1．位置檢測裝置的要求位置檢測裝置是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移量，并發(fā)出反饋信號與數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經(jīng)放大后控制執(zhí)行部件，使其向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)，直至偏差等于零為止。數(shù)控機(jī)床對位置檢測裝置的要求如下：1）受溫度、濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強(qiáng)。2）在機(jī)床執(zhí)行部件移動(dòng)范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求。3）使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境。4）成本低。5.7.1概述：第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制12．位置檢測裝置的分類按工作條件和測量要求不同，可采用不同的測量方式。（1）按輸出信號的形式分類：數(shù)字式測量和模擬式測量（2）按測量基點(diǎn)的類型分類：增量式測量和絕對式測量

（3）按位置檢測元件的運(yùn)動(dòng)形式分類：回轉(zhuǎn)型和直線型

（4）按位置檢測元件的安裝位置分類：直接測量和間接測量5.7.1概述：第7章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制2常用位置檢測裝置分類表5.7.1概述：第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制3脈沖編碼器是一種光學(xué)式位置檢測元件，用以測量軸的旋轉(zhuǎn)角度位置和速度變化，其輸出信號為電脈沖。在數(shù)控機(jī)床上屬間接測量，它通常與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)同軸安裝，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以通過齒輪箱或同步齒形帶驅(qū)動(dòng)絲杠，也可以直接驅(qū)動(dòng)絲杠。脈沖編碼器檢測方式的特點(diǎn)是：

1）檢測方式是非接觸式的，無摩擦和磨損，驅(qū)動(dòng)力矩小。2）由于光電變換器性能的提高，可得到較快的響應(yīng)速度。3）由于照像腐蝕技術(shù)的提高，可以制造高分辨率、高精度的光電盤，母盤制作后，復(fù)制很方便，且成本低。4）抗污染能力差，容易損壞。5.7.2脈沖編碼器第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制4脈沖編碼器按碼盤的讀取方式可分為光電式、接觸式和電磁式。就精度與可靠性來講，光電式脈沖編碼器優(yōu)于其它兩種。數(shù)控機(jī)床上使用光電式脈沖編碼器。5.7.2脈沖編碼器按照編碼化的方式，可分為增量式和絕對值式兩種。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制51.增量式編碼器：5.7.2脈沖編碼器增量式脈沖編碼器分光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種。就精度和可靠性來講，光電式脈沖編碼器優(yōu)于其它兩種，它的型號是用脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)（p/r）來區(qū)分，數(shù)控機(jī)床常用2023、2500、3000p/r等，現(xiàn)在已有每轉(zhuǎn)發(fā)10萬個(gè)脈沖的脈沖編碼器。脈沖編碼器除用于角度檢測外，還可以用于速度檢測。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制6進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器滾珠絲杠

編碼器71.增量式編碼器：5.7.2脈沖編碼器光電式脈沖編碼器通常與電機(jī)做在一起，或者安裝在電機(jī)非軸伸端，電動(dòng)機(jī)可直接與滾珠絲杠相連，或通過減速比為i的減速齒輪，然后與滾珠絲杠相連，那么每個(gè)脈沖對應(yīng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)的距離可用下式計(jì)算：

—脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）；S—滾珠絲杠的導(dǎo)程（mm）；i—減速齒輪的減速比；M—脈沖編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)（p/r）。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制8abz碼盤基片透鏡光源光敏元件透光狹縫光柵板節(jié)距τm+τ/4信號處理裝置1.增量式編碼器：（亦稱光電碼盤、光電脈沖發(fā)生器等）。5.7.2脈沖編碼器光電脈沖編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制9第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制轉(zhuǎn)軸碼盤及狹縫光敏元件批示光柵及辨向用的A、B狹縫光源ABC零位標(biāo)志10節(jié)距ＡＢA1B1900從光欄板上兩條狹縫中檢測的信號A和B，是具有90°相位差的兩個(gè)正弦波，這組信號經(jīng)放大器放大與整形，輸出波形如圖所示。5.7.2脈沖編碼器第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制11

5.7.2脈沖編碼器在脈沖編碼器還有一條透光條紋C，用以產(chǎn)生基準(zhǔn)脈沖，又稱零點(diǎn)脈沖，它是軸旋轉(zhuǎn)一周在固定位置上產(chǎn)生一個(gè)脈沖。如數(shù)控車床切削螺紋時(shí)，可將這種脈沖當(dāng)作車刀進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)的信號使用，以保證切削螺紋不會(huì)亂牙。也可用于高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)或加工中心等數(shù)控機(jī)床上的主軸準(zhǔn)停信號。AB90°Z……碼盤轉(zhuǎn)一圈第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制12２.絕對值式編碼器：增量式編碼器的缺點(diǎn)是有可能發(fā)生由于噪聲或其它外界干擾產(chǎn)生的計(jì)數(shù)錯(cuò)誤；因停電、刀具破損而停機(jī)，事故排除后不能再找到事故前執(zhí)行部件的正確位置。采用絕對值式編碼器可以克服這些缺點(diǎn)。絕對值式編碼器是在碼盤的每一轉(zhuǎn)角位置刻有表示該位置的唯一代碼，因此稱為絕對碼盤。5.7.2脈沖編碼器第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制13２.絕對值式編碼器：5.7.2脈沖編碼器絕對值式編碼器結(jié)構(gòu)及工作原理010111100110011110001001101010111100110111110000000100100011010023222120第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制14２.絕對值式編碼器：5.7.2脈沖編碼器

圖中黑表示為“1”，白表示為“0”，四個(gè)碼道都裝有電刷，由于四個(gè)碼道產(chǎn)生四位二進(jìn)制數(shù)，碼盤每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生0000～1111十六個(gè)二進(jìn)制數(shù)，因此將碼盤圓周分成十六等份。當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，四個(gè)電刷依次輸出十六個(gè)二進(jìn)制編碼0000～1111，編碼代表實(shí)際角位移，碼盤分辨率與碼道多少有關(guān)，n位碼道角盤分辨率為：目前接觸式碼盤一般可以做到9位二進(jìn)制，光電式碼盤可以做到18位二進(jìn)制。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制15２.絕對值式編碼器：5.7.2脈沖編碼器

二進(jìn)制編碼器主要缺點(diǎn)是碼盤盤上的圖案變化較大，在使用中容易產(chǎn)生較多的誤讀。例如:當(dāng)電刷由位置0111向1000過渡時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)從8（1000）到15（1111）之間的讀數(shù)誤差，一般稱這種誤差為非單值性誤差。為消除這種誤差，可采用葛萊碼盤。它的特點(diǎn)是每相鄰十進(jìn)制數(shù)之間只有一位二進(jìn)制碼不同。因此，圖案的切換只用一位數(shù)（二進(jìn)制的位）進(jìn)行。所以能把誤讀控制在一個(gè)數(shù)單位之內(nèi)，提高了可靠性。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制16２.絕對值式編碼器：5.7.2脈沖編碼器0101111001100111100010011010101111001101111100000001001000110100二進(jìn)制碼格雷碼（循環(huán)碼、葛萊碼）第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制17２.絕對值式編碼器：5.7.2脈沖編碼器

二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成葛萊碼的法則是：將二進(jìn)制碼右移一位并舍去末位的數(shù)碼，再與二進(jìn)制數(shù)碼作不進(jìn)位加法，結(jié)果即為葛萊碼。例如，二進(jìn)制碼1101對應(yīng)的葛萊碼為1011，其演算過程如下：

1101（二進(jìn)制碼）1101（不進(jìn)位相加，舍去末位）1011（葛萊碼）第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制18光柵是閉環(huán)伺服系統(tǒng)中使用較多的一種光學(xué)測量元件，用以測量長度、角度、速度、加速度、振動(dòng)和爬行等。光柵1．光柵的種類（1）直線光柵1）透射光柵：在玻璃的表面上制成透明與不透明間隔相等的線紋。2）反射光柵：在鋼直尺或不銹鋼帶的鏡面上用照相腐蝕工藝制作光柵，或用鉆石刀直接刻劃制作光柵線紋。

透射光柵信號幅值大，信噪比好，刻紋密度大，一般每毫米100、200、250條刻紋。反射光柵的線膨脹系數(shù)可做到和機(jī)床一致，接長方便，線紋密度一般為每毫米4、10、25、40或50條。（2）圓光柵第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制192．直線透射光柵的組成及工作原理光柵光柵位置檢測裝置由光源、長光柵（標(biāo)尺光柵）、短光柵（指示光柵）、光電接收元件等組成。指示光柵與標(biāo)尺光柵刻度等寬。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制202．直線透射光柵的組成及工作原理光柵VS312431245光柵的結(jié)構(gòu)

1-防護(hù)墊2-光柵讀數(shù)頭

3-標(biāo)尺光柵

4-防護(hù)罩

光柵讀數(shù)頭1-光源

2-準(zhǔn)直鏡3-指示光柵

4-光敏元件5-驅(qū)動(dòng)線路

光柵讀數(shù)頭由光源，透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動(dòng)線路組成，是一個(gè)單獨(dú)的部件。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制212．直線透射光柵的組成及工作原理光柵長、短光柵保持一定間隙（～）重疊在一起，并在自身的平面內(nèi)轉(zhuǎn)一個(gè)很小角度θ。在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)黑線重疊，形成黑色條紋，其它部分為明亮條紋，這種明暗相間的條紋稱為莫爾條紋。VSθ

WBB

θ第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制222．直線透射光柵的組成及工作原理光柵長光柵安裝在機(jī)床固定部件上，長度相當(dāng)于工作臺(tái)移動(dòng)的全行程，短光柵則固定在機(jī)床移動(dòng)部件上。

第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制232．直線透射光柵的組成及工作原理光柵莫爾條紋與光柵線紋幾乎成垂直方向排列。嚴(yán)格地說，是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。當(dāng)移動(dòng)一個(gè)柵距時(shí)，摩爾條紋也移動(dòng)一個(gè)紋距。VSθ

W

BB

θ第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制242．直線透射光柵的組成及工作原理光柵莫爾條紋具有如下特點(diǎn)：1）放大作用：當(dāng)交角θ很小時(shí)，柵距W和莫爾條紋節(jié)距B（單位：mm）有下列關(guān)系：B=W/θ

莫爾條紋的節(jié)距為光柵柵距的l/θ倍。例如，得B=10mm，放大1000。

因此，不需要經(jīng)過復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，便將光柵的柵距放大了1000倍，從而大大減化了電子放大線路，這是光柵技術(shù)獨(dú)有的特點(diǎn)。

第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制252．直線透射光柵的組成及工作原理光柵莫爾條紋具有如下特點(diǎn)：2）平均效應(yīng)：莫爾條紋是由若干線紋組成，例如每毫米100線的光柵，10mm長的莫爾條紋，等亮帶由2023根刻線交叉形成。因而對個(gè)別柵線的間距誤差（或缺陷）就平均化了，這在很大程度上消除了短周期誤差的影響。因此莫爾條紋的節(jié)距誤差就取決于光柵刻線的平均誤差。

第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制262．直線透射光柵的組成及工作原理光柵莫爾條紋具有如下特點(diǎn)：3）莫爾條紋的移動(dòng)規(guī)律：莫爾條紋的移動(dòng)與柵距之間的移動(dòng)成比例，當(dāng)光柵向左或向右移動(dòng)一個(gè)柵距W，莫爾條紋也相應(yīng)地向上或向下準(zhǔn)確地移動(dòng)一個(gè)節(jié)距B。只要通過光電元件測出莫爾條紋的數(shù)目，就可知道光柵移動(dòng)了多少個(gè)柵距，工作臺(tái)移動(dòng)的距離可以計(jì)算出來。由于光的衍射與干涉作用，莫爾條紋的變化規(guī)律近似正（余）弦函數(shù)，變化周期數(shù)與兩光柵相對移過的柵距數(shù)同步。

第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制273．直線光柵檢測裝置的辯向光柵

當(dāng)光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋便移動(dòng)一個(gè)條紋寬度，假定我們開辟一個(gè)小窗口來觀察莫爾條紋的變化情況，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它在移動(dòng)一個(gè)柵距期間明暗變化了一個(gè)周期，理論上光柵亮度變化是一個(gè)三角波形，但由于漏光和不能達(dá)到最大亮度，被削頂削底后而近似一個(gè)正弦波。硅光電池將近似正弦波的光強(qiáng)信號變?yōu)橥l率的電壓信號，經(jīng)光柵位移—數(shù)字變換電路放大、整形、微分輸出脈沖。每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，就代表移動(dòng)了一個(gè)柵距那么大的位移，通過對脈沖計(jì)數(shù)便可得到工作臺(tái)的移動(dòng)距離。光柵的實(shí)際亮度變化光柵的輸出波形圖第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制283．直線光柵檢測裝置的辯向光柵

采用一個(gè)光電元件即只開一個(gè)窗口觀察，只能計(jì)數(shù)，卻無法判斷移動(dòng)方向。因?yàn)闊o論莫爾條紋上移或下移，從一固定位置看其明暗變化是相同的。為了確定運(yùn)動(dòng)方向，至少要放置兩個(gè)光電元件，兩者相距1/4莫爾條紋寬度。當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋通過兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同，所以兩個(gè)光電元件所獲得的電信號雖然波形相同，但相位相差900。根據(jù)兩光電元件輸出信號的超前和滯后，可以確定標(biāo)尺光柵移動(dòng)方向。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制294．直線光柵檢測裝置的細(xì)分光柵

增加線紋密度，能提高光柵檢測裝置的精度，但制造較困難，成本高。在實(shí)際應(yīng)用中，既要提高測量精度，同時(shí)又能達(dá)到自動(dòng)辨向的目的，通常采用倍頻或細(xì)分的方法來提高光柵的分辨精度，如果在莫爾條紋的寬度內(nèi)，放置四個(gè)光電元件，每隔1/4光柵柵距產(chǎn)生一個(gè)脈沖，一個(gè)脈沖代表移動(dòng)了1/4柵距那么大位移，分辨精度可提高四倍，這就是四倍頻方案。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制304．直線光柵檢測裝置的細(xì)分光柵

四倍頻方案第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制31

圖中的P1、P2、P3、P4是四塊硅光電池，產(chǎn)生的信號相位彼此相差90o。P1、P3信號是相位差180o的兩個(gè)信號，接差動(dòng)放大器放大，得正弦信號。同理，P2、P4信號送另一個(gè)差動(dòng)放大器，得到余弦信號。正弦和余弦信號經(jīng)整形變成方波A和B，為使每隔1/4節(jié)距都有脈沖，把A、B各自反向一次得C、D信號，A、B、C、D信號再經(jīng)微分變成窄脈沖A′、B′、C′、D′，即在正走或反走時(shí)每個(gè)方波的上升沿產(chǎn)生窄脈沖，由與門電路把0o、90o、180o、270o四個(gè)位置上產(chǎn)生的窄脈沖組合起來，根據(jù)不同的移動(dòng)方向形成正向或反向脈沖。正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，用與門Y1~Y4及或門H1，得到A′B+AD′+C′D+B′C的四個(gè)輸出脈沖；反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，用與門Y5~Y8及或門H2，得到BC′+CD′+A′D+AB′的四個(gè)輸出脈沖，其波形見圖。32光柵

4．直線光柵檢測裝置的細(xì)分若光柵柵距，則工作臺(tái)每移動(dòng)，就會(huì)送出一個(gè)脈沖，即分辨率為。由此可見，光柵檢測系統(tǒng)的分辨力不僅取決于光柵尺的柵距，還取決于鑒向倍頻的倍數(shù)。除四倍頻以外，還有十倍頻、二十倍頻等。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制335.7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

1．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

54318762

旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意

1-轉(zhuǎn)軸2-軸承3-機(jī)殼4-轉(zhuǎn)子鐵心5-定子鐵心

6-端蓋7-電刷8-集電環(huán)

第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制345.7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

1．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

旋轉(zhuǎn)變壓器是一種角度測量元件，在結(jié)構(gòu)上與兩相繞線式異步小型交流電動(dòng)機(jī)相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。旋轉(zhuǎn)變壓器是根據(jù)電磁互感原理工作的，它在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造上保證了定子與轉(zhuǎn)子之間空氣間隙內(nèi)磁通分布呈正弦規(guī)律。其中定子繞組作為變壓器的一次側(cè)，為變壓器的原邊，接受勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁頻率通常用400Hz、500Hz、3000Hz及5000Hz。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的二次側(cè)，是變壓器的副邊。當(dāng)定子繞組加上交流勵(lì)磁電壓時(shí)，通過電磁耦合在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，其輸出電壓的大小取決于定子與轉(zhuǎn)子兩個(gè)繞組軸線在空間的相對位置，兩者平行時(shí)互感最大，二次側(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢也最大；兩者垂直時(shí)互感的電感量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢也為零。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制355.7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

1．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器分為單極和多極形式，單極工作如下圖:第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制365.7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

1．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理單極型旋轉(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u1＝Umsinωt，則轉(zhuǎn)子通過電磁耦合，產(chǎn)生感應(yīng)電壓u2。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到使它的繞組磁軸和定子繞組磁軸垂直時(shí)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電壓u2＝0；當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組的磁軸自垂直位置轉(zhuǎn)過一定角度θ時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為：u2＝ku1sinθ＝kUmsinωtsinθ式中k＝ω1/ω2—旋轉(zhuǎn)變壓器的電壓比；ω1、ω2—定子、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)；Um—最大瞬時(shí)電壓；θ—兩繞組軸線間夾角。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90°（即θ＝90°），兩磁軸平行，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓最大，即：u2＝kUmsinωt第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制375.7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

1．旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

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，如右圖所示。一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組作為輸出信號，另一個(gè)轉(zhuǎn)子繞組接高阻抗作為補(bǔ)償。若將定子中的一個(gè)繞組短接而另一個(gè)繞組通以單相交流電壓u1＝Umsinωt，則在轉(zhuǎn)子的兩個(gè)繞組中得到的輸出感應(yīng)電壓分別為：u2s＝ku1cosθ＝kUmsinωtcosθu2c＝ku1sinθ＝kUmsinωtsinθ由于兩個(gè)繞組中的感應(yīng)電壓恰恰是關(guān)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角θ的正弦和余弦的函數(shù)，我們稱之為正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制385.7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

2．旋轉(zhuǎn)變壓器工作方式旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置檢測裝置，有兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒幅式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的幅值來檢測位移量。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制395.7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

2．旋轉(zhuǎn)變壓器工作方式

（1）鑒相工作方式。給定子的兩個(gè)繞組分別通以同幅、同頻但相位相差π/2的交流勵(lì)磁電壓，即：u1s＝Umsinωtu1c＝Umcosωt這兩個(gè)勵(lì)磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中都產(chǎn)生了感應(yīng)電壓，并疊加在一起，因而轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電壓應(yīng)為這兩個(gè)電壓的代數(shù)和：u2＝u1scosθ+u1csinθ＝kUmsinωtcosθ+kUmcosωtsinθ＝kUmsin（ωt+θ）由上式可以看出，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角和轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角之間有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，這樣，我們只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就可知道轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子是和被測軸聯(lián)接在一起的，故被測軸的角位移也就測到了。u2u1su1c第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制405.7.4旋轉(zhuǎn)變壓器

2．旋轉(zhuǎn)變壓器工作方式

（2）鑒幅工作方式。給定子的兩個(gè)繞組分別通以同頻率、同相位但幅值不同的交流勵(lì)磁電壓，即：u1s＝Usmsinωtu1c＝Ucmsinωt其幅值分別為正、余弦函數(shù)：usm＝Umsinφucm＝Umcosφ則定子上的疊加感應(yīng)電壓為：u2＝u1scosθ+u1csinθ＝-kUmsinαsinωtcosθ+kUmcosαsinωtsinθ＝kUmsin（θ-φ）sinωt由上式可以看出，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的幅值隨轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角θ而變化，測量出幅值即可求得轉(zhuǎn)角θ。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子誤差電壓的大小，不斷修改勵(lì)磁信號中φ角（即勵(lì)磁幅值），使其跟蹤θ的變化。u2u1su1c第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制415.7.5感應(yīng)同步器

感應(yīng)同步器是由旋轉(zhuǎn)變壓器演變來的，它是利用兩個(gè)平面形印刷繞組，其間保持均勻氣隙（），相對平行移動(dòng)時(shí)，根據(jù)交變磁場互感原理而工作的。實(shí)質(zhì)上，感應(yīng)同步器是多極旋轉(zhuǎn)變壓器的展開形式，兩者工作原理基本上相同。感應(yīng)同步器分兩種：測量直線位移的稱為直線型感應(yīng)同步器；測量角位移的稱為圓型感應(yīng)同步器。直線型感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成；圓型感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成。

第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制425.7.5感應(yīng)同步器

sincos節(jié)距2τ（2mm）節(jié)距（0.5mm）定尺滑尺定尺上是單向、均勻、連續(xù)的感應(yīng)繞組，滑尺有兩組繞組，一組為正弦繞組，另一為余弦繞組。兩者在空間錯(cuò)開1/4定尺節(jié)距（電角度錯(cuò)開90°）。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組對齊時(shí)，余弦繞組與定尺繞組相差1/4節(jié)距。標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)同步器定尺250mm，滑尺長100mm，節(jié)距為2mm。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制435.7.5感應(yīng)同步器

直線型感應(yīng)同步器的工作原理定尺和滑尺繞組的節(jié)距相同即W＝2τ（一般為2mm）。若滑尺繞組加勵(lì)磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)，在定尺繞組上就產(chǎn)生感應(yīng)電壓.第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制445.7.5感應(yīng)同步器

1.直線型感應(yīng)同步器的工作原理

當(dāng)滑尺任意一繞組加交流激磁電壓時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，在定尺繞組中必然產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓取決于滑尺和定尺的相對位置。若定尺和滑尺的繞組（只一個(gè)繞組勵(lì)磁）相重合時(shí)，如圖中的A點(diǎn)，這時(shí)感應(yīng)電勢最大；當(dāng)滑尺相對定尺作平行移動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電勢就慢慢減小，在剛好移動(dòng)1/4節(jié)距的位置時(shí)，即移到B點(diǎn)位置，感應(yīng)電勢為零。如果再繼續(xù)移動(dòng)到1/2節(jié)距，即到C點(diǎn)位置，得到的感應(yīng)電勢值與A點(diǎn)位置相同。但極性相反。其后，移到3/4節(jié)距，即D點(diǎn)位置，感應(yīng)電勢又變?yōu)榱恪＿@樣，滑尺在移動(dòng)一個(gè)節(jié)距的過程中，感應(yīng)電勢（按余弦波形）變化了一個(gè)周期。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制455.7.5感應(yīng)同步器

1.直線型感應(yīng)同步器的工作原理

若勵(lì)磁電壓為：

則在定尺繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e為：式中Um——?jiǎng)?lì)磁電壓幅值（V）；ω——?jiǎng)?lì)磁電壓角頻率（rad/s）；k——比例常數(shù)，值與繞組間最大互感系數(shù)有關(guān)；θ——滑尺相對定尺在空間的相位角。

第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制465.7.5感應(yīng)同步器

1.直線型感應(yīng)同步器的工作原理

滑尺與定尺相對位移量x的求取：∵2τ:2π=x:θ∴x=τθ／π結(jié)論：相對位移量x與相位角θ呈線性關(guān)系，只要能測出相位角θ，就可求得位移量x。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制475.7.5感應(yīng)同步器

2.感應(yīng)同步器輸出信號的處理方式根據(jù)滑尺正、余旋繞組上激磁電壓Us、Uc供電方式的不同可構(gòu)成不同檢測系統(tǒng)——鑒相型系統(tǒng)和鑒幅型系統(tǒng)。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制485.7.5感應(yīng)同步器2.感應(yīng)同步器輸出信號的處理方式(1)鑒相方式是根據(jù)感應(yīng)輸出電壓的相位來檢測位移量的一種工作方式。在滑尺上的正弦、余弦勵(lì)磁繞組上供給同頻率、同幅值、相位相差90°的交流電壓，即：Us和Uc單獨(dú)勵(lì)磁，在定尺繞組上感應(yīng)電勢分別為：根據(jù)疊加原理，定尺繞組上總輸出感應(yīng)電勢e為：第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制495.7.5感應(yīng)同步器

2.感應(yīng)同步器輸出信號的處理方式(1)鑒相方式由上式可知，通過鑒別定尺輸出的感應(yīng)電勢的相位，就可測量定尺和滑尺之間的相對位置。例如定尺輸出感應(yīng)電勢與滑尺勵(lì)磁電壓之間相位差為3.6°，在W＝2mm的情況下：它表明滑尺相對定尺節(jié)距為零的位置移動(dòng)了0.02mm。第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制505.7.5感應(yīng)同步器

2.感應(yīng)同步器輸出信號的處理方式(2)鑒幅方式是根據(jù)定尺輸出的感應(yīng)電勢的振幅變化來檢測位移量的一種工作方式。在滑尺的正弦、余弦繞組上供給同頻率、同相位，但不同幅值的勵(lì)磁電壓，即：同理，兩電壓分別勵(lì)磁時(shí)，在定尺繞組上產(chǎn)生的輸出感應(yīng)電勢分別為：式中φ——?jiǎng)?lì)磁電壓的給定相位角。根據(jù)疊加原理，定尺上輸出總感應(yīng)電勢為:第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制515.7.5感應(yīng)同步器

2.感應(yīng)同步器輸出信號的處理方式(2)鑒幅方式若原始狀態(tài)φ＝θ，則e＝0。然后滑尺相對定尺有一位移，使θ＝θ+Δθ，則感應(yīng)電勢的增量為：由此可知，在Δx較小的情況下，Δe與Δx成正比，也就是鑒別Δe的幅值，即能測量Δx大小。當(dāng)Δx較大時(shí)，通過改變?chǔ)?/p>

，使φ

＝θ，則Δe＝0，根據(jù)φ可以確定θ，從而測量位移量Δx。

第5章數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)與位置控制52課后作業(yè)預(yù)習(xí)53數(shù)控技術(shù)第17講結(jié)束了！謝謝大家54數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G