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1、數(shù)控設(shè)備與編程3全解【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．掌握碼盤、光柵檢測裝置。2．了解其他的檢測裝置。3.1旋轉(zhuǎn)變壓器位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移和速度，并發(fā)出反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制。數(shù)控機(jī)床對位置檢測裝置的要求如下：（1）?工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；（2）?滿足精度和速度的要求；（3）易于安裝，維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境；（4）?成本低。旋轉(zhuǎn)變壓器3.1旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)與工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角位移測量裝置，由定子和轉(zhuǎn)子組成。旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理與普通變壓器基本相似，其中定子
2、繞組作為變壓器的一次側(cè)，接受勵(lì)磁電壓。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的二次側(cè)，通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓，只是其輸出電壓大小與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)。旋轉(zhuǎn)變壓器通過測量電動(dòng)機(jī)或被測軸的轉(zhuǎn)角來間接測量工作臺(tái)的位移。旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極和多極形式，先分析一下單極工作情況。如圖所示，單極型旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極，假設(shè)加到定子繞組的勵(lì)磁電壓為，則轉(zhuǎn)子通過電磁耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使它的磁軸和定子繞組磁軸垂直時(shí)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓；當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為 式中K—變壓比（即繞組匝數(shù)比）；Vm—?jiǎng)?lì)
3、磁信號(hào)的幅值；ω—?jiǎng)?lì)磁信號(hào)角頻率；—旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)角。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過900，兩磁軸平行，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即3.1旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理3.1旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)際使用時(shí)通常采用多極形式，如正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其定子和轉(zhuǎn)子均由兩個(gè)匝數(shù)相等，軸線相互垂直的繞組構(gòu)成，如圖所示。一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組接高阻抗作為補(bǔ)償，另一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組作為輸出，應(yīng)用疊加原理，其磁通為轉(zhuǎn)子輸出電壓則為Um3.1旋轉(zhuǎn)變壓器波形圖3.2感應(yīng)同步器旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用電氣參數(shù)輸入電壓輸入電流勵(lì)磁頻率變比系數(shù)電氣誤差3.5V1.17mA3kHz0.610'機(jī)械參數(shù)最高轉(zhuǎn)
4、速轉(zhuǎn)子慣量摩擦力矩8000r/min4x10-7kg.m26x10-2N.cm外形參數(shù)外?徑軸?徑軸?伸長?度重量26.97mm3.05mm12.7mm±0.5mm60mm165g3.2感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)與工作原理直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)如圖所示。感應(yīng)同步器由定子和滑尺兩部分組成。定尺和滑尺通常以優(yōu)質(zhì)碳素鋼作為基體，一般選用導(dǎo)磁材料，其膨脹系數(shù)盡量與所安裝的主基體相近。定尺與滑尺平行安裝，且保持一定間隙。直線式感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)原理3.2感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器的應(yīng)用很廣泛，它與數(shù)字位移顯示裝置配合，能進(jìn)行
5、各種位移的精密測量，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，也能實(shí)現(xiàn)整個(gè)測量系統(tǒng)的半自動(dòng)化及全自動(dòng)化。這里我們僅介紹上海機(jī)床電器廠生產(chǎn)的SF2-Ⅱ鑒幅型數(shù)顯表的工作原理，原理框圖如圖所示。其工作原理為：當(dāng)感應(yīng)同步器的定尺、滑尺開始處于平衡位置，即θM=0時(shí)，定尺上的感應(yīng)電動(dòng)勢為零，則系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。感應(yīng)同步器數(shù)顯表示意圖3.2感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器的特點(diǎn)1．精度高2．測量長度不受限制3．對環(huán)境的適應(yīng)性高，抗干擾性強(qiáng)4．維護(hù)簡單，壽命長5．工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)同步器的特點(diǎn)3.3光柵光柵的種類光柵按其原理和用途不同，可分為物理光柵
6、和計(jì)量光柵。物理光柵是利用光的衍射現(xiàn)象制造的，主要用于光譜分析和光波長度的測量。計(jì)量光柵主要利用莫爾現(xiàn)象，測量長度、角度、速度、加速度和振動(dòng)等物理量。用于測量長度的透射長光柵3.3光柵測量角度的透射圓光柵透射圓光柵示意圖3.3光柵光柵傳感器的工作原理光柵傳感器由照明系統(tǒng)、光柵副和光電接收元件所組成，如圖所示。圖中光源1和透鏡2構(gòu)成了照明系統(tǒng)；主光柵3（又叫標(biāo)尺光柵）和指示光柵4構(gòu)成光柵副；5為光電接收元件；其中，光柵副是光柵傳感器中的主要元件。光柵傳感器常用的光柵副主要有長光柵副和圓盤光柵副。—光源—透鏡—光電元件透射光柵
7、傳感器光路3.3光柵莫爾條紋形成原理示意圖3.4磁柵磁柵的結(jié)構(gòu)和種類（a）尺形長磁柵（b）同軸形長磁柵3.4磁柵磁柵的結(jié)構(gòu)和種類（c）帶形長磁柵（d）圓磁柵—屏蔽罩磁頭磁柵3.4磁柵具體使用時(shí)對磁柵還有如下的要求：（1）磁柵的基尺（磁尺）要求不導(dǎo)磁，線膨脹系數(shù)應(yīng)與儀器或機(jī)床的相應(yīng)部分近似。又因?yàn)樵诨呱弦円粚哟判员∧ぃ?，要求基尺有良好的加工和電鍍性能。?dāng)采用一般鋼材做基尺材料時(shí)，必須用鍍銅的方法解決絕磁的問題，銅鍍層厚度約0.15～0.20mm。（2）為了使磁尺上錄的磁信號(hào)能長時(shí)期保存，并希望產(chǎn)生較大的輸出信號(hào)，要求
8、磁性薄膜剩磁感應(yīng)要大，矯頑力要高，電鍍要均勻，目前常用NiCo-P合金。（3）對磁尺表面要求長磁柵平直度為（0.005～0.01）mm/m，圓磁柵的不圓度為0.005～0.01mm，表面粗糙度要小。另外，還要求所錄磁信號(hào)幅度均勻，幅度變化小于10%，節(jié)距均勻，滿足一定精度要求。3.5編碼器a)b)5-1
