輸出電壓的大小取決于定子與轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸線(xiàn)在空間的相對(duì)位置線(xiàn)在空間的相對(duì)位置角。兩者平行時(shí)互感最大，角。兩者平行時(shí)互感最大，副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大；兩者垂直時(shí)互感為零，副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也最大；兩者垂直時(shí)互感為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零。感應(yīng)電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的角感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零。感應(yīng)電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)的角度呈正（余）弦變化，故有度呈正（余）弦變化，故有 (2.1)式中，u2轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電勢(shì)； u1定子的激磁電壓； um定子激磁電壓的幅值； 兩繞組軸線(xiàn)之間的夾角； k變壓比，即兩個(gè)繞組匝數(shù)比n1n2。 cossincos12tkukuum哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程132.2.2

7、2.2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用u鑒相型應(yīng)用鑒相型應(yīng)用 旋轉(zhuǎn)變壓器的定子兩相正交繞組即正弦繞組s和余弦繞組c中分別加上幅值相等、頻率相同而相位相差90的正弦交流電壓，如圖2.3所示，即 tuumssintuumccoscossin2csuuu)cos(coscossinsin2tkutkutkuummm哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程142.2.2 2.2.2 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用u鑒幅型應(yīng)用鑒幅型應(yīng)用 定子兩相繞組的激磁電壓為頻率相同、相位相同而幅值分別按正弦、余弦規(guī)律變化的交變電壓，即 在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)轉(zhuǎn)子誤差電壓的大小，不斷修改定子激磁信號(hào)的(即激磁幅值)，使其跟

8、蹤m的變化。當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)u2的幅值kumsin(-m)為零時(shí)，說(shuō)明角的大小就是被測(cè)角位移m的大小。 tuumssinsintuumcsincostkuummsin)sin(2哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程152.3 2.3 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器（inductosyninductosyn）2.3.1 2.3.1 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理 直線(xiàn)式感應(yīng)同步器用于直線(xiàn)位移的測(cè)量，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)展開(kāi)的多極旋轉(zhuǎn)變壓器。它的主要部件包括定尺和滑尺，定尺安裝在機(jī)床床身上，滑尺則安裝于移動(dòng)部件上，隨工作臺(tái)一起移動(dòng)。兩者平行放置，保持0.20.3mm的間隙。如圖2.4所示。 哈爾濱理

9、工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程16 標(biāo)準(zhǔn)的感應(yīng)同步器定尺長(zhǎng)250mm，尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組；滑尺長(zhǎng)100mm，尺上有兩組勵(lì)磁繞組，一組叫正弦勵(lì)磁繞組，一組叫余弦勵(lì)磁繞組，定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同。當(dāng)正弦勵(lì)磁繞組與定尺繞組對(duì)齊時(shí)，余弦勵(lì)磁繞組與定尺繞組相差l4節(jié)距。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程172.3.1 2.3.1 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理 感應(yīng)同步器的工作原理與旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理相似。當(dāng)勵(lì)磁繞組與感應(yīng)繞組間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，由于電磁耦合的變化，感應(yīng)繞組中的感應(yīng)電壓隨位移的變化而變化，感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器就是利用這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技

10、術(shù)精品課程182.3.1 2.3.1 感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)和工作原理 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程192.3.22.3.2感應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器的應(yīng)用u鑒相方式鑒相方式 將滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以幅值相同、將滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以幅值相同、頻率相同、相位相差頻率相同、相位相差9090的交流電壓的交流電壓 在一個(gè)節(jié)距內(nèi)，與滑尺移動(dòng)距離是一一對(duì)應(yīng)的，通過(guò)測(cè)量定尺感應(yīng)電勢(shì)相位，便可測(cè)出定尺相對(duì)滑尺的位移。 tuumssintuumccos)sin(sincoscossintkutkutkuummmo哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程202.3.22.3.2感

11、應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器的應(yīng)用u鑒幅方式 將滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通以頻率相同、相位相同，但幅值不同的交流電壓 若電氣角1已知，則只要測(cè)出uo的幅值kumsin(1-2)，便可間接地求出2。 tuumssinsin1tuumcsincos1)sin(sinsinsincoscossinsin212121tkutkutkuummmo)sin(sinsinsincoscossinsin212121tkutkutkuummmo哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程212.4 2.4 光柵光柵（optical grating )optical grating )2.4.1 2.4.1 光柵的結(jié)構(gòu)和工作原

12、理光柵的結(jié)構(gòu)和工作原理 光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測(cè)元件，它主要由光柵尺(包括標(biāo)尺光柵和指示光柵)和光柵讀數(shù)頭兩部分組成，如圖2.6所示。哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程222.4.1 2.4.1 光柵的結(jié)構(gòu)和工作原理光柵的結(jié)構(gòu)和工作原理 白熾燈泡發(fā)出的輻射光線(xiàn)，經(jīng)過(guò)透鏡后變成平行光束，照射在光柵尺上。光敏元件是種將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換元件，它接收透過(guò)光柵尺的光強(qiáng)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成與之成比例的電壓信號(hào)。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程232.4.1 2.4.1 光柵的結(jié)構(gòu)和工作原理光柵的結(jié)構(gòu)和工作原理 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程242.4.2 2.4.2 光柵位移光柵

13、位移- -數(shù)字變換電路數(shù)字變換電路 光柵移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的莫爾條紋由光電元件接受，然后經(jīng)過(guò)位移數(shù)字變換電路形成順時(shí)針?lè)较虻恼蛎}沖或者形成反時(shí)針?lè)较虻姆聪蛎}沖，通過(guò)可逆計(jì)數(shù)器接受。哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程252.4.2 2.4.2 光柵位移光柵位移- -數(shù)字變換電路數(shù)字變換電路 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程26哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程272.5 2.5 磁柵磁柵（magnetic gratingmagnetic grating）2.5.1 2.5.1 磁柵的結(jié)構(gòu)和工作原理磁柵的結(jié)構(gòu)和工作原理 如圖2.10所示為磁柵結(jié)構(gòu)框圖，它由磁性標(biāo)尺，拾磁磁頭和檢測(cè)電路組成。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)

14、精品課程282.5.1 2.5.1 磁柵的結(jié)構(gòu)和工作原理磁柵的結(jié)構(gòu)和工作原理 勵(lì)磁電流在一個(gè)周期內(nèi)兩次過(guò)零、兩次出現(xiàn)峰值。對(duì)應(yīng)的磁開(kāi)關(guān)通斷各兩次。磁路由通到斷的時(shí)間內(nèi)，輸出線(xiàn)圈中交鏈磁通量00；磁路由斷到通的時(shí)間內(nèi)，輸出線(xiàn)圈中交鏈磁通量由00。0是由磁性標(biāo)尺中磁信號(hào)決定，由此可見(jiàn)輸出線(xiàn)圈中輸出的是一個(gè)調(diào)幅信號(hào)式中，usc輸出線(xiàn)圈中輸出感應(yīng)電勢(shì)；um輸出感應(yīng)電勢(shì)的峰值；p磁性標(biāo)尺的節(jié)距；d磁頭對(duì)磁性標(biāo)尺的位移量；輸出線(xiàn)圈感應(yīng)電勢(shì)的頻率。 tpduumscsin)2cos(哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程292.5.1 2.5.1 磁柵的結(jié)構(gòu)和工作原理磁柵的結(jié)構(gòu)和工作原理 為了辨別磁頭移動(dòng)方向，通常

15、采用間距為(n十14)p的兩組磁頭(n1，2，3正整數(shù))，并使兩組磁頭的勵(lì)磁電流相位相差45，這樣兩組磁頭輸出電勢(shì)信號(hào)相位相差90。第一組磁頭輸出信號(hào)如果是 則第二組磁頭輸出的信號(hào)必是 tpduumscsin)2cos(1tpduumscsin)2sin(2哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程302.5.2 2.5.2 磁柵的應(yīng)用磁柵的應(yīng)用 相位檢測(cè)時(shí)，在二組磁頭a、b的勵(lì)磁繞組中通以同頻率、同相位、同幅值的勵(lì)磁電流 取磁尺上某n極點(diǎn)為起點(diǎn)，若a磁頭離開(kāi)該n極點(diǎn)的距離為d，則a、b磁頭上拾磁繞組輸出的感應(yīng)電勢(shì)分別為 tiiiba2sin0pdtuumsc2sin)sin(1pdtuumsc2cos)

16、sin(2哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程312.5.2 2.5.2 磁柵的應(yīng)用磁柵的應(yīng)用 把磁頭a輸出的感應(yīng)電勢(shì)usc1中的信號(hào)umsint移相/2，得到usc1=(umcost)sin(2d/p)，如果在求和電路中，即將usc1和usc2相加，得到總的輸出 從上式可以看出這和旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器的鑒相方式應(yīng)用一樣，調(diào)制相位就可以得到位移d的大小。 )2sin(2cossin2sincos21pdtupdtupdtuuuummmscscsc哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程322.6 2.6 光電脈沖編碼器光電脈沖編碼器（photoelectricity pulse encoderphotoel

17、ectricity pulse encoder）2.6.1 2.6.1 光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理 光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)如圖2.11所示。在一個(gè)圓盤(pán)的圓周上刻有相等間距線(xiàn)紋，分為透明和不透明的部分，稱(chēng)為圓光柵。圓光柵與工作軸一起旋轉(zhuǎn)。與圓光柵相對(duì)平行地放置一個(gè)固定的扇形薄片，稱(chēng)為指示光柵，上面刻有相差14節(jié)距的兩個(gè)狹縫(在同一圓周上，稱(chēng)為辨向狹縫)。此外還有一個(gè)零位狹縫(一轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖)。脈沖編碼器通過(guò)十字連接頭或鍵與伺服電機(jī)相連，它的法蘭盤(pán)固定在電機(jī)端面上，罩上防護(hù)罩，構(gòu)成一個(gè)完整的檢測(cè)裝置。 哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程332.6.1 2.6.1 光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理光電脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)和工作原理哈爾濱理工大學(xué)數(shù)控技術(shù)精品課程342.6.2 2.6.2 光電脈沖編碼器的應(yīng)用光電脈沖編碼器的應(yīng)用 正走時(shí)，a脈沖超前b脈沖，d門(mén)在a信號(hào)控制下，將b脈沖上升沿微分作為計(jì)數(shù)脈沖反向輸出，為負(fù)脈沖。該脈沖經(jīng)與非門(mén)3變?yōu)檎蛴?jì)數(shù)脈沖輸出。d門(mén)輸出的負(fù)脈沖同時(shí)又將觸發(fā)器置為“0”狀態(tài)，q端輸出“0”，作為正走方向控制信號(hào)。 反走時(shí)，b脈沖超前a脈沖。這時(shí)，由c門(mén)輸出反走時(shí)的負(fù)計(jì)數(shù)脈沖，該負(fù)脈沖也由3門(mén)反問(wèn)輸