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1、会计学1数控系统数控刀补原理数控系统数控刀补原理(yunl)第一页，共45页。第三节第三节 数控补偿数控补偿(bchng)(bchng)原原理理 n n补偿主要应用在两个方面补偿主要应用在两个方面n n轨迹控制中有关刀具情况的补偿，轨迹控制中有关刀具情况的补偿，如刀具半径补偿、长度补偿和位如刀具半径补偿、长度补偿和位置置(wi zhi)(wi zhi)补偿等补偿等n n进给运动中对机械传动情况的补进给运动中对机械传动情况的补偿，如传动间隙补偿和传动副传偿，如传动间隙补偿和传动副传动误差补偿等动误差补偿等n n本节仅介绍刀具长度补偿、位置本节仅介绍刀具长度补偿、位置(wi zhi)(wi zhi
2、)补偿和半径补偿。补偿和半径补偿。第1页/共45页第二页，共45页。对刀仪对刀对刀仪对刀对刀仪对刀对刀仪对刀试切对刀试切对刀试切对刀试切对刀第2页/共45页第三页，共45页。刀具刀具刀具刀具(doj)(doj)长度补偿设置长度补偿设置长度补偿设置长度补偿设置第3页/共45页第四页，共45页。数控铣床对刀数控铣床对刀数控铣床对刀数控铣床对刀第4页/共45页第五页，共45页。一、刀具一、刀具(doj)(doj)补偿补偿 1几个基本概念几个基本概念 刀位点：用刀具体刀位点：用刀具体(jt)上与零件表上与零件表面成形有密切关系的理想的或假面成形有密切关系的理想的或假想的点来描述刀具位置，这个点想的点来
3、描述刀具位置，这个点称为刀具的刀位点。称为刀具的刀位点。第5页/共45页第六页，共45页。刀补：在编程时，将刀具简化为刀位点，用零件本身刀补：在编程时，将刀具简化为刀位点，用零件本身刀补：在编程时，将刀具简化为刀位点，用零件本身刀补：在编程时，将刀具简化为刀位点，用零件本身轮廓进行编程，但要将实际刀具的参数输入给轮廓进行编程，但要将实际刀具的参数输入给轮廓进行编程，但要将实际刀具的参数输入给轮廓进行编程，但要将实际刀具的参数输入给CNCCNCCNCCNC装置，装置，装置，装置，输入的参数统称为刀补值；在程序输入的参数统称为刀补值；在程序输入的参数统称为刀补值；在程序输入的参数统称为刀补值；在程
4、序(chngx)(chngx)(chngx)(chngx)中适当的中适当的中适当的中适当的位置调用刀具补偿指令，位置调用刀具补偿指令，位置调用刀具补偿指令，位置调用刀具补偿指令，CNCCNCCNCCNC装置就会跟据程序装置就会跟据程序装置就会跟据程序装置就会跟据程序(chngx)(chngx)(chngx)(chngx)相应的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹，相应的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹，相应的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹，相应的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹，使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移，这个偏使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移，这个偏使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生
5、偏移，这个偏使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移，这个偏移恰好能加工出要求的零件轮廓。移恰好能加工出要求的零件轮廓。移恰好能加工出要求的零件轮廓。移恰好能加工出要求的零件轮廓。刀具号和刀补号：对加工中使用的每一把刀具按机床刀具号和刀补号：对加工中使用的每一把刀具按机床刀具号和刀补号：对加工中使用的每一把刀具按机床刀具号和刀补号：对加工中使用的每一把刀具按机床规定的编号方式进行编号，得到刀具号；为每个刀号规定的编号方式进行编号，得到刀具号；为每个刀号规定的编号方式进行编号，得到刀具号；为每个刀号规定的编号方式进行编号，得到刀具号；为每个刀号分配一组刀补号，每个刀补号对应该刀具的刀补值分配一组刀
6、补号，每个刀补号对应该刀具的刀补值分配一组刀补号，每个刀补号对应该刀具的刀补值分配一组刀补号，每个刀补号对应该刀具的刀补值（包括位置补偿值、半径补偿值、长度补偿值）。（包括位置补偿值、半径补偿值、长度补偿值）。（包括位置补偿值、半径补偿值、长度补偿值）。（包括位置补偿值、半径补偿值、长度补偿值）。第6页/共45页第七页，共45页。2 2刀补指令及其应用刀补指令及其应用刀补指令及其应用刀补指令及其应用数控车床：数控车床：数控车床：数控车床：位置补偿位置补偿位置补偿位置补偿T0103 T0103：前两位表示刀号：前两位表示刀号：前两位表示刀号：前两位表示刀号0101，后，后，后，后两位表示刀补号两
7、位表示刀补号两位表示刀补号两位表示刀补号0303。半径半径半径半径(bnjng)(bnjng)补偿：使用补偿：使用补偿：使用补偿：使用G41G41或或或或G42G42指令指令指令指令另外指定。另外指定。另外指定。另外指定。数控铣床、数控镗铣床、加工中心等机床：数控铣床、数控镗铣床、加工中心等机床：数控铣床、数控镗铣床、加工中心等机床：数控铣床、数控镗铣床、加工中心等机床：刀具半径刀具半径刀具半径刀具半径(bnjng)(bnjng)补偿：使用补偿：使用补偿：使用补偿：使用G41G41和和和和G42G42指令，用指令，用指令，用指令，用DD给出刀补号给出刀补号给出刀补号给出刀补号 刀具长度补偿：用
8、刀具长度补偿：用刀具长度补偿：用刀具长度补偿：用G43G43和和和和G44G44指令，用指令，用指令，用指令，用HH给出刀补号。给出刀补号。给出刀补号。给出刀补号。第7页/共45页第八页，共45页。3 3 3 3刀补的全过程刀补的全过程刀补的全过程刀补的全过程 1.1.1.1.刀补建立：在首次出现有刀补指令的插补程序段，刀补建立：在首次出现有刀补指令的插补程序段，刀补建立：在首次出现有刀补指令的插补程序段，刀补建立：在首次出现有刀补指令的插补程序段，将刀补号对应的刀补值按指令要求补偿到刀具的将刀补号对应的刀补值按指令要求补偿到刀具的将刀补号对应的刀补值按指令要求补偿到刀具的将刀补号对应的刀补值
9、按指令要求补偿到刀具的位移中，使刀位点相对编程轨迹产生一个偏置。位移中，使刀位点相对编程轨迹产生一个偏置。位移中，使刀位点相对编程轨迹产生一个偏置。位移中，使刀位点相对编程轨迹产生一个偏置。2.2.2.2.刀补进行刀补进行刀补进行刀补进行 ：刀补指令是模态指令，一经：刀补指令是模态指令，一经：刀补指令是模态指令，一经：刀补指令是模态指令，一经(yjng)(yjng)(yjng)(yjng)指定，始终有效，直至被撤消。指定，始终有效，直至被撤消。指定，始终有效，直至被撤消。指定，始终有效，直至被撤消。3.3.3.3.刀补撤消：若在某程序段出现刀补撤消指令，则刀补撤消：若在某程序段出现刀补撤消指令
10、，则刀补撤消：若在某程序段出现刀补撤消指令，则刀补撤消：若在某程序段出现刀补撤消指令，则取消刀位点产生的偏置，使刀位点回复到编程轨取消刀位点产生的偏置，使刀位点回复到编程轨取消刀位点产生的偏置，使刀位点回复到编程轨取消刀位点产生的偏置，使刀位点回复到编程轨迹上。（迹上。（迹上。（迹上。（T0100T0100T0100T0100，G40G40G40G40，D00D00D00D00，H00 H00 H00 H00）第8页/共45页第九页，共45页。4 4 4 4使用使用使用使用(shyng)(shyng)(shyng)(shyng)要点要点要点要点 （1 1）在）在）在）在G00G00和和和和G0
11、1G01插补指令段建立和撤消刀补。插补指令段建立和撤消刀补。插补指令段建立和撤消刀补。插补指令段建立和撤消刀补。（2 2）在在在在建建建建立立立立新新新新的的的的刀刀刀刀补补补补时时时时，应应应应先先先先撤撤撤撤消消消消已已已已建建建建立立立立的的的的刀刀刀刀补补补补，然然然然后再建立新的刀补。后再建立新的刀补。后再建立新的刀补。后再建立新的刀补。（3 3）将将将将刀刀刀刀补补补补建建建建立立立立和和和和撤撤撤撤消消消消指指指指令令令令安安安安排排排排在在在在零零零零件件件件加加加加工工工工(ji(ji gng)gng)的的的的辅辅辅辅助助助助空空空空行行行行程程程程程程程程序序序序段段段段中
12、中中中，使使使使刀刀刀刀补补补补建建建建立立立立和和和和撤消过程中不进行切削加工撤消过程中不进行切削加工撤消过程中不进行切削加工撤消过程中不进行切削加工(ji gng)(ji gng)。第9页/共45页第十页，共45页。二、刀具位置补偿二、刀具位置补偿(bchng)原理原理 第10页/共45页第十一页，共45页。当当当当1 1 1 1号刀从号刀从号刀从号刀从B B B B点直线运动到点直线运动到点直线运动到点直线运动到A A A A点时，其在点时，其在点时，其在点时，其在X X X X轴、轴、轴、轴、Z Z Z Z轴位移轴位移轴位移轴位移(wiy)(wiy)(wiy)(wiy)增量分别为增量分
13、别为增量分别为增量分别为UBAUBAUBAUBA、WBA WBA WBA WBA 当当当当2 2 2 2号刀从号刀从号刀从号刀从 C C C C点运动到点运动到点运动到点运动到 A A A A点时，在点时，在点时，在点时，在 X X X X轴和轴和轴和轴和Z Z Z Z轴上的位移增量轴上的位移增量轴上的位移增量轴上的位移增量(zn lin)(zn lin)(zn lin)(zn lin)分别为分别为分别为分别为 UCAUCAUCAUCA、WCA WCA WCA WCA 程序程序程序程序(chngx)(chngx)(chngx)(chngx)是按是按是按是按1 1 1 1号刀刀位点号刀刀位点号刀
14、刀位点号刀刀位点B B B B点编制的。设点编制的。设点编制的。设点编制的。设I I I I、K K K K为为为为2 2 2 2号刀号刀号刀号刀X X X X轴、轴、轴、轴、Z Z Z Z轴的刀补值，令轴的刀补值，令轴的刀补值，令轴的刀补值，令 （2-122-12）（2-132-13）第11页/共45页第十二页，共45页。比较以上比较以上(yshng)两式，得两式，得2号刀刀补值为：号刀刀补值为：编编编编程程程程员员员员按按按按式式式式（2-142-142-142-14）计计计计算算算算2 2 2 2号号号号刀刀刀刀位位位位置置置置补补补补偿偿偿偿值值值值，并并并并将将将将其其其其输输输输入
15、入入入到到到到对对对对应应应应的的的的刀刀刀刀补补补补寄寄寄寄存存存存器器器器中中中中，当当当当CNCCNCCNCCNC装装装装置置置置执执执执行行行行刀刀刀刀具具具具补补补补偿偿偿偿指指指指令令令令时时时时，按按按按式式式式（2-132-132-132-13）计计计计算算算算X X X X轴轴轴轴和和和和Z Z Z Z轴轴轴轴位位位位移移移移增增增增量量量量，并并并并按按按按此此此此位位位位移移移移增增增增量量量量控控控控制制制制刀刀刀刀具具具具运运运运动动动动(yndng)(yndng)(yndng)(yndng)，使使使使2 2 2 2号号号号刀刀刀刀刀刀刀刀位位位位点点点点C C C
16、C最最最最终终终终运运运运动动动动(yndng)(yndng)(yndng)(yndng)到到到到A A A A点。点。点。点。CNC CNC装置处理刀具装置处理刀具装置处理刀具装置处理刀具(doj)(doj)位置补偿的有关计位置补偿的有关计位置补偿的有关计位置补偿的有关计算，是在轨迹插补前一次性处理完的，属于插补预算，是在轨迹插补前一次性处理完的，属于插补预算，是在轨迹插补前一次性处理完的，属于插补预算，是在轨迹插补前一次性处理完的，属于插补预处理，而非实时任务。处理，而非实时任务。处理，而非实时任务。处理，而非实时任务。（2-142-14）第12页/共45页第十三页，共45页。三、刀具长度
17、三、刀具长度(chngd)(chngd)补偿原理补偿原理 n n以钻削加工为例简要以钻削加工为例简要以钻削加工为例简要以钻削加工为例简要(ji(ji nyo)nyo)说明刀具长度补偿原理。说明刀具长度补偿原理。说明刀具长度补偿原理。说明刀具长度补偿原理。n n如图如图如图如图2-132-13所示，标准刀具为所示，标准刀具为所示，标准刀具为所示，标准刀具为，要求刀位点，要求刀位点，要求刀位点，要求刀位点A A运动到指定的平面运动到指定的平面运动到指定的平面运动到指定的平面MM，使，使，使，使用增量坐标编程（也可使用绝对坐标编程），终点坐标为用增量坐标编程（也可使用绝对坐标编程），终点坐标为用增量
18、坐标编程（也可使用绝对坐标编程），终点坐标为用增量坐标编程（也可使用绝对坐标编程），终点坐标为W1W1。但由于。但由于。但由于。但由于刀具重磨等原因，实际刀具为刀具重磨等原因，实际刀具为刀具重磨等原因，实际刀具为刀具重磨等原因，实际刀具为，刀位点为，刀位点为，刀位点为，刀位点为B B。若仍按编程要求使刀。若仍按编程要求使刀。若仍按编程要求使刀。若仍按编程要求使刀位点位点位点位点B B到达平面到达平面到达平面到达平面MM，实际位移应为，实际位移应为，实际位移应为，实际位移应为W2W2。这样应在编程终点坐标。这样应在编程终点坐标。这样应在编程终点坐标。这样应在编程终点坐标W1W1的基的基的基的基础
19、上自动补偿一个值础上自动补偿一个值础上自动补偿一个值础上自动补偿一个值W3W3，使其与实际终点坐标，使其与实际终点坐标，使其与实际终点坐标，使其与实际终点坐标W2W2一致，而不必修改一致，而不必修改一致，而不必修改一致，而不必修改程序。即程序。即程序。即程序。即加号加号加号加号(ji ho)(ji ho)(ji ho)(ji ho)对应指令对应指令对应指令对应指令G43G43G43G43，减号对应指令，减号对应指令，减号对应指令，减号对应指令G44G44G44G44。补偿值为。补偿值为。补偿值为。补偿值为 G43G43指令对应取正号，指令对应取正号，指令对应取正号，指令对应取正号，G44G44
20、指令对应取负号。指令对应取负号。指令对应取负号。指令对应取负号。（2-152-15）（2-162-16）第13页/共45页第十四页，共45页。刀具长度补偿刀具长度补偿刀具长度补偿刀具长度补偿(bchng)(bchng)(bchng)(bchng)原理为：编原理为：编原理为：编原理为：编程员按式（程员按式（程员按式（程员按式（2-162-162-162-16）计）计）计）计算刀具算刀具算刀具算刀具的长度补偿的长度补偿的长度补偿的长度补偿(bchng)(bchng)(bchng)(bchng)值值值值W3W3W3W3，并输，并输，并输，并输入到对应的刀补寄存入到对应的刀补寄存入到对应的刀补寄存入到
21、对应的刀补寄存器中，当器中，当器中，当器中，当CNCCNCCNCCNC装置执行装置执行装置执行装置执行刀具长度补偿刀具长度补偿刀具长度补偿刀具长度补偿(bchng)(bchng)(bchng)(bchng)指令时，数指令时，数指令时，数指令时，数控装置按式（控装置按式（控装置按式（控装置按式（2-152-152-152-15）计算计算计算计算Z Z Z Z轴终点坐标轴终点坐标轴终点坐标轴终点坐标W2W2W2W2，使刀位点使刀位点使刀位点使刀位点B B B B运动到平面运动到平面运动到平面运动到平面M M M M。第14页/共45页第十五页，共45页。四、刀具半径补偿四、刀具半径补偿(bchng
22、)原理原理 1刀具半径补偿的作用刀具半径补偿的作用 在数控铣床上用圆柱铣刀加工母线为任意曲在数控铣床上用圆柱铣刀加工母线为任意曲线的平面轮廓线的平面轮廓 时，刀位点轨迹应该是轮廓时，刀位点轨迹应该是轮廓线的等距线线的等距线；使用圆头车刀车削零件表面，并将刀位点选使用圆头车刀车削零件表面，并将刀位点选为车刀的圆弧切削为车刀的圆弧切削(qixio)刃圆心时，与刃圆心时，与上述情况相同。上述情况相同。如图如图2-14所示。所示。第15页/共45页第十六页，共45页。第16页/共45页第十七页，共45页。2刀具半径补偿的刀位点计算刀具半径补偿的刀位点计算 如图如图2-15所示，设刀具半径补偿所示，设刀
23、具半径补偿值为值为r。当零件轮廓线是直线。当零件轮廓线是直线或圆弧时，刀位点的轨迹线形或圆弧时，刀位点的轨迹线形(xin xn)不变，分别是与零不变，分别是与零件轮廓线距离为件轮廓线距离为r的等距直线的等距直线和与零件轮廓线半径差为和与零件轮廓线半径差为r的的等距同心圆弧。等距同心圆弧。刀具半径补偿中刀位点一般采刀具半径补偿中刀位点一般采用矢量方法计算。用矢量方法计算。第17页/共45页第十八页，共45页。第18页/共45页第十九页，共45页。3B功能刀具半径补偿与功能刀具半径补偿与C功能刀功能刀具半径补偿具半径补偿 零件轮廓常由多段直线和圆弧组合零件轮廓常由多段直线和圆弧组合而成，刀具半径补
24、偿时涉及两段而成，刀具半径补偿时涉及两段基本轮廓线连接点处刀位点轨迹基本轮廓线连接点处刀位点轨迹如何转接的问题，如图如何转接的问题，如图2-15a所示。所示。可采用两种方法处理两段轮廓线连可采用两种方法处理两段轮廓线连接点处刀位点轨迹的转接：接点处刀位点轨迹的转接：采用圆弧过渡转接，称为采用圆弧过渡转接，称为(chn wi)B功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。考虑两段刀位点轨迹的具体情况，考虑两段刀位点轨迹的具体情况，采用缩短、延长和插入一段直线采用缩短、延长和插入一段直线段完成转接，称为段完成转接，称为(chn wi)C功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。目前，目前，CNC装置普遍采用装置
25、普遍采用C功能刀功能刀具半径补偿。具半径补偿。第19页/共45页第二十页，共45页。第20页/共45页第二十一页，共45页。根根根根据据据据C C C C功功功功能能能能刀刀刀刀具具具具半半半半径径径径补补补补偿偿偿偿的的的的需需需需要要要要(xyo)(xyo)(xyo)(xyo)，除除除除 译译译译码码码码缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区BSBSBSBS外外外外，在在在在CNCCNCCNCCNC装装装装置置置置的的的的内内内内存存存存中中中中又又又又增增增增设设设设了了了了刀刀刀刀补补补补缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区CSCSCSCS、插插插插补补补补缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区ASASASAS和输出缓冲区和
26、输出缓冲区和输出缓冲区和输出缓冲区OSOSOSOS。4 4C C功能刀具功能刀具功能刀具功能刀具(doj)(doj)半径补偿指令的执行半径补偿指令的执行半径补偿指令的执行半径补偿指令的执行 第21页/共45页第二十二页，共45页。第二章第二章 数控系统及工数控系统及工作作(gngzu)(gngzu)原理原理 第一节第一节 概述概述第二节第二节 数控插补原理数控插补原理第三节第三节 数控补偿原理数控补偿原理第四节第四节 位移位移(wiy)与速度检测与速度检测第五节第五节 伺服驱动与控制伺服驱动与控制第六节第六节 CNC装置装置第第七七节节 CNC系系统统中中的的可可编编程程控控制制器（器（PLC
27、）第22页/共45页第二十三页，共45页。第四节第四节 位移位移(wiy)(wiy)与速度检测与速度检测 位移检测装置是闭环和半闭环控制的位移检测装置是闭环和半闭环控制的位移检测装置是闭环和半闭环控制的位移检测装置是闭环和半闭环控制的CNCCNCCNCCNC系统的系统的系统的系统的重要组成部分重要组成部分重要组成部分重要组成部分 在闭环（包括半闭环）伺服系统中，除位置检在闭环（包括半闭环）伺服系统中，除位置检在闭环（包括半闭环）伺服系统中，除位置检在闭环（包括半闭环）伺服系统中，除位置检测外，还需要检测并反馈执行部件测外，还需要检测并反馈执行部件测外，还需要检测并反馈执行部件测外，还需要检测并
28、反馈执行部件(bjin)(bjin)(bjin)(bjin)的的的的运动速度，构成速度的闭环反馈控制。运动速度，构成速度的闭环反馈控制。运动速度，构成速度的闭环反馈控制。运动速度，构成速度的闭环反馈控制。检测装置的分类检测装置的分类检测装置的分类检测装置的分类一、概述一、概述(i sh)直线型直线型直线型直线型 VS VS 回转型回转型回转型回转型数字式数字式数字式数字式 VS VS 模拟式模拟式模拟式模拟式绝对式绝对式绝对式绝对式 VS VS 增量式增量式增量式增量式第23页/共45页第二十四页，共45页。二、直线二、直线二、直线二、直线(zhxin)(zhxin)光栅光栅光栅光栅 物理光栅
29、物理光栅物理光栅物理光栅 ：刻线细而密，栅距：刻线细而密，栅距：刻线细而密，栅距：刻线细而密，栅距(两刻线间的距离两刻线间的距离两刻线间的距离两刻线间的距离)在在在在0.0020.0020.0020.0020.005mm0.005mm0.005mm0.005mm之间，主要用于光谱分析和光波波之间，主要用于光谱分析和光波波之间，主要用于光谱分析和光波波之间，主要用于光谱分析和光波波长的测量。长的测量。长的测量。长的测量。计量光栅计量光栅计量光栅计量光栅 ：刻线相对较粗，栅距在：刻线相对较粗，栅距在：刻线相对较粗，栅距在：刻线相对较粗，栅距在0.0040.0040.0040.0040.25mm0.
30、25mm0.25mm0.25mm之间，主要用于高精度位移的检测，是数控进给伺之间，主要用于高精度位移的检测，是数控进给伺之间，主要用于高精度位移的检测，是数控进给伺之间，主要用于高精度位移的检测，是数控进给伺服系统使用服系统使用服系统使用服系统使用(shyng)(shyng)(shyng)(shyng)较多的一种检测装置。较多的一种检测装置。较多的一种检测装置。较多的一种检测装置。直线光栅：用于直线位移的检测直线光栅：用于直线位移的检测直线光栅：用于直线位移的检测直线光栅：用于直线位移的检测 圆光栅：用于角位移的检测圆光栅：用于角位移的检测圆光栅：用于角位移的检测圆光栅：用于角位移的检测 第2
31、4页/共45页第二十五页，共45页。1 1直线光栅的结构直线光栅的结构直线光栅的结构直线光栅的结构(jigu)(jigu)和特点和特点和特点和特点 按光路不同，直线光栅分透射光栅和反射光栅。按光路不同，直线光栅分透射光栅和反射光栅。按光路不同，直线光栅分透射光栅和反射光栅。按光路不同，直线光栅分透射光栅和反射光栅。光栅检测装置：标尺光栅光栅检测装置：标尺光栅光栅检测装置：标尺光栅光栅检测装置：标尺光栅 +光栅读数头光栅读数头光栅读数头光栅读数头 标尺光栅：标尺光栅：标尺光栅：标尺光栅：透射标尺光栅：光学玻璃；刻线平行，间距相等透射标尺光栅：光学玻璃；刻线平行，间距相等透射标尺光栅：光学玻璃；刻
32、线平行，间距相等透射标尺光栅：光学玻璃；刻线平行，间距相等(xingdng)(xingdng)(xingdng)(xingdng)；光透射；栅距；光透射；栅距；光透射；栅距；光透射；栅距P P P P；常用线纹密度为；常用线纹密度为；常用线纹密度为；常用线纹密度为100100100100250250250250条条条条/mm/mm/mm/mm。反射标尺光栅：钢尺或不锈钢带；光反射和漫射；反射标尺光栅：钢尺或不锈钢带；光反射和漫射；反射标尺光栅：钢尺或不锈钢带；光反射和漫射；反射标尺光栅：钢尺或不锈钢带；光反射和漫射；常用的刻线密度为常用的刻线密度为常用的刻线密度为常用的刻线密度为2525252
33、550505050条条条条/mm/mm/mm/mm。光栅读数头：又叫光电转换器，可把光栅莫尔条纹光栅读数头：又叫光电转换器，可把光栅莫尔条纹光栅读数头：又叫光电转换器，可把光栅莫尔条纹光栅读数头：又叫光电转换器，可把光栅莫尔条纹变为电信号；由光源，透镜、指示光栅变为电信号；由光源，透镜、指示光栅变为电信号；由光源，透镜、指示光栅变为电信号；由光源，透镜、指示光栅(与标尺光栅与标尺光栅与标尺光栅与标尺光栅结构相同，但尺寸短，安装在不同部件上）、光敏结构相同，但尺寸短，安装在不同部件上）、光敏结构相同，但尺寸短，安装在不同部件上）、光敏结构相同，但尺寸短，安装在不同部件上）、光敏元件和驱动线路组成
34、。元件和驱动线路组成。元件和驱动线路组成。元件和驱动线路组成。透射：垂直入射读数头、分光读数头和镜像读数头。透射：垂直入射读数头、分光读数头和镜像读数头。透射：垂直入射读数头、分光读数头和镜像读数头。透射：垂直入射读数头、分光读数头和镜像读数头。反射：反射读数头。反射：反射读数头。反射：反射读数头。反射：反射读数头。第25页/共45页第二十六页，共45页。垂直入射读数垂直入射读数垂直入射读数垂直入射读数(dsh)(dsh)(dsh)(dsh)头的结构原理图头的结构原理图头的结构原理图头的结构原理图第26页/共45页第二十七页，共45页。标尺标尺标尺标尺(bioch)(bioch)光栅光栅光栅光
35、栅第27页/共45页第二十八页，共45页。2 2 2 2直线光栅的工作直线光栅的工作直线光栅的工作直线光栅的工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理 莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹：两两两两光光光光栅栅栅栅尺尺尺尺平平平平行行行行放放放放置置置置，使使使使刻刻刻刻线线线线相相相相对对对对旋旋旋旋转转转转一一一一个个个个很很很很小小小小的的的的角角角角度度度度，在在在在光光光光的的的的照照照照射射射射下下下下，在在在在光光光光栅栅栅栅尺尺尺尺的的的的另另另另一一一一侧侧侧侧、在在在在与与与与刻刻刻刻线线线线垂垂垂垂直直直直的的的的方方方方向向向向上上上上形形
36、形形成成成成明明明明暗暗暗暗交交交交替替替替(jiot)(jiot)(jiot)(jiot)的的的的粗粗粗粗大大大大条条条条纹纹纹纹，即即即即莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹；当当当当两两两两光光光光栅栅栅栅尺尺尺尺左右相对移动时，莫尔条纹上下滚动。左右相对移动时，莫尔条纹上下滚动。左右相对移动时，莫尔条纹上下滚动。左右相对移动时，莫尔条纹上下滚动。莫尔条纹是由挡光效应或光的衍射形成的。莫尔条纹是由挡光效应或光的衍射形成的。莫尔条纹是由挡光效应或光的衍射形成的。莫尔条纹是由挡光效应或光的衍射形成的。当当当当栅栅栅栅距距距距与与与与光光光光的的的的波波波波长长长长接接接接近近近近时时时时，莫莫莫
37、莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹由由由由光光光光的的的的衍衍衍衍射射射射形成；形成；形成；形成；当当当当栅栅栅栅距距距距比比比比光光光光的的的的波波波波长长长长大大大大得得得得多多多多时时时时，莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹由由由由挡挡挡挡光光光光效效效效应形成。应形成。应形成。应形成。计量光栅的莫尔条纹一般都基于挡光效应。计量光栅的莫尔条纹一般都基于挡光效应。计量光栅的莫尔条纹一般都基于挡光效应。计量光栅的莫尔条纹一般都基于挡光效应。第28页/共45页第二十九页，共45页。第29页/共45页第三十页，共45页。莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹莫尔条纹(tio wn)(tio wn)(tio wn)(ti
38、o wn)具有如下特性：具有如下特性：具有如下特性：具有如下特性：明暗相间的摩尔条纹光强分布明暗相间的摩尔条纹光强分布明暗相间的摩尔条纹光强分布明暗相间的摩尔条纹光强分布(fnb)(fnb)近似余弦函近似余弦函近似余弦函近似余弦函数：数：数：数：摩尔条纹具有放大作用：摩尔条纹具有放大作用：摩尔条纹具有放大作用：摩尔条纹具有放大作用：摩尔条纹具有误差均化作用；摩尔条纹具有误差均化作用；摩尔条纹具有误差均化作用；摩尔条纹具有误差均化作用；摩尔条纹的移动方向与光栅尺的移动方向相垂直，摩尔条纹的移动方向与光栅尺的移动方向相垂直，摩尔条纹的移动方向与光栅尺的移动方向相垂直，摩尔条纹的移动方向与光栅尺的移
39、动方向相垂直，且两光栅尺相对移动一个栅距且两光栅尺相对移动一个栅距且两光栅尺相对移动一个栅距且两光栅尺相对移动一个栅距P P，摩尔条纹上下移，摩尔条纹上下移，摩尔条纹上下移，摩尔条纹上下移动一个莫尔条纹宽度动一个莫尔条纹宽度动一个莫尔条纹宽度动一个莫尔条纹宽度W W。+第30页/共45页第三十一页，共45页。摩尔条纹摩尔条纹摩尔条纹摩尔条纹(tio wn)(tio wn)信号的转换：信号的转换：信号的转换：信号的转换：n n检测莫尔条纹的位移可间接获得两光栅尺的相对位移。检测莫尔条纹的位移可间接获得两光栅尺的相对位移。检测莫尔条纹的位移可间接获得两光栅尺的相对位移。检测莫尔条纹的位移可间接获得
40、两光栅尺的相对位移。n n采用光敏元件及相应的驱动电路将光强度信号转换为成比采用光敏元件及相应的驱动电路将光强度信号转换为成比采用光敏元件及相应的驱动电路将光强度信号转换为成比采用光敏元件及相应的驱动电路将光强度信号转换为成比例例例例(bl)(bl)(bl)(bl)的电压信号：的电压信号：的电压信号：的电压信号：n n在宽度在宽度在宽度在宽度W W W W内，每隔内，每隔内，每隔内，每隔/2/2/2/2放置一个光电元件，共放置放置一个光电元件，共放置放置一个光电元件，共放置放置一个光电元件，共放置4 4 4 4个，则个，则个，则个，则各元件输出的电压信号在相位上依次相差各元件输出的电压信号在相
41、位上依次相差各元件输出的电压信号在相位上依次相差各元件输出的电压信号在相位上依次相差/2/2/2/2，即：，即：，即：，即：或或或或第31页/共45页第三十二页，共45页。3 3 3 3直线直线直线直线(zhxin)(zhxin)(zhxin)(zhxin)光栅检测电路光栅检测电路光栅检测电路光栅检测电路 功用：将光敏元件和对应的驱动电路输出的功用：将光敏元件和对应的驱动电路输出的功用：将光敏元件和对应的驱动电路输出的功用：将光敏元件和对应的驱动电路输出的4 4 4 4路模拟路模拟路模拟路模拟电压信号（电压信号（电压信号（电压信号（UaUaUaUa、UbUbUbUb、UcUcUcUc、UdUd
42、UdUd）转换为数字脉冲信号，）转换为数字脉冲信号，）转换为数字脉冲信号，）转换为数字脉冲信号，并使每一个并使每一个并使每一个并使每一个(y)(y)(y)(y)脉冲对应一个脉冲对应一个脉冲对应一个脉冲对应一个(y)(y)(y)(y)固定的位移固定的位移固定的位移固定的位移量。量。量。量。两种脉冲输出方式：两种脉冲输出方式：两种脉冲输出方式：两种脉冲输出方式：第一种方式是正向和反向位移所对应的脉冲分别由不第一种方式是正向和反向位移所对应的脉冲分别由不第一种方式是正向和反向位移所对应的脉冲分别由不第一种方式是正向和反向位移所对应的脉冲分别由不同的输出端输出，并分别称为正走脉冲和反走脉冲，同的输出端
43、输出，并分别称为正走脉冲和反走脉冲，同的输出端输出，并分别称为正走脉冲和反走脉冲，同的输出端输出，并分别称为正走脉冲和反走脉冲，适用于采用可逆计数器对脉冲计数的场合；适用于采用可逆计数器对脉冲计数的场合；适用于采用可逆计数器对脉冲计数的场合；适用于采用可逆计数器对脉冲计数的场合；第二种方式是正向和反向位移所对应的脉冲都由同一第二种方式是正向和反向位移所对应的脉冲都由同一第二种方式是正向和反向位移所对应的脉冲都由同一第二种方式是正向和反向位移所对应的脉冲都由同一个个个个(y)(y)(y)(y)输出端输出，位移的方向由一个输出端输出，位移的方向由一个输出端输出，位移的方向由一个输出端输出，位移的方
44、向由一个(y)(y)(y)(y)控控控控制端给出，适用于采用带加减计数控制端的计器数对制端给出，适用于采用带加减计数控制端的计器数对制端给出，适用于采用带加减计数控制端的计器数对制端给出，适用于采用带加减计数控制端的计器数对脉冲计数的场合。脉冲计数的场合。脉冲计数的场合。脉冲计数的场合。第32页/共45页第三十三页，共45页。下降下降下降下降(xijing)(xijing)沿微分沿微分沿微分沿微分第33页/共45页第三十四页，共45页。第34页/共45页第三十五页，共45页。二、脉冲二、脉冲(michng)(michng)编编码器码器 一种旋转式脉冲发生器，能把机械角位移变成电脉冲一种旋转式脉
45、冲发生器，能把机械角位移变成电脉冲一种旋转式脉冲发生器，能把机械角位移变成电脉冲一种旋转式脉冲发生器，能把机械角位移变成电脉冲信号信号信号信号(xnho)(xnho)(xnho)(xnho)，是数控机床伺服系统中使用很广的位，是数控机床伺服系统中使用很广的位，是数控机床伺服系统中使用很广的位，是数控机床伺服系统中使用很广的位移检测装置，也可作为速度检测装置用于速度检测。移检测装置，也可作为速度检测装置用于速度检测。移检测装置，也可作为速度检测装置用于速度检测。移检测装置，也可作为速度检测装置用于速度检测。脉冲编码器分光电式，接触式和电磁感应式三种。数脉冲编码器分光电式，接触式和电磁感应式三种。
46、数脉冲编码器分光电式，接触式和电磁感应式三种。数脉冲编码器分光电式，接触式和电磁感应式三种。数控机床伺服系统中主要使用光电式脉冲编码器。控机床伺服系统中主要使用光电式脉冲编码器。控机床伺服系统中主要使用光电式脉冲编码器。控机床伺服系统中主要使用光电式脉冲编码器。常用的脉冲编码器分辨率有常用的脉冲编码器分辨率有常用的脉冲编码器分辨率有常用的脉冲编码器分辨率有2000p/r2000p/r2000p/r2000p/r、2500p/r2500p/r2500p/r2500p/r和和和和3000p/r3000p/r3000p/r3000p/r等，在高速、高精度数字伺服系统中，脉冲等，在高速、高精度数字伺服
47、系统中，脉冲等，在高速、高精度数字伺服系统中，脉冲等，在高速、高精度数字伺服系统中，脉冲编码器分辨率达编码器分辨率达编码器分辨率达编码器分辨率达20000p/r20000p/r20000p/r20000p/r、25000p/r25000p/r25000p/r25000p/r和和和和30000p/r30000p/r30000p/r30000p/r等。等。等。等。第35页/共45页第三十六页，共45页。1 1光电脉冲光电脉冲光电脉冲光电脉冲(michng)(michng)编码器的结构编码器的结构编码器的结构编码器的结构 第36页/共45页第三十七页，共45页。第37页/共45页第三十八页，共45页
48、。第38页/共45页第三十九页，共45页。2 2 2 2光电脉冲光电脉冲光电脉冲光电脉冲(michng)(michng)(michng)(michng)编码器的工作原理编码器的工作原理编码器的工作原理编码器的工作原理 平平平平行行行行光光光光束束束束透透透透过过过过(tu(tu(tu(tu u)u)u)u)圆圆圆圆光光光光栅栅栅栅和和和和指指指指示示示示光光光光栅栅栅栅的的的的线线线线纹纹纹纹部部部部分分分分，照照照照射到光敏元件上，形成明暗相间的光照条纹。射到光敏元件上，形成明暗相间的光照条纹。射到光敏元件上，形成明暗相间的光照条纹。射到光敏元件上，形成明暗相间的光照条纹。当当当当圆圆圆圆光
49、光光光栅栅栅栅旋旋旋旋转转转转时时时时，光光光光照照照照条条条条纹纹纹纹总总总总通通通通光光光光量量量量呈呈呈呈现现现现周周周周期期期期性性性性变变变变化化化化，每每每每转转转转过一个节距，总通光量变化一个周期。过一个节距，总通光量变化一个周期。过一个节距，总通光量变化一个周期。过一个节距，总通光量变化一个周期。圆圆圆圆光光光光栅栅栅栅每每每每旋旋旋旋转转转转一一一一周周周周，其其其其零零零零位位位位狭狭狭狭缝缝缝缝与与与与指指指指示示示示光光光光栅栅栅栅的的的的零零零零位位位位狭狭狭狭缝缝缝缝重重重重合合合合一次，该处的光敏元件相应产生一个呈余弦形状的脉冲信号。一次，该处的光敏元件相应产生一
50、个呈余弦形状的脉冲信号。一次，该处的光敏元件相应产生一个呈余弦形状的脉冲信号。一次，该处的光敏元件相应产生一个呈余弦形状的脉冲信号。若若若若以以以以圆圆圆圆光光光光栅栅栅栅和和和和指指指指示示示示光光光光栅栅栅栅的的的的a a a a组组组组线线线线纹纹纹纹的的的的透透透透明明明明条条条条形形形形区区区区域域域域完完完完全全全全重重重重合合合合时时时时刻刻刻刻为为为为时时时时间间间间初初初初始始始始状状状状态态态态，则则则则a a a a组组组组、b b b b组组组组、z z z z狭狭狭狭缝缝缝缝处处处处光光光光敏敏敏敏元元元元件件件件输输输输出出出出的信号波形如图的信号波形如图的信号波形