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1、数控机床及应用数控机床及应用上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩模块模块2 数控铣床数控铣床项目项目3 数控铣床位置检测数控铣床位置检测装置装置上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩1.1 1.1 项目要点项目要点（1）了解位置检测装置的分类、组成及工作）了解位置检测装置的分类、组成及工作原理。原理。（2）掌握光电编码器的工作原理。）掌握光电编码器的工作原理。（3）掌握感应同步器的工作原理。）掌握感应同步器的工作原理。（4）掌握旋转变压器的工作原理。）掌握旋转变压器的工作原理。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩1.1.2 2 学习目标学习目标（1）能够了解位置检测装置的分类、组）能
2、够了解位置检测装置的分类、组成及工作原理。成及工作原理。（2）能够掌握光电编码器的工作原理。）能够掌握光电编码器的工作原理。（3）能够掌握感应同步器的工作原理。）能够掌握感应同步器的工作原理。（4）能够掌握旋转变压器的工作原理。）能够掌握旋转变压器的工作原理。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 位置检测装置的作用与要求位置检测装置的作用与要求 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 位位置置检检测测装装置置是是数数控控系系统统的的重重要要组组成成部部分分，在在闭闭环环数数控控系系统统中中，必必须须利利用用位位置置检检测测装装置置把把机机床床运运动动部部件件的的实实际际位位移移量量随随时时
3、检检测测出出来来，与与给给定定的的控控制制值值（指指令令信信号号）进进行行比比较较，从从而而控控制制驱驱动动元元件件正正确确运运转转，使使工工作作台台（或或刀刀具具）按按规规定定的的轨轨迹迹和和坐坐标标移移动动。数数控控机机床床加加工工中中的的位位置置精精度度，主主要要取取决决于于数数控控机机床床驱驱动动元元件件和和位位置置检检测测装装置置的的精精度度，因因此此，位位置置检检测测装装置置是是数数控控机机床床的的关关键键部部件件之之一一，它对于提高数控机床的加工精度有决定性的作用。它对于提高数控机床的加工精度有决定性的作用。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩位置检测装置的分类位置检测装置的
4、分类(1)绝对值测量方式和增量测量方式绝对值测量方式和增量测量方式(2)数字式测量和模拟式测量数字式测量和模拟式测量(3)直接测量和间接测量直接测量和间接测量 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩光电编码器光电编码器 光电编码器是一种旋转式的角位移检测装置，在数控机床中得光电编码器是一种旋转式的角位移检测装置，在数控机床中得到了广泛的使用。光电编码器直接将被测角位移转换成数字（脉到了广泛的使用。光电编码器直接将被测角位移转换成数字（脉冲）信号表示，所以也称为脉冲编码器。这种测量方式没有累积冲）信号表示，所以也称为脉冲编码器。这种测量方式没有累积误差。
5、光电编码器也可用来检测转速误差。光电编码器也可用来检测转速。光电编码器的种类光电编码器的种类 光电编码器也可以按测量的坐标系来分类，分为增光电编码器也可以按测量的坐标系来分类，分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器。量式光电编码器和绝对式光电编码器。1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩增量式光电编码器增量式光电编码器增量式光电编码器检测装置增量式光电编码器检测装置1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩光电编码器光电编码器增量式光电编码器结构及其输出信号增量式光电编码器结构及其输出信号 1.31.3 位置检测装
6、置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩光电编码器光电编码器光电盘辩向环节逻辑图集波形光电盘辩向环节逻辑图集波形 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩绝对式光电编码器绝对式光电编码器 四位二进制编码盘四位二进制编码盘1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩四位二进制格雷码盘四位二进制格雷码盘 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 CHA型编码器的外形及安装尺寸型编码器的外形及安装尺寸 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学
7、硕士学位答辩编码器的安装方式编码器的安装方式 a)内装式内装式 b）外装式）外装式1 伺服电动机伺服电动机 2 编码器编码器 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩编码器的安装方式编码器的安装方式 a)内装式内装式 b）外装式）外装式1 伺服电动机伺服电动机 2 编码器编码器 编码器在数控机床中的应用编码器在数控机床中的应用 1、位移测量、位移测量 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩数控回转工作台数控回转工作台(卡盘卡盘)用于空间曲线加工用于空间曲线加工1 数控回转卡盘数控回转卡盘 2 工件工件 编码器在数
8、控机床中的应用编码器在数控机床中的应用 2、主轴控制、主轴控制（l）主轴旋转与坐标轴进给的同步控制）主轴旋转与坐标轴进给的同步控制 （2）恒线速切削控制）恒线速切削控制（3）主轴定向准停控制）主轴定向准停控制（4）零标志脉冲用于回参考点控制）零标志脉冲用于回参考点控制1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 编码器在数控机床中的应用编码器在数控机床中的应用 卧式加工中心参考点卧式加工中心参考点 回参考点方式回参考点方式a)当块位置当块位置 b)回参考点控制回参考点控制 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩光光
9、栅栅 尺尺 光栅主要有两大类，物理光栅和计量光栅。物理光栅的测量精度非常高（栅距为光栅主要有两大类，物理光栅和计量光栅。物理光栅的测量精度非常高（栅距为0.0020.005mm），通常用于光谱分析和光波波长测定等。计量光栅相对而言刻度线），通常用于光谱分析和光波波长测定等。计量光栅相对而言刻度线粗一些，栅距大一些（粗一些，栅距大一些（0.0040.25mm)，通常用于检测直线位移和角位移等。在高精，通常用于检测直线位移和角位移等。在高精度数控机床上，目前大量使用计量光栅作为位置检测装置。度数控机床上，目前大量使用计量光栅作为位置检测装置。光栅位置检测装置的构成光栅位置检测装置的构成 1.31.
10、3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩光栅的种类光栅的种类 光栅主要用于检测直线位移和角位移。检测直线位移的称为直线光栅，检测角位光栅主要用于检测直线位移和角位移。检测直线位移的称为直线光栅，检测角位移的称为圆光栅。移的称为圆光栅。透射光栅检测装置透射光栅检测装置 反射光栅检测装置反射光栅检测装置 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩直线透射光栅的工作原理直线透射光栅的工作原理直线透射光栅由标尺光栅、指示光栅、光源、透镜、光电元件及检测电路等组成。直线透射光栅由标尺光栅、指示光栅、光源、透镜、光电元件及检测电路等组成。
11、莫尔条纹形成原理莫尔条纹形成原理1.起放大作用起放大作用 2.起均化误差作用起均化误差作用3.莫尔条纹移动与莫尔条纹移动与光栅栅距移动之光栅栅距移动之间的关系间的关系 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩光栅的检测电路光栅的检测电路 1.31.3 位置检测装置位置检测装置 上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 1.实施目标实施目标 1）了解位置测量装置的基本概念。）了解位置测量装置的基本概念。2）掌握几种位置测量装置）掌握几种位置测量装置(光电式增量编码器光电式增量编码器(又又称码盘称码盘)、光栅尺等、光栅尺等)的
12、使用方法和信号处理方法，并的使用方法和信号处理方法，并合理选用。合理选用。3）掌握数控机床开环、闭环控制系统的原理和应）掌握数控机床开环、闭环控制系统的原理和应用。用。4）了解机床误差的测量和补偿方法。）了解机床误差的测量和补偿方法。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 2.仪器与设备：仪器与设备：1）HED-21S数控系统综合实验台一套。数控系统综合实验台一套。2）专用连接线一套。）专用连接线一套。3）示波器一台。）示波器一台。4）万用表一个。）万用表一个。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 3.实施内容实施内容 1）
13、手摇单元波形、光电编码盘波形、光）手摇单元波形、光电编码盘波形、光栅尺波形的测试栅尺波形的测试（1）参照图）参照图2-45、图、图2-46连接数控系统，此连接数控系统，此时光栅尺位置反馈信号只是用来显示坐标轴时光栅尺位置反馈信号只是用来显示坐标轴的实际位置，并没有用来作为位置的闭环控的实际位置，并没有用来作为位置的闭环控制。仔细检查接线，保证接线正确。制。仔细检查接线，保证接线正确。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 半闭环控制系统与松下交流伺服单元半闭环控制系统与松下交流伺服单元上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 半
14、闭环控制系统与光栅尺的连接半闭环控制系统与光栅尺的连接上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 （2）设置数控系统的交流伺服轴参数。）设置数控系统的交流伺服轴参数。（3）设置交流伺服单元的参数，使之工作在位）设置交流伺服单元的参数，使之工作在位置控制方式下。置控制方式下。（4）观察光电编码盘波形、光栅尺波形。具体）观察光电编码盘波形、光栅尺波形。具体操作如下：操作如下：将编码器的将编码器的A、B相信号分别接入数字示波器相信号分别接入数字示波器的两个通道。的两个通道。，并以图，并以图2-47所示的格式绘制波形。所示的格式绘制波形。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学
15、位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 进入数控系统，在进入数控系统，在MDI方式下调用方式下调用G0l指令，使交流伺服轴进行低速进给运指令，使交流伺服轴进行低速进给运动，按一下进给修调右侧的动，按一下进给修调右侧的“十十”按键按键(修修调倍率缺省设定是递增调倍率缺省设定是递增10，即按一下，即按一下“十十”按键，轴进给速度递增按键，轴进给速度递增10%)。调整示波器，使两个通道同步，观察调整示波器，使两个通道同步，观察交流伺服轴由低速逐渐加速运动后，两交流伺服轴由低速逐渐加速运动后，两个通道的信号波形，并以图个通道的信号波形，并以图2-47所示的所示的格式绘制波形。格式绘制波形。绘制波形格式
16、绘制波形格式上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 让交流伺服电动机反向转动，观察两个通道的信号波形，让交流伺服电动机反向转动，观察两个通道的信号波形，并以图并以图2-47所示的格式绘制波形。所示的格式绘制波形。将编码器的将编码器的Z相信号接入数字示波器的一个通道。相信号接入数字示波器的一个通道。进入数控系统，在进入数控系统，在MDI方式下调用方式下调用G01指令，使交流伺服指令，使交流伺服轴低速进给运动。轴低速进给运动。调整示波器，观察调整示波器，观察z相信号波形，并以图相信号波形，并以图2-47所示的格式所示的格式绘制波形。绘制波形。用同样的方法观察，并绘
17、制光栅尺用同样的方法观察，并绘制光栅尺A、B、Z相信号波形。相信号波形。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施（5)观察手摇单元波形观察手摇单元波形将编码器的将编码器的A、B相信号分别接入数字相信号分别接入数字示波器的两个通道。示波器的两个通道。用手摇脉冲发生器控制进给坐标轴正向用手摇脉冲发生器控制进给坐标轴正向或负向移动。或负向移动。调整示波器，使两个通道同步，观察并调整示波器，使两个通道同步，观察并绘制两个通道的信号波形。绘制两个通道的信号波形。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 2）手摇进给控制）手摇进给控制 按一下
18、控制面板上的按一下控制面板上的“增量增量”按键按键(指示灯亮指示灯亮)。在数控系统综合实验台上，将手摇单元的坐标轴选择乒乓在数控系统综合实验台上，将手摇单元的坐标轴选择乒乓开关置于开关置于“X”挡，系统处于手摇进给方式，用手摇脉冲发生器控挡，系统处于手摇进给方式，用手摇脉冲发生器控制进给坐标轴制进给坐标轴X正向或负向移动。正向或负向移动。顺时针顺时针/逆时针旋转手摇脉冲发生器，控制逆时针旋转手摇脉冲发生器，控制X轴向正向或负轴向正向或负向移动。向移动。手摇进给的增量值手摇进给的增量值(手摇脉冲发生器每转一格的移动量手摇脉冲发生器每转一格的移动量)由由增量倍率按键增量倍率按键“Xl”、“Xl0”
19、、“Xl00”控制。控制。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 分别按下增量倍率按键分别按下增量倍率按键“XI”、“X10”、“X100”，重复操作，重复操作(3)，观察轴的移动。，观察轴的移动。在数控系统综合实验台上，将手摇单元的在数控系统综合实验台上，将手摇单元的坐标轴选择乒乓开关置于坐标轴选择乒乓开关置于“Z”挡。挡。以同样的操作方法使用手摇脉冲发生器，以同样的操作方法使用手摇脉冲发生器，控制控制Z轴移动。轴移动。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 3）全闭环控制）全闭环控制（1）参照图）参照图2-48、图、图2-
20、49连接数控系统，此时连接数控系统，此时光栅尺位置反馈信号用来作为位置的闭环控制。光栅尺位置反馈信号用来作为位置的闭环控制。仔细检查接线，保证接线正确。仔细检查接线，保证接线正确。（2）设置数控系统的交流伺服轴参数。）设置数控系统的交流伺服轴参数。（3）设置交流伺服单元的参数，使之工作在速）设置交流伺服单元的参数，使之工作在速度控制方式下。度控制方式下。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 3）全闭环控制）全闭环控制 （4）在）在MDI方式下，控制轴移动一小段距离方式下，控制轴移动一小段距离(如如0.lmm)，观察坐标轴的指令值与反馈值是否相同。，观察坐标轴
21、的指令值与反馈值是否相同。（5）在手动或手摇脉冲发生器工作方式下，控制）在手动或手摇脉冲发生器工作方式下，控制轴慢速移动。然后，控制轴快速移动。适当调整伺轴慢速移动。然后，控制轴快速移动。适当调整伺服内部参数，使其稳定运行。服内部参数，使其稳定运行。（6）编制一段程序，在全必环状态下自动运行。）编制一段程序，在全必环状态下自动运行。上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 全闭环控制系统与松下交流伺服单元的连接全闭环控制系统与松下交流伺服单元的连接上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩 1.41.4 项目项目实施实施 全闭环控制系统与光栅尺的连接全闭环控制系统与光栅尺的连接上海大学硕士学位答辩上海大学硕士学位答辩业精于勤荒于嬉，行成于思败于随业精于勤荒于嬉，行成于思败于随