第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置(新)和數(shù)控機床編程及加工

第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置第一節(jié)數(shù)控機床中位置檢測裝置所起的作用與要求第二節(jié)數(shù)控機床位置檢測裝置的分類第三節(jié)位置檢測裝置的主要性能指標第四節(jié)常用位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理?3.1位置檢測裝置的作用與要求位置檢測裝置是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，在第二章中我們知道：在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的數(shù)控機床中，必須利用位置檢測裝置把機床運動部件的實際位移量隨時檢測出來，與給定的控制值(指令信號)進行比較，從而控制驅(qū)動元件正確運轉(zhuǎn)，使工作臺(或刀具)按規(guī)定的軌跡和坐標移動。第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.1位置檢測裝置的作用與要求1）穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強。數(shù)控機床的工作環(huán)境存在油污、潮濕、灰塵、沖擊振動等，檢測裝置要能夠在這樣的惡劣環(huán)境下工作穩(wěn)定，并且受環(huán)境溫度影響小，能夠抵抗較強的電磁干擾。2）滿足精度和速度的要求。為保證數(shù)控機床的精度和效率，檢測裝置必須具有足夠的精度和檢測速度，位置檢測裝置分辨率應高于數(shù)控機床的分辨率一個數(shù)量級。3）安裝維護方便、成本低廉。受機床結(jié)構(gòu)和應用環(huán)境的限制，要求位置檢測裝置體積小巧，便于安裝調(diào)試。盡量選用價格低廉，性能價格比高的檢測裝置。數(shù)控機床加工精度，在很大程度上取決于數(shù)控機床位置檢測裝置的精度，因此，位置檢測裝置是數(shù)控機床的關(guān)鍵部件之一，它對于提高數(shù)控機床的加工精度有決定性的作用。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.2位置檢測裝置的分類數(shù)控機床的位置檢測裝置類型很多，按檢測信號的類型可分為數(shù)字式和模擬式；按檢測量的基準可分為增量式和絕對式；按測量值的性質(zhì)可分為直接測量和間接測量。對于不同類型的數(shù)控機床，因工作條件和檢測要求不同，應采用不同的檢測方式。

1）按輸出信號的形式分類：

數(shù)字式:模擬式:將被測量以數(shù)字形式表示，測量信號一般為電脈沖。將被測量以連續(xù)變化的物理量來表示（電壓相位/電壓幅值變化）脈沖編碼器、光柵等測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器和磁尺等?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.2位置檢測裝置的分類2）按測量基點的類型分類:

增量式：絕對式：只測量位移增量，并用數(shù)字脈沖的個數(shù)表示單位位移的數(shù)量。測量的是被測部件在某一絕對坐標系中的絕對坐標位置。脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、光柵、磁柵、激光干涉儀等絕對式脈沖編碼器、三速式絕對編碼器（或稱多圈式絕對編碼器）等。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.2位置檢測裝置的分類2）按位置檢測元件的運動形式分類：

回轉(zhuǎn)型:直線型:測量直線位移測量角位移?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.2位置檢測裝置的分類3）按位置檢測元件的安裝位置分類間接測量:直接測量:間接測量是將位置檢測裝置安裝在執(zhí)行部件前面的傳動元件或驅(qū)動電機軸上，測量其角位移，經(jīng)過轉(zhuǎn)換以后才能得到執(zhí)行部件的直線位移。直接測量是將位置檢測裝置安裝在執(zhí)行部件（即末端件）上，直接測量執(zhí)行部件末端件的直線位移或角位移。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.3位置檢測裝置的主要性能指標

1）精度

檢測精度是指檢測裝置在一定長度或轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)測量累積誤差的最大值。數(shù)控機床用傳感器要滿足高精度和高速實時測量的要求。直線位移檢測精度通常在±0.002～0.02mm/m、角位移檢測精度在±0.4″～1″/360°。

2）分辨率

位置檢測裝置能檢測的最小位置變化量稱作分辨率。分辨率應適應機床精度和伺服系統(tǒng)的要求。分辨率的高低，對系統(tǒng)的性能和運行平穩(wěn)性具有很大的影響。檢測裝置的分辨率一般按機床加工精度的1／3～1／10選取（也就是說，位置檢測裝置的分辨率要高于機床加工精度）。直線位移分辨率一般為1μm，高精度系統(tǒng)分辨率可達0.001μm、角位移分辨率可達0.01″/360°?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.3位置檢測裝置的主要性能指標

3）靈敏度輸出信號的變化量相對于輸入信號變化量的比值為靈敏度。實時測量裝置不但要靈敏度高，而且輸出、輸入關(guān)系中各點的靈敏度應該是一致的。

4）遲滯對某一輸入量，傳感器的正行程的輸出量與反行程的輸出量的不一致，稱為遲滯。數(shù)控伺服系統(tǒng)的傳感器要求遲滯小。

5）測量范圍和量程傳感器的測量范圍要滿足系統(tǒng)的要求，并留有余地。

6）零漂與溫漂零漂與溫漂是在輸入量沒有變化時，隨時間和溫度的變化，位置檢測裝置的輸出量發(fā)生了變化。傳感器的漂移量是其重要性能標志，零漂和溫漂反映了隨時間和溫度的改變，傳感器測量精度的微小變化。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4常用位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

3.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4常用位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

3.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器又稱同步分解器，是利用變壓器原理實現(xiàn)角位移測量的檢測裝置。它屬于模擬式測量裝置，具有輸出信號幅值大、抗干擾能力強、結(jié)構(gòu)簡單、動作靈敏、性能可靠等特點，同時，對環(huán)境條件要求不高，廣泛用于半閉環(huán)進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)中。

但其信號處理比較復雜。它將機械轉(zhuǎn)角變換成與該轉(zhuǎn)角呈某一函數(shù)關(guān)系的電信號，可用于角位移測量。在結(jié)構(gòu)上與二相線繞式異步電動機相似，由定子和轉(zhuǎn)子組成。勵磁電壓接到定子繞組上，轉(zhuǎn)子繞組輸出感應電壓，輸出電壓隨被測角位移的變化而變化。

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器

1.分類根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組兩種不同的引出方式旋轉(zhuǎn)變壓器分有刷式和無刷式。有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器的特點是結(jié)構(gòu)簡單，體積小，但因電刷與滑環(huán)是機械滑動接觸的，所以可靠性差，壽命短。無刷旋轉(zhuǎn)變壓器無電刷和滑環(huán)，其輸出信號大、可靠性高、壽命長及不用維修等優(yōu)點，因此得到廣泛應用。

旋轉(zhuǎn)變壓器根據(jù)變壓器的磁極對數(shù)不同可分為單極式和多極式。單極式旋轉(zhuǎn)變壓器的定子與轉(zhuǎn)子上僅一對磁極，多極式旋轉(zhuǎn)變壓定子與轉(zhuǎn)子上有多對磁極，與單極式相比增加了電氣轉(zhuǎn)角與機械轉(zhuǎn)角的倍數(shù)，用于高精度絕對式檢測系統(tǒng)。在數(shù)控機床上應用較多的是雙極式旋轉(zhuǎn)變壓器。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器2.旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理

根據(jù)互感原理工作的，定子繞組加上勵磁電壓，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電功勢。輸出感應電功勢大小與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，就是通過測量被測軸的轉(zhuǎn)角來間接測量工作臺的位移。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器2.旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理因此，旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的幅值是嚴格地按轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角θ的正弦規(guī)律變化的，由此可知，只要測量出旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組輸出電壓的幅值，就能測量出轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角θ。

旋轉(zhuǎn)變壓器可單獨和滾珠絲杠相連，也可與伺服電動機組成一體。?3.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器可以通過輸出電壓的相位或輸出電壓的幅值來反映所測位移量的大小，因此其工作方法有鑒相型方式和鑒幅型方式兩種。

1）鑒相型方式

在旋轉(zhuǎn)變壓器的兩個定子繞組中，分別通入同幅、同頻，但相位差π/2的交流勵磁電壓U1s和U1c，即：

當轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時，這兩個勵磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應電壓經(jīng)疊加，得到轉(zhuǎn)子的輸出電壓U2：

式中K——電磁耦合系數(shù)，k<1；θ——輸出電壓的相位角（即轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)角）。

當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時，同樣可以得到輸出電壓U2：由此可見，轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角ωt+θ和θ間有對應關(guān)系。檢測出ωt+θ，便能得到θ值（即被測軸角位移）。實際應用時，把定子余弦繞組勵磁電壓的相位ωt作為基準相位，與轉(zhuǎn)子輸出電壓U2的相位ωt+θ比較，從而確定θ大小。

?3.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器

2）鑒幅型方式在旋轉(zhuǎn)變壓器的兩個定子繞組中，分別通入同相、同頻，但幅值分別按正弦和余弦變化的勵磁電壓U1s和U1c，即:

式中：α——勵磁電壓的相位角。當轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)時，這兩個勵磁電壓在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應電壓經(jīng)疊加，得到轉(zhuǎn)子的輸出電壓U2：

當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時，輸出電壓U2：

由此可見，若電氣角α已知，測出輸出電壓的幅值kUmcos（α－θ）便能求出θ角（即被測軸的角位移）。實際測量時，不斷的修改定子勵磁電壓的幅值（等效于修改α角），使它跟蹤θ變化，使kUmcos（α－θ）=0。當α=θ，轉(zhuǎn)子的感應電壓最大。通過計算定子勵磁電壓的幅值計算出相位角α，從而得出θ的大小。?問題由角位移如何計算直線位移？?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.2感應同步器

感應同步器是旋轉(zhuǎn)變壓器演變而來，也是一種電磁感應式的位移檢測裝置。按結(jié)構(gòu)和用途可分為直線感應同步器和圓盤旋轉(zhuǎn)式感應同步器兩類，直線感應同步器用于測量直線位移，圓盤旋轉(zhuǎn)式感應同步器用于測量角位移，兩者的工作原理基本相同。感應同步器具有較高的測量精度和分辨率，工作可靠，抗干擾能力強，使用壽命長。目前，直線式感應同步器的測量精度可達1.5μm，測量分辨率可0.05μm，并可測量較大位移。因此，感應同步器廣泛應用于坐標鏜床、坐標銑床及其他機床的定位；旋轉(zhuǎn)式感應同步器常用于雷達天線定位跟蹤、精密機床或測量儀器的分度裝置等。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.2感應同步器

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.2感應同步器1.直線型感應同步器的結(jié)構(gòu)直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，下圖是感應同步器結(jié)構(gòu)示意圖。定尺和滑尺分別安裝在機床床身和移動部件上，定尺或滑尺隨工作臺一起移動，兩者平行放置，保持0.2～0.3mm間隙。標準的感應同步器定尺250mm，尺上有一組感應繞組；滑尺長100mm，感應同步器在實際應用時，如果被測量的位移長度比定尺長，怎樣解決呢？?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.2感應同步器1.直線型感應同步器的結(jié)構(gòu)尺上有兩組勵磁繞組，一組為正弦勵磁繞組Us，一組為余弦勵磁繞組Uc。繞組的節(jié)距與定尺繞組節(jié)距相同，均為2mm，用τ表示。當正弦勵磁繞組與定尺繞組對齊時，余弦勵磁繞組與定尺繞組相差1／4節(jié)距。由于定尺繞組是均勻的，因此，滑尺上的兩個繞組在空間位置上相差1／4節(jié)距，即π/2相位角。?W可以看出：滑尺在移動一個節(jié)距的過程中，感應電勢變化了一個周期。

?圖定尺繞組感應電動勢產(chǎn)生原理?

顯然在定尺和滑尺的相對位移中，感應電壓呈周期性變化，其波形為余弦函數(shù)。在滑尺移動一個節(jié)距的過程中，感應電壓變化了一個余弦周期。同樣，若在滑尺的余弦繞組中通以交流勵磁電壓，也能得出定尺繞組中感應電壓與兩尺相對位移的關(guān)系曲線，它們之間為正弦函數(shù)關(guān)系。若勵磁電壓

u＝Umsinωt則定尺繞組產(chǎn)生的感應電勢e

e＝kUmcosθcosωt式中Um—勵磁電壓幅值(V)；

ω—勵磁電壓角頻率(rad/s)；k—比例常數(shù)，其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。在一個節(jié)距W內(nèi)，位移x與θ的關(guān)系應為

θ＝2πx/W感應同步器就是利用感應電勢的變化，來檢測在一個節(jié)距W內(nèi)的位移量，為絕對式測量。例：感應電勢與勵磁電壓相位差θ=1.8°，節(jié)距W=2mm，由θ=2π?感應同步器作為位置測量裝置在數(shù)控機床上有兩種工作方式：鑒相式和鑒幅式。鑒相式：在該工作方式下，給滑尺的正弦繞組和余弦繞組分別通上幅值、頻率相同，而相位角相差π/2的交流電壓：Us=UmsinωtUc=Umcosωt激磁信號將在空間產(chǎn)生一個以ω為頻率移動的電磁波。磁場切割定尺導線，并在其中感應出電動勢，該電動勢隨著定尺與滑尺位置的不同而產(chǎn)生超前或滯后的相位差θ。根據(jù)滑尺在定尺上的感應電壓關(guān)系，分別在定尺繞組上得到感應電勢為：

es＝kUmcosθcosωt

ec＝－kUmcos(θ＋π/2)sinωt＝kUmsinθsinωt?根據(jù)疊加原理，定尺繞組上總輸出感應電勢e為e＝es＋ec＝kUmcosθcosωt＋kUmsinθsinωt＝kUmcos(ωt－θ)

＝kUmcos(ωt－2πx/W)根據(jù)上式，通過鑒別定尺輸出的感應電勢的相位，即可測量定尺和滑尺之間的相對位置。感應同步器的鑒相方式用在相位比較伺服系統(tǒng)中。?鑒幅方式：根據(jù)定尺輸出的感應電勢的振幅變化來檢測位移量?；叩恼?、余弦繞組勵磁電壓為同頻率、同相位，但不同幅值，即us＝Umsinθdsinωtuc＝Umcosθdsinωt式中θd—勵磁電壓的給定相位角分別勵磁時，在定尺繞組上產(chǎn)生的輸出感應電勢分別為：es＝kUmsinθdcosθcosωtec＝kUmcosθdcos(θ＋π/2)cosωt＝－kUmcosθdsinθcosωt

?根據(jù)疊加原理，定尺上輸出總感應電勢為e＝es＋ec＝kUm(sinθdcosθ－cosθdsinθ)cosωt＝kUmsin(θd－θ)cosωt＝kUmsin(θd－2πx/W)cosωt設初始狀態(tài)θd＝θ，則e＝0。當滑尺相對定尺有一位移，使θ變?yōu)棣龋う?，則感應電勢增量為

Δe≈kUmΔxcosωt式中Δθ=2πΔx/W由此可知，在Δx較小的情況下，Δe與Δx成正比，也就是鑒別Δe幅值，即可測Δx大小。當Δx較大時，通過改變θd，使θd＝θ,使Δe＝0，根據(jù)θd可以確定θ，從而確定位移量Δx。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.3編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式的角位移檢測裝置，在數(shù)控機床中得到了廣泛的使用。旋轉(zhuǎn)編碼器通常安裝在被測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，直接將被測角位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字(脈沖)信號，所以也稱為旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器，這種測量方式?jīng)]有累積誤差。旋轉(zhuǎn)編碼器也可用來檢測轉(zhuǎn)速。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.3編碼器按輸出信號形式，旋轉(zhuǎn)編碼器可以分為增量式和絕對式兩種類型。常用的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器為增量式光電編碼器，其原理如圖所示。增量式光電編碼器示意原理增量式光電編碼器檢測裝置由光源、聚光鏡、光柵盤、光柵板、光電管、信號處理電路等組成。光柵盤和光柵板用玻璃研磨拋光制成，玻璃的表面在真空中鍍一層不透明的鉻，然后用照相腐蝕法，在光柵盤的邊緣上開有間距相等的透光狹縫。在光柵板上制成兩條狹縫，每條狹縫的后面對應安裝一個光電管。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.3編碼器當光柵盤隨被測工作軸一起轉(zhuǎn)動時，每轉(zhuǎn)過一個縫隙，光電管就會感受到一次光線的明暗變化，使光電管的電阻值改變，這樣就把光線的明暗變化轉(zhuǎn)變成電信號的強弱變化，而這個電信號的強弱變化近似于正弦波的信號，經(jīng)過整形和放大等處理，變換成脈沖信號。通過計數(shù)器計量脈沖的數(shù)目，即可測定旋轉(zhuǎn)運動的角位移；通過計量脈沖的頻率，即可測定旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)速，測量結(jié)果可以通過數(shù)字顯示裝置進行顯示或直接輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.3編碼器

增量式光電編碼器外形結(jié)構(gòu)圖實際應用的光電編碼器的光柵板上有兩組條紋A、A和B、B，A組與B組的條紋彼此錯開1／4節(jié)距，兩組條紋相對應的光敏元件所產(chǎn)生的信號彼此相差90°相位，用于辨向。此外，在光電碼盤的里圈里還有一條透光條紋C(零標志刻線)，用以每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個脈沖，該脈沖信號又稱零標志脈沖，作為測量基準。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.3編碼器

光電編碼器的輸出波形通過光欄板兩條狹縫的光信號A和B，相位角相差90°，通過光電管轉(zhuǎn)換并經(jīng)過信號的放大整形后，成為兩相方波信號。根據(jù)先后順序，即可判斷光電盤的正反轉(zhuǎn)。若A相超前于B相，對應電動機正轉(zhuǎn)；若B相超前A相，對應電動機反轉(zhuǎn)。

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.3編碼器光電編碼器的測量精度取決于它所能分辨的最小角度，而這與光柵盤圓周的條紋數(shù)有關(guān)，即分辨角

分辨角α=360°/條紋如果條紋數(shù)為1024，則分辨角α=360°/1024=0.352°。思考題：?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.3編碼器

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.3編碼器

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵光柵是一種高精度的位移傳感器，按結(jié)構(gòu)可分為直線光柵和圓光柵，直線光柵用于測量直線位移，園光柵用來測量角位移。光柵裝置在數(shù)控設備、坐標鏜床、工具顯微鏡X-Y工作臺上廣泛使用的位置檢測裝置，光柵主要用于測量運動位移，確定工作臺運動方向及確定工作臺運動的速度。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵與其他位置檢測裝置相比，光柵的主要特點如下：1)檢測精度高。直線光柵的精度可達±5μm，分辨率可達0．0001mm。2)響應速度較快，可實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(xiàn)檢測及數(shù)據(jù)處理的自動化。3)使用環(huán)境要求較高，怕油污、灰塵及振動。4)安裝、維護困難，成本較高。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵1、光柵的組成結(jié)構(gòu)和檢測原理光柵是一種在透明玻璃上或金屬的反光平面上刻上平行、等距的密集刻線，制成的光學元件。數(shù)控機床上用的光柵尺，是利用兩個光柵相互重疊時形成的莫爾條紋現(xiàn)象，制成的光電式位移測量裝置。按制造工藝不同可分為透射光柵和反射光柵。透射光柵是在透明的玻璃表面刻上間隔相等的不透明的線紋制成的，線紋密度可達到每毫米1000條以上；反射光柵一般是在金屬的反光平面上刻上平行、等距的密集刻線，利用反射光進行測量，其刻線密度一般為每毫米300～1﹐500線，最常用的是600線/mm。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵1、光柵的組成結(jié)構(gòu)和檢測原理直線透射光柵尺的結(jié)構(gòu)如下圖所示，由光源、長光柵(標尺光柵)、短光柵(指示光柵)、光電元件等組成，一般移動的光柵為短光柵，長光柵裝在機床的固定部件上。短光柵隨工作臺一起移動，長光柵的有效長度即為測量范圍。兩塊光柵的刻線密度(即柵距)相等，其相互平行并保持一定的間隙(0.05～0.1mm)，并且使兩塊光柵的刻線相互傾斜一個微小的角度θ。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵1、光柵的組成結(jié)構(gòu)和檢測原理當光線平行照射光柵時，由于光的透射及衍射效應，在與線紋垂直的方向上，準確地說，在與兩光柵線紋夾角θ的平分線相垂直的方向上，會出現(xiàn)明暗交替、間隔相等的粗條紋，這就是“莫爾干涉條紋”，簡稱莫爾條紋。下圖是莫爾條紋形成的原理圖。在光源的照射下，交叉點近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光效應最弱，光的累積作用使得這個區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點較遠的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應變強，只有較少的光線能通過這個區(qū)域透過光柵，使這個區(qū)域出現(xiàn)暗帶，從而便形成了我們所見到的莫爾條紋。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵1、光柵的組成結(jié)構(gòu)和檢測原理

莫爾條紋形成的原理

當光柵移動一個柵距形時，莫爾條紋也相應移動一莫爾條紋的間距B，即光柵某一固定點的光強按明一暗一明規(guī)律交替變化一次。因此，光電元件只要讀出移動的莫爾條紋數(shù)目，就知道光柵移動了多少柵距，從而也就知道了運動部件的準確位移量。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵1、光柵的組成結(jié)構(gòu)和檢測原理為了對莫爾條紋的移動計數(shù)，并判別工作臺移動的方向，在光柵尺的一側(cè)安裝上光源，另一側(cè)安裝上4個光敏元件，每個光敏元件相距為四分之一光柵刻線間距(ω／4)。當標尺光柵隨機床運動部件移動時1）照射到光敏元件上的光線也隨著莫爾條紋移動而產(chǎn)生明暗相間的變化，經(jīng)過光敏元件的“光一電”變換，得到與刻線移動相對應的正弦波信號，經(jīng)過放大、整形等處理后，變成測量脈沖輸出，波形如下圖所示。脈沖數(shù)等于移動過的刻線數(shù)，將該脈沖信號送到計數(shù)器中計數(shù)，則計數(shù)值就反映了光柵尺移動的距離。2）每個光敏元件相距為四分之一光柵刻線間距(ω／4)，使輸出信號的相位差為90°，通過過鑒相電路可判別其運動方向。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵1、光柵的組成結(jié)構(gòu)和檢測原理

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.4光柵2、圓光柵

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.5磁尺

磁尺又稱為磁柵，是一種計算磁波數(shù)目的位置檢測元件?？捎糜谥本€和轉(zhuǎn)角的測量，其優(yōu)點是精度高、復制簡單及安裝方便等，且具有較好的穩(wěn)定性，常用在油污、粉塵較多的場合。因此，在數(shù)控機床、精密機床和各種測量機上得到了廣泛使用。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置磁尺的組成及結(jié)構(gòu)磁尺由磁性標尺，磁頭和檢測電路組成，磁頭是進行磁—電轉(zhuǎn)換的器件，它把反映位置的磁信號檢測出來，并轉(zhuǎn)換成電信號輸送給檢測電路。磁尺是利用錄磁原理工作的。是在非導磁材料的基體上，采用涂敷，化學沉積或電鍍上一層很薄的磁性材料，先用錄磁磁頭將按一定周期變化的方波、正弦波或電脈沖信號錄制在磁性標尺上，作為測量基準。檢測時，用拾磁磁頭將磁性標尺上的磁信號轉(zhuǎn)化成電信號，再送到檢測電路中去，把磁頭相對于磁性標尺的位移量用數(shù)字顯示出來，并傳輸給數(shù)控系統(tǒng)。

磁化信號可以是脈沖，也可以為正弦波或飽和磁波。磁化信號的節(jié)距（或周期）一般有0.05㎜，0.10mm，0.20㎜，1㎜等幾種。?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.5磁尺

磁頭磁頭是進行磁—電轉(zhuǎn)換的器件，它把反映位置的磁信號檢測出來，并轉(zhuǎn)換成電信號輸送給檢測電路。

?第三章數(shù)控機床的位置檢測裝置3.4.5磁尺

?數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結(jié)合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學中心數(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。機械工程實驗教學中心數(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)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識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)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數(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。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數(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)學處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床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+標準硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運動控制卡，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)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，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G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√