HENGSTLER教您如何選擇數(shù)控機(jī)床的旋轉(zhuǎn)編碼器？

數(shù)控機(jī)床上的主軸編碼器通常具有兩個(gè)功能：速度反饋和位置反饋。通常，CNC機(jī)床必須進(jìn)行螺紋加工。進(jìn)給加工的每次旋轉(zhuǎn)都需要進(jìn)給軸和主軸速度之間的插值，因此需要HENGSTLER編碼器反饋速度和旋轉(zhuǎn)方向。在加工中心更換刀具時(shí)，主軸還必須返回脈沖信號(hào)，以便主軸每次都停在固定位置。只要有上述編碼器，對(duì)于在多節(jié)傾斜床上進(jìn)行的CS處理，通常安裝兩個(gè)編碼器，一個(gè)用于在電機(jī)背面實(shí)現(xiàn)速度反饋，另一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)主軸上的任何角度和位置反饋。

1.數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感元件編碼器和位置傳感裝置的要求

（1） CNC機(jī)床需要編碼器來(lái)捕捉信息

檢測(cè)元件是檢測(cè)裝置的重要部分。其主要功能是檢測(cè)位移和速度并發(fā)送反饋信號(hào)。路徑檢測(cè)系統(tǒng)可以測(cè)量的最小位移稱為分辨率。分辨率不僅取決于傳感元件本身，還取決于測(cè)量電路。

數(shù)控機(jī)床對(duì)檢測(cè)元件的主要要求是：①使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；②滿足精度和速度要求；③易于操作和維護(hù)，適合機(jī)床操作環(huán)境；④成本低；⑤易于連接到計(jì)算機(jī)。

不同類型的數(shù)控機(jī)床對(duì)識(shí)別系統(tǒng)的精度和速度有不同的要求。一般情況下，大型數(shù)控機(jī)床主要滿足速度要求，而中小型和高精度數(shù)控機(jī)床主要符合精度要求。當(dāng)選擇測(cè)量系統(tǒng)的分辨率和脈沖當(dāng)量時(shí)，通常亨士樂(lè)編碼器需要比加工精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

（2） 位置傳感裝置的數(shù)控機(jī)床要求

位置傳感裝置是數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的重要組成部分。其功能是檢測(cè)位移和速度，亨士樂(lè)編碼器發(fā)送反饋信號(hào)并形成閉合或半閉合控制。數(shù)控機(jī)床的加工精度主要取決于識(shí)別系統(tǒng)的精度。不同類型的數(shù)控機(jī)床對(duì)位置傳感部件、識(shí)別系統(tǒng)和被測(cè)部件的最大移動(dòng)速度的精度有不同的要求。目前，檢測(cè)元件和系統(tǒng)的最高水平是，如果被測(cè)部件的最大移動(dòng)速度達(dá)到240m/min，則位移檢測(cè)的分辨率（可檢測(cè)的最小位移）可以達(dá)到1μm。

數(shù)控機(jī)床對(duì)位置檢測(cè)裝置有以下要求：

① 它受溫度和濕度的影響較小，工作可靠，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持精度，抗干擾能力強(qiáng)。

② 它能滿足機(jī)床執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的精度和速度要求。

③ 操作維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床的工作環(huán)境。

④ 成本低。主軸編碼器簡(jiǎn)介

2.位置檢測(cè)裝置的分類

對(duì)于不同類型的數(shù)控機(jī)床，由于不同的工作條件和檢測(cè)要求，可以使用以下不同的檢測(cè)方法。

（1） 增量和絕對(duì)測(cè)量

增量檢測(cè)方法僅測(cè)量路徑步長(zhǎng)，并使用數(shù)字脈沖的數(shù)量來(lái)指示單位位移的數(shù)量（即，最小單位集），并發(fā)送每個(gè)移動(dòng)測(cè)量單位的測(cè)量信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，并且每個(gè)定心點(diǎn)可以用作測(cè)量起點(diǎn)。然而，在該系統(tǒng)中，切換距離在測(cè)量信號(hào)已經(jīng)累積之后被讀出。如果累積不正確，則以下測(cè)量結(jié)果完全不正確。此外，如果發(fā)生故障（例如電源故障），則無(wú)法再找到事故發(fā)生前的正確位置。排除事故后，必須將工作臺(tái)移至起點(diǎn)并再次計(jì)數(shù)，以找到事故發(fā)生前的正確位置。脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、晶格、磁晶格、激光干涉儀等都是增量檢測(cè)裝置。

絕對(duì)測(cè)量方法測(cè)量被測(cè)部件在某個(gè)絕對(duì)坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)位置值，并用二進(jìn)制或十進(jìn)制數(shù)字信號(hào)表示。通常，它可以在轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字信號(hào)后發(fā)送用于比較和顯示。分辨率要求越高，結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。這種測(cè)量?jī)x器包括絕對(duì)脈沖編碼盤(pán)、三速絕對(duì)編碼盤(pán)（或稱為多路絕對(duì)編碼盤(pán)）等。

（2） 數(shù)字和模擬測(cè)量

數(shù)字識(shí)別是對(duì)被測(cè)單位進(jìn)行量化并以數(shù)字形式表示，被測(cè)信號(hào)一般是電脈沖，可以直接發(fā)送到數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行比較和處理。這種檢測(cè)裝置包括編碼器和格柵。數(shù)字檢測(cè)具有以下三個(gè)特點(diǎn)。

① 測(cè)量的脈沖數(shù)被轉(zhuǎn)換以便于顯示和處理；

② 測(cè)量精度取決于測(cè)量單位，基本上與量程無(wú)關(guān)；然而，存在累積的位誤差；

③ 檢測(cè)裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，脈沖信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。

模擬檢測(cè)是使用連續(xù)變量來(lái)確定測(cè)量值，如電壓幅度變化、相位變化等來(lái)表示。數(shù)控機(jī)床中的模擬檢測(cè)主要用于測(cè)量小面積。模擬檢測(cè)裝置包括測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器和磁尺。模擬檢測(cè)的主要特征如下。

① 直接檢測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)，無(wú)需量化。

② 可以在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。

③ 它可以執(zhí)行直接和間接檢測(cè)。

位置傳感裝置安裝在致動(dòng)器（即端件）上，以直接測(cè)量致動(dòng)器端件的線性位移或角位移，這可以稱為直接測(cè)量，并且可以形成閉合的進(jìn)給伺服系統(tǒng)。在該檢測(cè)方法中，利用線性檢測(cè)裝置測(cè)量機(jī)床的線性位移。其優(yōu)點(diǎn)是它直接反映了工作臺(tái)的線性位移。缺點(diǎn)是檢測(cè)裝置必須具有與沖程相同的長(zhǎng)度，這是大型機(jī)床的主要限制。

位置檢測(cè)安裝在致動(dòng)器前面的驅(qū)動(dòng)元件或驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸上，以測(cè)量其角位移。驅(qū)動(dòng)器的線性位移可以在改變傳動(dòng)比之后確定。這稱為間接測(cè)量，可以形成半封閉的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。例如，HENGSTLER編碼器安裝在電機(jī)軸上。間接測(cè)量可靠方便，無(wú)長(zhǎng)度限制；其缺點(diǎn)是檢測(cè)信號(hào)中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)增加了直線的傳輸鏈誤差，這影響了測(cè)量精度。通常，需要補(bǔ)償機(jī)床的傳動(dòng)誤差以提高定位精度。

除了上述位置檢測(cè)裝置之外，伺服系統(tǒng)通常包括用于檢測(cè)和調(diào)節(jié)電機(jī)速度的速度檢測(cè)部件。常見(jiàn)的測(cè)速元件是測(cè)速電機(jī)。

主軸編碼器采用與主軸同步的光電編碼器，通過(guò)中間軸上的齒輪箱進(jìn)行1:1同步傳輸。CNC車床主軸的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間沒(méi)有直接的機(jī)械連接。為了加工螺紋，進(jìn)給伺服電機(jī)的脈沖數(shù)和主軸的速度必須具有相應(yīng)的關(guān)系，主軸編碼器起到連接主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的作用。

當(dāng)主軸編碼器應(yīng)用于數(shù)控車床上進(jìn)行螺紋加工時(shí)，其同步脈沖被用作刀具進(jìn)給點(diǎn)和刀具牽引點(diǎn)的控制信號(hào)，以確保螺紋不亂彎。線程是如何處理的？車削刀具的進(jìn)給點(diǎn)和進(jìn)給點(diǎn)應(yīng)該在哪里？主軸編碼器的功能是什么？

1.螺紋

螺紋是一種連續(xù)的凸起和凹槽，具有相同的輪廓形狀，沿著圓柱形或圓錐形表面上的螺旋線形成。在圓柱表面上形成的螺紋稱為圓柱螺紋，在圓錐表面上形成螺紋稱為圓錐螺紋。在旋轉(zhuǎn)的外表面上形成的螺紋稱為外螺紋，而在旋轉(zhuǎn)的內(nèi)表面形成的螺紋則稱為內(nèi)螺紋。

處理線程有多種方法。當(dāng)向車床添加螺紋時(shí)，車床通過(guò)三爪卡盤(pán)夾緊圓柱形工件，并驅(qū)動(dòng)其以恒定速度旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)車削刀具（標(biāo)準(zhǔn)螺紋車削刀具）沿圓柱軸線方向以恒定速度和直線旋轉(zhuǎn)。車刀頭將工件表面上的三角形凹槽切割成三角形螺紋。

螺紋加工過(guò)程中有軌跡起點(diǎn)（點(diǎn)A，即進(jìn)給點(diǎn)）和軌跡終點(diǎn)（點(diǎn)B，即刀具移除點(diǎn)）。為了確保螺紋加工路徑中的螺紋加工，有足夠的加速段δ和減速回縮段δ，以消除伺服滯后引起的螺距誤差。

2.主軸編碼器的功能

HENGSTLER主軸編碼器采用與主軸同步的光電編碼器，通過(guò)中間軸上的齒輪箱進(jìn)行1:1同步傳輸。CNC車床主軸的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間沒(méi)有直接的機(jī)械連接。為了加工螺紋，進(jìn)給伺服電機(jī)的脈沖數(shù)和主軸的速度必須具有相應(yīng)的關(guān)系。主軸編碼器起到連接主軸旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的作用。主軸編碼器簡(jiǎn)介（2）

2、任務(wù)實(shí)施

亨士樂(lè)光電編碼器的原理。在泄漏的圓盤(pán)上，沿著周長(zhǎng)有兩圈條紋，外圈是周長(zhǎng)平分線，例如：1024用于發(fā)送脈沖，內(nèi)圈只有1。在燈帶上有透光帶A、B、C，A和B之間的距離應(yīng)確保，如果帶A與泄漏盤(pán)上的一條帶匹配，則帶B應(yīng)與泄漏盤(pán)的另一條帶的相遇不對(duì)齊1/4個(gè)周期。在燈帶的每一條后面，都布置了一個(gè)光敏三極管，它形成了一個(gè)輸出通道。

燈泡發(fā)出的散射光通過(guò)電容器集中后變成平行光。當(dāng)泄漏盤(pán)與主軸同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于泄漏盤(pán)上的條紋與光帶上的條紋的碰撞和位移，光敏管會(huì)發(fā)生亮度和暗度的變化，從而導(dǎo)致光敏管中的電流發(fā)生變化。改變后的信號(hào)電流通過(guò)整流器和增益電路輸出矩形脈沖。由于邊緣A與泄漏盤(pán)的邊緣重合，邊緣B和另一邊緣錯(cuò)開(kāi)1/4周期，因此兩個(gè)通道A和B的輸出波形的相位也相差1/4周期。

當(dāng)編碼器中泄漏圓盤(pán)內(nèi)圈的缺口與燈條上的條帶C重合時(shí)，輸出脈沖是同步的（起始脈沖，也稱為零）。利用同步脈沖，數(shù)控車床可以實(shí)現(xiàn)加工控制，也可以作為主軸準(zhǔn)停止裝置的準(zhǔn)停止信號(hào)。在CNC車床上車削螺紋時(shí)，同步脈沖用作刀具進(jìn)給點(diǎn)和刀具縮回點(diǎn)的控制信號(hào)，以確保螺紋不被解密。

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