1、2525自动编程简介自动编程简介一、问题的提出一、问题的提出二、自动编程的一般处理过程自动编程的一般处理过程自动编程三部分：自动编程三部分：源程序，源程序，计算机，计算机，编译软件。编译软件。1二、自动编程的一般处理过程自动编程的一般处理过程源程序用数控语言编写源程序用数控语言编写 APT（Automatically Programmed Tools）自动编程的三个组成部分：自动编程的三个组成部分：源程序，源程序，计算机，计算机，编译软件。编译软件。2三、自动编程系统的发展三、自动编程系统的发展研究和开发小型专用的自动编程系统研究和开发小型专用的自动编程系统发展交互式的发展交互式的NC自动编程
2、系统自动编程系统语言自动编程系统语言自动编程系统NC自动编程系统与自动编程系统与CAD连接和集成连接和集成 第二章小结第二章小结本章讲述了数控机床编程的两种方式：本章讲述了数控机床编程的两种方式：手工编程，手工编程，自动编程。重点是手工编程。自动编程。重点是手工编程。与手工编程有关的问题：与手工编程有关的问题：代码与程序结构代码与程序结构坐标系坐标系工艺处理工艺处理数学处理数学处理3第三章数控机床的检测装置第三章数控机床的检测装置3131概述概述一、对检测装置的要求一、对检测装置的要求数控机床的检测装置也叫司服系统的检测、反馈元件，是数数控机床的检测装置也叫司服系统的检测、反馈元件，是数控机床
3、的感知器官，来感知司服系统的速度和位移，并向控控机床的感知器官，来感知司服系统的速度和位移，并向控制系统发送反馈信号，形成闭环或半闭环司服系统。制系统发送反馈信号，形成闭环或半闭环司服系统。对司服系统检测元件的要求是：对司服系统检测元件的要求是：1.1.工作可靠工作可靠2.2.满足精度要求满足精度要求,分辨率应达分辨率应达 0.10.1 1010mm,3.3.使用维护方便使用维护方便;4.4.成本低。成本低。4二、检测装置的分类二、检测装置的分类目前，数控机床上使用的检测元件种类很多。目前，数控机床上使用的检测元件种类很多。（一）数字式测量和模拟式测量（一）数字式测量和模拟式测量1.1.数字式
4、测量数字式测量 2.2.模拟式测量模拟式测量（二）增量式测量和绝对式测量（二）增量式测量和绝对式测量1.1.增量式测量增量式测量 2.2.绝对式测量绝对式测量（三）直接测量和间接测量（三）直接测量和间接测量1.1.直接测量直接测量 2.2.间接测量间接测量5一、测速发电机一、测速发电机 一般将测速发电机装在司服电动机的轴上，测量电动机一般将测速发电机装在司服电动机的轴上，测量电动机的转速。的转速。测速发电机有交流和直流两种，基本原理是测速发电机有交流和直流两种，基本原理是:发电机发发电机发出的电压与电动机的转速成正比，将这一电压反馈给数控系出的电压与电动机的转速成正比，将这一电压反馈给数控系统
5、，与指令输入的值进行比较，从而控制电动机的转速。统，与指令输入的值进行比较，从而控制电动机的转速。测速发电机输出的是模拟量测速发电机输出的是模拟量模拟式测量。模拟式测量。6 旋转变压器是一种常用的转角检测元件，它即可以测角旋转变压器是一种常用的转角检测元件，它即可以测角位移，又可以测角速度。由于它结构简单，工作可靠，精度位移，又可以测角速度。由于它结构简单，工作可靠，精度又能满足一般要求，所以应用较广。旋转变压器在原理上与又能满足一般要求，所以应用较广。旋转变压器在原理上与变压器相同，在结构上与发电机相似。它输出的是模拟量变压器相同，在结构上与发电机相似。它输出的是模拟量二、旋转变压器二、旋转
6、变压器 有定子和转子的变压器的初级绕组3放在定子上，次级绕组8固联在转子上，与转子一起转动。旋转变压器由此得名。7旋转变压器的工作原理1V3=k3V2V2=k1V1sinV1=Vmsint38758旋转变压器的工作原理2 初级绕组（定子）3上加励磁交流电，V1=Vmsint，则在次级绕组（转子）8上产生感应电动势V2=k1V1sin（k1为线圈的匝数比），V2的幅值随角的正弦而变化。只要能把V2取出来，通过计算机，很容易把算出来。利用这个原理，可以检测司服电动机的角位移。V3=k3V2V2=k1V1sinV1=VmsintV1V2too180o360o9旋转变压器的工作原理3 现在的问题是，如
7、何把V2这个信号取出来？首先想到了，用转子绕组的端点通过滑环和电刷把V2这个信号取出来。这就是有刷旋转变压器，它结构简单，体积小，但是电刷与滑环容易磨损。寿命短，可靠性差。所以要寻求一种新方法。V3=k3V2V2=k1V1sinV1=Vmsint10旋转变压器的工作原理4 转子绕组上的信号V2是交流信号,交流信号可以用电磁感应以非接触方式获得感应信号，所以，又想到了变压器。V1=VmsintV2=k1V1sinV3=k3V2 在转子上饶上同轴线圈5，与转子绕组8相连，定子上也绕上同轴线圈7，与转子线圈5同轴构成变压器，转子同轴线圈上的信号是V2，经电磁感应，在定子同轴线圈上产生感应信号V3=k
8、3V2。这就构成了无刷变压器。它可靠，长寿，但笨重、成本高。V3=k3V2V2=k1V1sinV1=Vmsint387511三、感应同步器三、感应同步器 感应同步器分定尺和滑感应同步器分定尺和滑尺两部分尺两部分,定尺安装在机床的定尺安装在机床的固定部件上固定部件上,滑尺安装在机床滑尺安装在机床的运动部件上。工作时，滑的运动部件上。工作时，滑尺绕组上通交流电，将在定尺绕组上通交流电，将在定尺的回路上产生感应电势，尺的回路上产生感应电势，电势的幅值和相位随工作台电势的幅值和相位随工作台的运动而变化，据此来测量的运动而变化，据此来测量工作台的位移，它和旋转变工作台的位移，它和旋转变压器的工作原理基本
9、相同，压器的工作原理基本相同，可以理解为移动变压器。可以理解为移动变压器。也也是模拟式测量。是模拟式测量。12感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理 按滑尺两个（正弦、余按滑尺两个（正弦、余弦）绕组上所加的励磁信号弦）绕组上所加的励磁信号不同，感应同步器的测量方不同，感应同步器的测量方式分为鉴相式和鉴幅式测量。式分为鉴相式和鉴幅式测量。无论是鉴相式还是鉴幅无论是鉴相式还是鉴幅式测量，滑尺上的正弦绕组式测量，滑尺上的正弦绕组和余弦绕组都相差和余弦绕组都相差1/41/4节距。节距。13感应同步器的鉴相方式感应同步器的鉴相方式 给滑尺的正弦绕组给滑尺的正弦绕组S和和余弦绕组余弦绕组C分别施加幅值分
10、别施加幅值UM相同，频率相同，频率相同，相位差相同，相位差90900 0的交流电压。的交流电压。tUUMSsintUUMCcos 它们将在定尺绕组上产它们将在定尺绕组上产生感应电动势生感应电动势,e es s和和e ec c,cossincostKUKUeMSSsincos)90cos(tKUKUeMCC14感应同步器的鉴相方式感应同步器的鉴相方式2 2滑尺相对定尺的相位滑尺相对定尺的相位.根据叠加原理，可求出定尺上的感应电动势，根据叠加原理，可求出定尺上的感应电动势，)sin(tKUeeeMCSpx2，p p定（滑）尺绕组节距定（滑）尺绕组节距 可见在一个节距内，通过测量定尺感应电动势的相位
11、角可见在一个节距内，通过测量定尺感应电动势的相位角 ，即可测出滑尺相对定尺的位移即可测出滑尺相对定尺的位移 x 15感应同步器的鉴幅方式感应同步器的鉴幅方式 给滑尺的正弦绕组给滑尺的正弦绕组S和和余弦绕组余弦绕组C分别施加频率分别施加频率相同，相位相同，但幅值不相同，相位相同，但幅值不同的交流电压。同的交流电压。tUUSiSsintUUCiCsin其中其中电sinMSUU电cosMCUU其中其中电电-电角度，由它给出励磁电压电角度，由它给出励磁电压的幅值的幅值US和和UC，CSUUtg电16感应同步器的鉴幅方式感应同步器的鉴幅方式2 2 US和和UC相当于直角坐标分量，相当于直角坐标分量，电电
12、相当于极角，相当于极角，UM相当于相当于极径。）由此可写出极径。）由此可写出USi和和UCitUUMiSsinsin电tUUMiCsincos电以上是励磁电压，与之相对应的感应电动势为以上是励磁电压，与之相对应的感应电动势为tkUeMssincossin机电tkUeMCsinsincos机电其中其中机机-滑尺正弦绕组相对于定尺的角位置，实际上就是滑尺正弦绕组相对于定尺的角位置，实际上就是前面鉴相方式中的前面鉴相方式中的 角。角。则叠加后的感应电动势为，则叠加后的感应电动势为，)sin(sin机电tKUeeeMCS17感应同步器的鉴幅方式感应同步器的鉴幅方式3 3 从上式可以看出，感应同步器在鉴
13、幅方式下，定尺绕组上的感应电动从上式可以看出，感应同步器在鉴幅方式下，定尺绕组上的感应电动势势e e取决于取决于电电 与与机机的差值。的差值。用于测量时，如果初始位置为（用于测量时，如果初始位置为（电电 =机机）的输出电压的输出电压e=0e=0，当当滑尺相对于定尺移动之后，有滑尺相对于定尺移动之后，有电电 机机，e0e0。只要逐步改变电角只要逐步改变电角度度电电 ，使使e=0e=0，则则电电 =机机，此时此时电电 的变化量就代表了的变化量就代表了机机对应对应的位移，从而词的位移量。的位移，从而词的位移量。用于控制时，用于控制时，电电给出相应的机床所需位移量，而给出相应的机床所需位移量，而机机对
14、应于机床对应于机床的实际位移量，当二者不等时，定尺绕组上的感应电动势的实际位移量，当二者不等时，定尺绕组上的感应电动势e0e0。经相敏经相敏电路放大后，驱动司服系统使两者趋于相等。电路放大后，驱动司服系统使两者趋于相等。电电 =机机。18四、脉冲编码器四、脉冲编码器脉冲编码器有增量式和绝对式两种脉冲编码器有增量式和绝对式两种一、增量式脉冲编码器一、增量式脉冲编码器组成：光源、光电转换元件、圆光栅、整形组成：光源、光电转换元件、圆光栅、整形放大电路等。放大电路等。工作原理：在圆光栅上等分地制成透光狭缝，工作原理：在圆光栅上等分地制成透光狭缝，圆光栅转动时，光电池就把通过圆光栅射过圆光栅转动时，光
15、电池就把通过圆光栅射过来的忽明忽暗的光信号（近似于正弦信号）来的忽明忽暗的光信号（近似于正弦信号）转换为电信号，经整形、放大后变成脉冲信转换为电信号，经整形、放大后变成脉冲信号，通过计算脉冲数目，即可测出工作轴的号，通过计算脉冲数目，即可测出工作轴的转角，通过计算脉冲的频率，即可测出工作转角，通过计算脉冲的频率，即可测出工作轴的转速。轴的转速。19一、增量式脉冲编码器一、增量式脉冲编码器 两个光电元件两个光电元件DA和和DB的相位相差的相位相差900，其产生的信号，经过整形，成为两列方波信其产生的信号，经过整形，成为两列方波信号，根据先后顺序，可以判断圆光栅的正反号，根据先后顺序，可以判断圆光
16、栅的正反转。若转。若A超前，则正转，若超前，则正转，若B超前，则反转。超前，则反转。除此之外，光电脉冲编码器还每转由除此之外，光电脉冲编码器还每转由DC产生一个脉冲信号。数控车床车螺纹时，可产生一个脉冲信号。数控车床车螺纹时，可将这种脉冲信号当作车刀进刀点和退刀点的将这种脉冲信号当作车刀进刀点和退刀点的信号使用（如跳大绳），以保证车削螺纹不信号使用（如跳大绳），以保证车削螺纹不乱扣。乱扣。增量式光电脉冲编码器测量精度不高，增量式光电脉冲编码器测量精度不高，由积累误差，但由于它制造方便，线路简单，由积累误差，但由于它制造方便，线路简单，测量范围广等优点，在精度要求不高，或旧测量范围广等优点，在精
17、度要求不高，或旧机床改造等场合，是一种经济实用的检测手机床改造等场合，是一种经济实用的检测手段。段。20二、绝对式脉冲编码器二、绝对式脉冲编码器1 11。二进制码盘。二进制码盘白的部分代表白的部分代表0，黑的部分代表，黑的部分代表1，里环是高位，外环是低位。按二进里环是高位，外环是低位。按二进制制8421BCD规则编码。缺点，使用规则编码。缺点，使用中会产生较大的读误。中会产生较大的读误。21二、绝对式脉冲编码器二、绝对式脉冲编码器2 21。葛莱码盘。葛莱码盘白的部分代表白的部分代表0，黑的部分代表，黑的部分代表1，里环是高位，外环是底为。不按里环是高位，外环是底为。不按8421BCD规则编码
18、。图案的切换只规则编码。图案的切换只用一位数（二进制），所以能把读用一位数（二进制），所以能把读误控制在一个单位之内，可靠性高。误控制在一个单位之内，可靠性高。22五、光栅五、光栅 在透明玻璃或金属镜面上，刻上平在透明玻璃或金属镜面上，刻上平行、等距的密集线纹，就构成了透射光行、等距的密集线纹，就构成了透射光栅或反射光栅。透射光栅信号较强，信栅或反射光栅。透射光栅信号较强，信噪比好，装置简单，刻线密度大，但长噪比好，装置简单，刻线密度大，但长度较短。反射光栅的热膨胀系数可以做度较短。反射光栅的热膨胀系数可以做到跟机床的一致，接长方便，容易安装到跟机床的一致，接长方便，容易安装调整，不易损坏。调
19、整，不易损坏。测量时测量时,光栅是成对使用的光栅是成对使用的,长光栅长光栅叫标尺光栅叫标尺光栅,短光栅叫指示光栅短光栅叫指示光栅,分别固分别固定在机床的静止和移动部件上。两光栅定在机床的静止和移动部件上。两光栅保持一定距离，平行放置，并使刻线相保持一定距离，平行放置，并使刻线相互倾斜一个小角度互倾斜一个小角度，由于光的衍射作由于光的衍射作用，就会产生明暗相间的干涉条纹，称用，就会产生明暗相间的干涉条纹，称为莫尔条纹。为莫尔条纹。23图图 当两光栅相对移动时，莫尔条纹也移动，但两者当两光栅相对移动时，莫尔条纹也移动，但两者的移动方向垂直。光栅移动一条条纹时，莫尔条纹正的移动方向垂直。光栅移动一条
20、条纹时，莫尔条纹正好也移动一个条纹。因此通过测定莫尔条纹移动的数好也移动一个条纹。因此通过测定莫尔条纹移动的数目，就可以测出光栅移动的距离。目，就可以测出光栅移动的距离。24五、光栅五、光栅2 2 当光栅节距当光栅节距取取0.01mm，刻线倾角刻线倾角=0.01rad=时，则莫尔条纹的宽度时，则莫尔条纹的宽度W=10mm，其放大倍数为其放大倍数为1000，可见莫，可见莫尔条纹有放大作用。尔条纹有放大作用。由于莫尔条纹是由光栅的很多条纹刻由于莫尔条纹是由光栅的很多条纹刻线共同形成的，若线共同形成的，若=0.01,=0.01,=0.01rad,则则1010mm长一条莫尔条纹就由长一条莫尔条纹就由1
21、000条刻纹条刻纹,这这样一来样一来,栅距之间的刻线不均匀误差就被平栅距之间的刻线不均匀误差就被平均化了均化了。325六、磁尺六、磁尺 磁尺又叫磁栅磁尺又叫磁栅,通过计算磁波数目来测量通过计算磁波数目来测量位置。其优点是精度高，复制简单，安装方便位置。其优点是精度高，复制简单，安装方便等。在油污、粉尘较多的场合使用有较好的稳等。在油污、粉尘较多的场合使用有较好的稳定性。定性。26磁头磁头 磁栅磁测量是利用录音机原理，将一磁栅磁测量是利用录音机原理，将一定波长（节距）的矩形波或正弦波电位信定波长（节距）的矩形波或正弦波电位信号用录制磁头纪录在磁标尺的磁膜上，作号用录制磁头纪录在磁标尺的磁膜上，作
22、为测量的基准尺。测量时，用拾取磁头将为测量的基准尺。测量时，用拾取磁头将磁性标尺上的磁化信号转化成电信号，然磁性标尺上的磁化信号转化成电信号，然后送入监测电路，把磁头相对于磁性标尺后送入监测电路，把磁头相对于磁性标尺的位置或位移量用数字显示出来或转化为的位置或位移量用数字显示出来或转化为控制信号送给数控系统。控制信号送给数控系统。为了辨别磁头在磁标尺上的移动方向，为了辨别磁头在磁标尺上的移动方向，常采用相距常采用相距1/41/4节距的两组磁头。节距的两组磁头。27282930313233343536V3=k3V2V2=k1V1sinV1=VmsintV1=VmsintV2=k1V1sinV3=k3V2V1V2too180o360o37V1V2too180o360o38V1=VmsintV2=k1V1sinV3=k3V23940
