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摇臂钻床伺服系统位置检测装置简介


日期:2009年11月03 来源:沈阳第一机床厂 关键字:摇臂钻床

    摇臂钻床的伺服系统(或称驱动系统)是摇臂钻床的重要组成部分,驱动系统和位置控制系统的性能,在很大程度上决定了摇臂钻床的性能。研究和开发高性能的驱动系统及位置控制系统,一直是摇臂钻床的关键技术之一。
    摇臂钻床的驱动系统通常包括两种:进给伺服系统和主轴伺服系统。进给伺服系统用于实现摇臂钻床各坐标轴的切削进给运动,主轴伺服系统控制机床的主轴旋转运动。位置控制系统分为开环和闭环两种。开环控制没有反馈,不需要位置检测装置;而闭环控制系统存在反馈通道,需要位置检测装置。位置控制的摇臂钻床作用是精确地控制机床运动部件的坐标位置,快速、准确地执行机床运动指令。
    闭环位置控制系统又称位置伺服系统,是基于反馈控制原理工作的,为了进行反馈,就需要有位置检测装置。检测装置的功能是对被控变量进行检测和信号变换,并与指令信号进行比较,达到反馈控制的目的。构成闭环控制的摇臂钻床,其运动精度主要由位置检测装置的精度决定。在设计数控机床,尤其是高精度或大中型摇臂钻床时,必须选用位置检测装置。不同类型、不同档次的摇臂钻床对位置检测装置的精度和适应的速度要求是不同的。对于大型的摇臂钻床以满足速度为主,对于中小型机床和高精度机床以满足精度要求为主.位置检测装置的精度通常用分辨率和摇臂钻床系统精度来表示。分辨率是指测量装置所能正确检测的最小数量单位。它是由传感器本身的品质所决定的。系统精度是指在测量范围内,传感器输出所代表的速度或位移的数值和实际的速度和位移的数值之问的最大误差值。分辨率不仅取决于检测元件本身,也取决于测量线路。选择检测装置的分辨率或系统精度的时候,一般要求比加工精度高一个数量级。    ,
    机床数控系统中常使用的位置检测装置,按变换方式分类,可分为数字式和模拟式两大类。也可按运动方式分为直线型和回转型两种类型。还可按绝对测量与增量测量角度来分,可分为增量型和绝对型检测装置。对机床的直线位移采用直线型检测元件进行测量,称为直接测量。其测量精度主要取于测量元件的精度,而不受机床传动精度的影响。
    对机床的直线位移采用回转型检测元件进行测量,摇臂钻床称为间接测量。其测量精度取决于量元件和机床传动链两者的精度。为了提高定位精度.常常需要对机床的传动误差进行补偿在摇臂钻床上.除了位置检测外,还有速度检测。其目的是精确控制转速。常用的转速蝴装置有测速发电动机、回转式脉冲发生器、脉冲编码器和频率电压转换线路产生速度检测信号。
    1厩转变J盘器
    旋转变压器(又称同步分解器)是利用电感原理的一种模拟式测角器件,是一种旋转式的小变描电动机,在结构上和二向绕线式异步电动机相似,由定子和转子组成.分有刷和无刷两种。 旋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于之间的空气隙内磁通分布摇臂钻床呈正(余)弦规律。当定子绕组上加有一定频率的交变激磁电压时,通过互感
在转子绕组中产生感应电动势,其输出电压的大小取决于定子和转子两个绕组轴线在空间的相对位置。两者平行时,感应电动势最大:两者垂直时,感应电动势为零。当两者成一定角度时,其互感产生的电动势随着转子偏转的角度呈正(余)弦规律变化。 旋转变压器作为位置检测元件,有两种应用方法:鉴相式工作方式。和鉴幅式工作方式。旋转变压器的特点是坚固、耐热、耐冲击、抗干扰、成本低,是数控系统中较为常用的位置传感器
  2盛应间步器
    感应同步器是从旋转变压器发展而来的直线式感应器,相当于一个展开的多极旋转变压器。它是利用滑尺上的励磁绕组和摇臂钻床定尺上的感应绕组之间的相对位置变化而产生电磁耦合的变化,从而发出相应的位置电信号实现位移检测。 感应同步嚣是一种电磁感应式的高精度位移检测装置,分为旋转式和直线式两种。前者甩于角度测量,后者用于长度测量,两者工作原理相同。感应同步器作为位置检测元件,有阿种应用方法:鉴相式工作方式和鉴幅式工作方式。
    感应同步器有如下优点:
    (1)精度高。因为感应同步器直接对机床位移进行测量,不经过任何机械传动装置,所以测量结果只受本身精度限制。又由于定尺上的感应电压信号是多周期的平均效应,从而达到较高的测量精度:
    (2)工作可靠,抗干扰能力强。在感应同步器绕组的每一个周期内,任何时间都可以给
出仅与绝对位置相对应的单值电压信号,摇臂钻床不受干扰的影响。此外.感应同步器平面绕组的阻
抗很低,使其受外界电场的影响很低:
    (3)维修简单、寿命长:
    (4)测量距离长。感应同步器可以用拼接的方法增大测量尺寸。机床移动速度基本不影响测量,故适合大中型机床使用:
    (5)工艺好、成本低、便于成批生产。
    3.脉冲绢码器
    脉冲编码器分为光电式、接触式和电磁感应式三种。从精度和可靠性方面看,光电式脉冲编码器优于其他两种。摇臂钻床主要使用光电式脉冲编码器。光电式脉冲编码器是一种光学式位置检测元件,编码盘直接装在主轴上,能把机械转角变成电脉冲信号,是摇臂钻床上广泛使用的位置检测装置,同时也用于速度检测。 接编码方式,光电式脉冲编码器又分为绝对值式和增量式两种。这两种在摇臂钻床中有应用。常用的为增量式脉冲编码器,而绝对式脉冲编码器则用于有特殊要求的场合。增量式编码器的优点是结构简单、成本低、使用方便。缺点是有可能由于噪声或其他外量j扰产生计数误差•若因停电、刀具破损而停机,事故排除后不能再找到事故发生前执行鄙件的止确位置。
    增量式脉冲编码器是一种增量检测装置,摇臂钻床它的型号由每转输出的脉冲数来区别。数控机床上常用的编码器有两种:一种是以十进制为单位的,如2 000P/r、2 500P/r、3 000P打等:另一种是以二进制为单位的,如1 024P/r、2048P/r、4 096P/r等。目前.在高速、高精度数字伺服系统中,应用高分辨率的脉冲编码器的脉冲数较高,如18000P/r、20000P/r、25000P/r、30 000P/r等。现在已使用100 000P/r以上的脉冲编码器。 增量式脉冲编码器在摇臂钻床上作为角度位置或速度检测装置,将检测信号反馈给数控装置。增量式脉冲编码器将位置检测信号摇臂钻床反馈给CNC装置时,通常有两种方式:一是应用于箩加减速计数要求的可逆计数器,形成加计数脉冲P+和减计数脉冲P一:二是适用有计数控制和计数要求的计数器.形成方向控制信号DIR和计数脉冲P。
    绝对值式编码器是利用其圆盘上的图案来表示数值的.坐标值可以从绝对编码盘中直接读出,不会有累计进程中的误计数。运转速度可以提高,编码器本身具有机械式存储功能,即便因停电或其他原因造成坐标值清除,通电后仍可找到原绝对坐标位置。从编码器使用的计数制分类,有二进制编码、二进制循环编码(葛莱码)、二一十进制进制等编码器。从结构原理分类-有接触式、光电式和电磁式等几种。最常用的是光电式二进制循环编码器。
    而绝对值式编码器的缺点是:当进给转数大于一转时,需作特别处理,如用减速齿轮将两个以上的编码器连接起来,组成多级检摇臂钻床测装置.但其结构复杂,成本高。一苎苎尊妻鍪凳机床或数显系统中,常使用光栅作为位置检测装置。它是将机械位移或模拟量转变为数字脉冲,反馈给数控装置或数显装置,实现闭环控制。    。…计苎耋粤:坌挈粤光栅和长光栅两种:圆光栅用于测量转角位移,长光栅用于检测直线位移。根据光线在光栅中是反射还是透射,又可分为透射光栅和反射光栅。    …一“百矗皇舌妻光技术的发展,光栅制作的精度得到很大提高,现在光栅精度可以达到微米级甚至亚微米级,再通过细分电路可以做到o l岬甚至更高的分辨率。


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