几类典型光栅尺的性价比分析和使用要求简介 摘要：本文介绍了光栅尺的基本原理和分类。并列举了实际生产中的几种典型光栅尺，介绍了其技术参数、安装步骤和使用方法，通过比较，得出性价比分析。关键词：光栅尺；技术参数；摩尔纹 Abstract:This paper introduces the basic principle of grating ruler and classification. And enumerates several typical light in actual productio n.Grating ruler, introduces the technical parameters, the installation steps and method of use, by comparison, it is concluded that ratio of analysis. Keyword: grating ruler；technical parameters；Moore grain
1.光栅尺简介 光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。 1.2光栅尺工作原理 光栅尺是通过莫尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器. GBC系列光栅尺是由读数头、主尺和接口组成。玻璃光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲。一般的情况下，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90°的两路。当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90°的脉冲波，输出信号再经过数显系统细分处理,分辨率是光栅周期除以信号细分数,经过电子信号细分处理分辨率可为5um或1um 。 1.2.1莫尔条纹 以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上形成明暗相间的条纹，这种条纹称为“莫尔条纹”。严格地说莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直，莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。莫尔条纹W=ω /2* sin（θ/2）=ω /θ 。 1.2.2莫尔条纹具特征： (1)莫尔条纹的变化规律 两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与
直线电动机 linear motor 直线电动机 利用电能直接产生直线运动的电动机。其原理与相应的旋转式电动机相似，在结构上可看作是由相应旋转电机沿径向切开，拉直演变而成（图1）。直线电动机包括定子和动子两个主要部分。在电磁力的作用下，动子带动外界负载运动作功。在需要直线运动的地方，采用直线电动机可使装置的总体结构得到简化。直线电动机较多地应用于各种定位系统和自动控制系统。大功率的直线电动机还常用于电气铁路高速列车的牵引、鱼雷的发射等装备中。 直线电动机按原理分为直流直线电动机、交流直线异步电动机、直线步进电动机和交流直线同步电动机。以前3种应用较多。按结构可分为单边型和双边型两种。在单边型结构中，定子和动子之间受有较大的单边磁拉力；双边型结构由于两边磁拉力互相平衡，支承部分摩擦力较小，动作比较灵活。 直线电动机 直流直线电动机直流供电的直线电动机。由一套磁极和一组绕组构成。绕组中的电流有的通过电刷和换向片结构引入，称刷型；有的不经换向器和电刷，直接用导线引入，称无刷型。直流直线电动机从结构上还可分为动极式和动圈式两种。图2所示为圆柱式直流
动圈式直线电动机，由于其结构与扬声器的音圈相似，故又称为音圈式直线电动机，简称音圈电动机。其中图2a为短线圈音圈电动机，图2b为长线圈音圈电动机。 直流直线电动机由于推力与电枢电流成正比，速度与电枢电压成正比，故具有良好的线性控制特性，它与闭环控制系统配合，可以进行精密的调节和控制，适用于自动控制系统，例如计算机磁盘驱动器的磁头定位系统。 交流直线异步电动机由旋转式异步电动机演变而来。其工作原理和旋转式异步电动机相同。主要由原边和副边两部分组成，嵌有线圈的部分为原边。当多相绕组中通入电流后，电机气隙中就产生一个磁场行波，切割副边的导体而感生电流。此电流与磁场作用产生电磁力使原边和副边发生相对运动。直线异步电动机可以做成原边固定、副边可动的短副边型和副边固定、原边可动的短原边型两种结构。短原边型所用线圈数量少，比较经济，应用较多;短副边型常用于金属物体的投射。直线异步电动机常在工业自动化系统中作为操作杆的动力，用它操作自动门窗、自动开关和阀门以及各种机械手，也可用于电气铁路高速列车的牵引和鱼雷发射等。 直线步进电动机作直线步进运动的电动机。按其电磁推力产生的原理可以分为反应式和永磁感应子式两大类。 ①反应式直线步进电动机：其定子是一条开有均匀齿槽的导轨，动子是一个绕有三相绕组的E形铁心。每个铁心柱上都开有和定子齿距相等的齿槽，且各相铁心柱上的齿槽相对于定子齿槽依次错开1／3齿距。如果输入三相绕组电脉冲的顺序依次为A→B→C→A，则动子就会向左作步进运动。如果通电顺序改为A→C→B→A，则动子就向右作步进运动。在结构上也可以把E形铁心固定，让齿条作为动子。齿条的运动将与上述运动方向相反。 ②永磁感应子式直线步进电动机：定子由软铁材料制成，上面铣有均匀间隔的齿槽；动子由永久磁铁加上两个带齿的形电磁铁组成。两个电磁铁上的齿相互错开一定距离。在电磁铁线圈不通电时，动子位置由永久磁铁决定。而在两个电磁铁按一定顺序轮流通电时，将使动子以一定齿距作步进运动。如果对两个电磁铁不是轮流通电，而是使其中的电流一个按正弦变化，一个按余弦变化，则可使动子运动平滑，步距很小。其步距（位置）分辨率可以达到0.01mm以下。在要求高精度定位的场合，例如绘图仪、磁头定位机构、激光定位器和数控系统中得到较多的应用。 线性马达(直线电机)的工作原理 所谓线性马达又称为直线电机，是一种将传统的旋转电机沿轴线方向切开后，将旋转电机的初级展开作为直线电机(线性马达)的定子，次级通电后在电磁力的作用下沿着初级做直线运动，成为直线电机(线性马达)的动子。 我们常说的磁悬浮，往往和直线电机(线性马达)驱动有着很大联系。磁浮运输系统通常采用“线性马达”也就是直线电机作为推进系统的。 线性马达的构成原理 设靠三相交流电力励磁的移动用电磁石(作为定子)，分左右两排夹装在铝板两旁(但不接触)，磁力线与铝板垂直相交，铝板即感应而生电流，因而产生驱动力。由于线性感应马达的定子装在列车上，较导轨短，因此线性感应马达又称为“短定子线性马达”(Short-stator
海德汉光栅尺： 分类：海德汉光栅尺分为敞开式和封闭式两类：其中敞开式为高精度型。输出波形为正弦波，主要用于精密仪器的数字化改造。最高分辨率可达0.1μm;封闭式则主要用于普通机床，仪器的数字化改造，输出波形为方波。敞开式传感器由光栅尺和光栅读数头两部分组成。封闭式传感器由光栅尺、光栅读数头及壳体三部分整装部件。海德汉光栅尺按外型分类为小型尺，标准型尺、大型尺三类。海德汉光栅尺型号为GBC2-B30型(小型)、GBC2-B10型(标准型)、GBC2-B20型(大型)，大型尺最长可做到3000mm。 特点： 1、最先进可靠的光学测量系统，采用可靠耐用的高精度五轴承系统设计，保证光学机械系统的稳定性，优异的重复定位性和高等级测量精度。 2、传感器采用密封式结构，性能可靠，安装方便。 3、采用特殊的耐油、耐蚀、高弹性及抗老化塑胶防水，防尘优异，使用寿命长。 4、具体高水平的抗干扰能力，稳定可靠。 5、光源采用红外发光二极管，体积小寿命长。 6、采用先进的光栅制作技术，能制作各规格的高精度光栅玻璃尺(最长可做到3000mm)。 应用领域：海德汉光栅尺广泛应用于：数控加工中心，机床，磨床，铣床，自动卸货机，金属板压制和焊接机，机器人和自动化科技，生产过程测量机器，线性产品, 直线马达, 直线导轨定位等领域。 注意事项： (1)海德汉光栅尺传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。 (2)尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅尺传感器壳体内部。 (3)定期检查各安装联接螺钉是否松动。 (4)为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。 (5) 为保证光栅尺传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液(各50%)清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。 (6) 海德汉光栅尺传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅尺传感器即失效了。 (7) 不要自行拆开光栅尺传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅尺传感器的精度;另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。 (8) 应注意防止油污及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。 (9) 海德汉光栅尺传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。
摘要 随着数控机床在机床制造领域的普及，现代机床在加工速度、加工精度和可靠性方面都有了很大的提高。机床用光栅测量元件和数控系统是数控机床的两大核心部件，清楚地了解他们的发展趋势，对机床制造商和最终用户都有非常重要的意义。本文依据对海德汉光栅尺拆解后测绘的尺寸，利用solidworks2009对其进行了实体建模，并对光栅尺加工及安装工艺进行了研究和探讨。同时，本文阐述了光栅尺的概况，分类及工作原理，介绍了典型的海德汉光栅尺及海德汉公司的发展，提出了能提高光栅尺的测量精度的方法。 第1章绪论 1.1引言 在经济危机席卷全球的形式下，中国光栅尺制造商面临产品升级，寻求新发展的重要时期，制造出高性能光栅尺是光栅尺制造商共同的目标。实现该目标与很多因素都相关，本文仅从高性能机床所需的两个关键部件人手，介绍其最新发展供大家参考。结合HEIDENHAIN公司的在测量技术方面的深人研究，着重强调了光栅尺精度和测量技术的最新发展，包括:(1)单场扫描技术；(2) 光栅测量技术；(3)光栅尺位移传感器的概念及工作原理；(4 )光栅尺的加工工艺等。结合HEIDENHAIN数控系统，介绍了适合于高性能数控机床的最新数控技术，包括(1)高速加工;(2)五轴加工;(3)智能化;(4)友好人机界面。 1.2光栅测量系统的发展趋势及水平 光栅数字测量系统是数显机床、数控机床和测量机的重要组成部分，是由光栅传感器和光栅倍频器(插补和数字化电子装置)组成。光栅传感器是作为位移测量元件，光栅倍频器是对光栅信号进行电子细分和数字化处理。光栅编码器是利用刻划在各种各样载体(如玻璃、玻璃陶瓷、固态钢或钢带)上的光栅作为测量标准，并通过光电扫描进行分度，编码器的精度和温度特性可以通过刻划和选择载体来优化。光栅编码器又分为直线编码器(光栅尺)和圆编码器，而圆编码器又分为旋转编码器(作为旋转轴的反馈部件)和角度编码器(作为转台的角度测量部件)。对于编码器的结构又分为开启式的和封闭式的。它是以测量各个坐标的位移来实现对设备的数显和数控，因此测量系统的精度就决定了设备的精度。目前光栅数字测量系统的精度已有微米级、亚微米级和纳米级三个档次。 光栅测量系统的长处是性能稳定、可靠性好、精度高、测量范围大、使用方便、价格适中，和其他测量系统相比有着明显的优势，在当今国际市场上光栅测量系统要占到80%以上。目前光栅测量系统的侧量步距已达
直流电动机 直线电动机不需要任何中间转换机构就能产生直线运动，驱动直线运动的生产机械，因此可使系统结构简单、运行可靠、精度和效率高。由于具有以上优点，直线电动机应用非常广泛。 直线电动机的类型很多，从原理上讲，每一种旋转电动机都有与之相对应的直线电动机。直线电动机按其工作原理可分为直线感应电动机、直线直流电动机、直线同步电动机、直线步迸电动机等。按结构形式可分为扇平型、圆筒型（或管型）、圆盘型和圆弧型4种。此外还有一些特殊的结构。 一、直线感应电动机 （一）、直线感应电动机的主要类型和基本结构 直线感应电动机主要有扁平型、圆筒型和圈盘型3种类型其中，扁平型应用最为广泛。 1.扁平型 直线电动机可以看作是由旋转式感应电动机演变而来的。设想把旋转感应电动机沿径向剖开，并将圆周展开成直线，即可得到扁平型直线感应电动机， 如图9-1所示。由定子演变而来的一侧 称为一次侧，由转子演变而来的一侧称 为二次侧。 图9-1b所示的直线感应电勃机，其 一次侧和二次侧长度是相等的。由于运 行时一次侧和二次侧之间要作相对运 动，为了保证在所需的行程范围内，一 次侧和二次侧之间的电磁耦合始终不 变，实际应用时，必须把一次侧和二次 侧制造成不同长度，既可以是一次侧长、
二次侧短，也可以是一次侧短，二次侧长。前者称为长一次侧，后都称短一次侧，如图9-2所示。由于短一次侧结构比较简单，制造成本和运行费用均比较低，故除特殊场合外，一般均采用短一次侧。 图9-2所示的扁平型直线感应电动机，仅在二次侧的一边具有一次侧，这种结构形式称为单边型。它的最大特点是在—次侧和二次侧之间存在较大的法向吸力，这在大多数场合下是不希望发生的。若在二次侧的两边都装上一次侧,则法向吸力可以互相抵消，这种结构形式称为双边型，如图9-3所示。
光栅尺与电子尺的区别
光栅尺与电子尺的区别 直线位移的反馈，可以用光栅尺，也可以用电子尺，是光栅尺好呢还是用电子尺呢?两者有什么区别呢?下面，我告诉你。 一、 1.工作原理 光栅尺：光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅即标尺光栅和副光栅即指示光栅进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间或明暗相间的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白或明暗相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示 电子尺：用改变阻值的线性变化量达到量测目的。 2.输出方式 光栅尺：方波三路A、B、Z;六路 ;正弦 ;后端要配显示表或PLC
电子尺：0~10V、4~20mA、0~5V 3.工作电压 光栅尺：±5V 电子尺：最大60V电压 4.工作温度 光栅尺： -10 ~ +45℃ 电子尺： -60~150℃ 5.线性度 光栅尺：测量准确度：±6μm/m～±10μm/m 电子尺： ±0.01%或±
0.05% 6.响应频率 光栅尺：运行速度：100M/Min 电子尺：位移速率: 4m/S~10m/S PKH 7.重复性 光栅尺：0mm 电子尺：0.01mm 二、电子尺 电子尺又称直线位移传感器，电阻尺，适用于注塑机，木工机械，印刷机，喷涂，机床，机器人，工程监测电脑控制运动器械等需要精确测量位移的场合。 导电塑料电位计电压分配器，电子尺在五十年代后期面世，并被广泛应用于汽车、注塑机、木料加工机和现代不同的行业。传感器价格相对便宜，低温度变化，低扭矩操作和高速应用是导电塑料技术的独有特征。
第一部分提纲 1、数控机床的组成 2、数控机床的分类与含义 3、程序编制的步骤、首件试切的作用 4、数控机床坐标系 5、几个概念：数字控制、伺服系统、脉冲当量、数控机床的控制轴与联动轴 6、什么是插补、插补方法分类， 7、滚珠丝杠幅预紧的分类与原理 8、进给系统中齿轮传动副、滚珠丝杠螺母副的间隙将会造成什么后果 9、CNC装置硬件结构分类？ 10、CNC装置软件结构分类？ 11、M00、M01、M02、M03、M04、M05、M06、M30、M98、M99 12、G00、G01、G02、G03、G40、G41、G42、G43、G44、G49、G90、G 91、G92、G80、G81、G70、G71、G72、G73 13、逐点比较法的公式、确定刀具进给方向的依据、直线、圆弧计算过程、插补轨迹图 14、数字增量插补法的插补周期及其相关因素 15、刀具补偿原理与方法 16、在逐点比较法直线插补中，已知 f、δ、直线与X轴的夹角α，则V、Vmax、Vmin=？mm/s 17、数控机床上加工工件时所特有的误差是什么 18、伺服系统的作用、分类、所采用的插补方法、使用的电动机 19、旋转变压器的工作方式？ 20、增量式光电编码器的组成、原理 21、绝对值编码器的原理，能分辨的最小角度与码位数的关系
22、光栅的组成、摩尔条纹的计算、特性、读数原理 23、步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机的应用场合，步进电机失步的类型。 24、步进电机步距角的计算 25、交流伺服电机的种类、调速方法 26、步进电动机功率驱动电路的种类 27、主运动的传动形式 28、车、铣数控加工编程，用绝对坐标或增量坐标编程，刀补的应用，进刀、退刀方式选择，粗车循环的应用，带公差尺寸的编程处理方法 29.数控机床由哪几部分组成？<用框图表示） 30、有一台数控机床在进给系统每一次反向之后就会使运动滞后于指令信号，请分析产生这种现象的原因及消除的办法。 31、步进电机常用的驱动放大电路有哪几种？它们在性能上各有何特点？ 32、说说正式加工前的程序校验和空运行调试有什么意义？ 33、数控加工编程的主要内容有哪些？ 34、简述绝对坐标编程与相对编程的区别。 35、在孔加工中，一般固定循环由哪6个顺序动作构成？ 36、简要说明数控机床坐标轴确立的基本原则。 37、说明模态指令<模态代码）和非模态指令<非模态代码）的区别） 38、.刀具半径补偿的作用是什么？使用刀具半径补偿有哪几步，在什么移动指令下才能建立和取消刀具半径补偿功能？ 39、数据采样式进给位置伺服系统中选择采样周期时，应考虑那些因素？ 40、光电盘为什么要采用相同的两套光电元件？它们的安装位置如何确定？ 41、什么叫做数控机床的脉冲当量？它影响数控机床的什么性能？一般数控机床的脉冲当量为多大值？ 42、 G90 G00 X20.0 Y15.0与G91 G00 X20.0 Y15.0有什么区别？ 第二部分课后习题
直流电机基本概念思考题解答 P．22 1—5题：在直流电机中，为什么每根导体的电势为交流，但由电刷引出的电势为直流？ 答：电枢中的每一根直线导体（即镶在电枢铁芯中的导体）顺序切割电机磁场，而相对于直线导体而言磁场的大小在改变，该导体就会感应电势。且该电势的大小和方向均随时间而变化。故该电势的性质为交流。但经换向器的机械整流作用，在电刷端口该电势就为直流性质。 1—7题：为什么直流电机的电枢铁芯必须用硅钢片迭压而成，定子铁芯却用普通钢片？ 答：电枢铁芯既导磁又导电，其在旋转运行时会产生涡流损耗和磁滞损耗。为减少这些铁损耗，电枢铁芯必须用硅钢片迭压而成。而定子铁芯在工作时用于产生主磁通，铁损耗几乎为零，故定子铁芯用普通钢片迭压而成，这样可降低电机成本。 1—8题：直流电机的电枢绕组是自成闭合回路，当电枢旋转而在其中产生感应电势时，会不会产生环流，为什么？ 答：根据电枢绕组的结构原理，其呈现为自成闭合状态。而各支路是并联的，支路数是成对出现的。在理想状态下，各支路电势大小相等。绕组内阻的电压降也相同且对称。故绕组并联回路中不会产生环流。
1—9题：直流电机的电枢绕组为什么必须闭合？若一处断开，会产生什么后果？ 答：电枢绕组必须永成闭合回路，才能满足电机运行时的“机---电” 能量转换的要求；若一处断开，电机仍能转，但因并联支路对数减少，电机将不能满载运行使用。 1—10题：有一台单迭绕组电机，若除去一对正负电刷，对电机有什么影响？ 答：根据直流电机的基本理论单迭绕组的支路数2a=2p，共有4条支路，2对正负电刷。若去除其中一对正负电刷，此时只有一对绕组工作，故此时电机只能带一半的负载运行。 1—11题：直流发电机和直流电动机的额定功率是指什么？一台直流电机在运行时的功率大小是由什么决定的？ 答：(1)直流发电机：其额定功率是指额定输出的电功率。 Pn = Un*In (w) 直流电动机：其额定功率是指额定输出的机械功率。 Pn = Un*In*ηn （w） (2)直流电机在运行时，若电机的电磁参数不变时，其功率大小 主要由它带的负载大小决定的。 P．43 3—3题：试述并励直流发电机在电压建立过程中，电压建立的条件是什么？建立起来的电压大小受哪些因素的影响？ 答：建压条件：（1）电机内部要有剩磁，（2）励磁磁通与剩磁磁通同
光栅尺工作原理 常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。图4-9是其工作原理图。当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度 来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。莫尔条纹具有以下性质： (1) 当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。 (2) 若用W表示莫尔条纹的宽度，d表示光栅的栅距，θ表示两光栅尺线纹的夹角，则它们之间的几何关系为W=d／sin当 角很小时，上式可近似写W=d／θ 若取d=0.01mm,θ=0.01rad，则由上式可得W=1mm。这说明，无需复杂的光学系统和电子系统，利用光的干涉现象，就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。这种放大作用是光栅的一个重要特点。 (3) 由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的，所以莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。 (4) 莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。两光栅尺相对移动一个栅距d，莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W，其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直，且当两光栅尺相对移动的方向改变时，莫尔条纹移动的方向也随之改变。 根据上述莫尔条纹的特性，假如我们在莫尔条纹移动的方向上开4个观察窗口A，B，C，D，且使这4个窗口两两相距1／4莫尔条纹宽度，即W／4。由上述讨论可知，当两光栅尺相对移动时，莫尔条纹随之移动，从4个观察窗口A，B，C，D可以得到4个在相位上依次超前或滞后(取决于两光栅尺相对移动的方向)1／4周期(即π／2)的近似于余弦函数的光强度变化过程，用表示，见图4-9(c)。若采用光敏元件来检测，光敏元件把透过观察窗口的光强度变化 转换成相应的电压信号，设为 。根据这4个电压信号，可以检测出光栅尺的相对移动。 1．位移大小的检测 由于莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动是相对应的，故通过检测 这4个电压信号的变化情况，便可相应地检测出两光栅尺之间的相对移动。 每变化一个周期，即莫尔条纹每变化一个周期，表明两光栅尺相对移动了一个栅距的距离；若两光栅尺之间的相对移动不到一个栅距，因 是余弦函数，故根据 之值也可以计算出其相对移动的距离。 2. 位移方向的检测 在图4-9(a)中，若标尺光栅固定不动，指示光栅沿正方向移动，这时，莫尔条纹相应地沿向下的方向移动，透过观察窗口A和B，光敏元件检测到的光强度变化过程 和及输出的相应的电压信号和如图4-10(a)所示，在这种情况下，滞后的相位为／2；反之，若标尺光栅固定不动，指示光栅沿负方向移动，这时，莫尔条纹则相应地沿向上的方向移动，透过观察窗口A和B，光敏元件检测到的光强度变化过程和 及输出的相应的电压信号和如图4-10(b)所示，在这种情况下，超前的相位为／2。因此，根据和两信号相互间的超前和滞后关系，便可确定出两光栅尺之间的相对移动方向。 工作原理： 直线光栅尺和旋转编码器均依据相对运动的原理来产生光信号，这些信号经过光电器件的转换处理后，用来检测机械装置的位移。FAGOR公司反馈产品采用两种不同的材料来产生反馈信
一、直流电动机的基本原理： 下面电机原理部分的内容主要摘自谢明琛教授编著的《电机学》： 图示为一个最简单的直流电机模型，定子上有固定的永久磁铁做磁极，转子为圆柱型的铁芯，上面嵌有线圈（图中导体ab和cd连成一个线圈），线圈的首末端分别连接在两片彼此绝缘的圆弧型换向片上，换向片固定在转轴上，换向片构成的整体称为换向器，整个转动部分成为电枢，为了把电枢和外电路接通，在换向片上放置了两件空间位置固定的电刷A和B，当电枢转动时，电刷A只能与转到上面的换向片接触，电刷B只能与转到下面的换向片接触。 当这个原理样机作为直流发电机运行时，用原动机拖动电枢，使之以恒速n沿逆时针方向旋转，若导体的有效长度为l ,线速度为v,导体所在位置的磁通密度为 ，则在每根导体中感应出电势为 导体感应电势的方向用右手定则确定，在图示的瞬间，ab导体处在N极下，其电动势的方向由b—a，而导体cd处·在S极下，其电动势方向由d—c,整个线圈的电动势为2e，方向由d—a,如果线圈转过180度，则ab导体和cd导体的电动势方向均发生改变，故线圈电动势为交变电动势。 但通过测量，我们却发现在电刷A/B间的电动势却是单向的，这是为什么呢？这是因为电刷A只与N极下的导体接触，当ab导体在N极下
时，电动势方向为b—a—A，电刷A的极性为+，在另一个时刻，导体cd 转到N极下时，电动势的方向为c—d—A,电刷A的极性仍为+，可见电刷A 的极性永远为+，同理，电刷B的极性就永远为-，故电刷A/B间的电动势为直流电动势。 若把上述电机模型用做电动机运行，在电刷A/B间施加直流电压，使电流从正极电刷A流入，通过线圈abcd，经负极电刷B流出，由于电流始终从N极下的导体流入，S极下的导体流出，根据电磁力定律可知，上下两根导体受到的电磁力方向始终为逆时针方向，它们产生的电磁力矩的方向也始终是逆时针方向，使电机按逆时针方向旋转，从上面的分析可以看出，在直流电机的绕组里，电枢线圈里的电流方向是交变的，但产生的电磁转距的方向却是单向的，这也是由于有换向器的原因。 以上是直流电机运行的基本原理，而对直流电机的基本结构，相信大家已经非常熟悉，我就不再浪费大家的时间，下面，就首先从电动机的额定参数的定义开始给大家开始介绍电机的运行方程及特点。 二、直流电动机的额定参数 我们在公司制造的各种电机上，都可以看到额定电压，额定功率等参数，他们的具体含义如下： 额定电压：对电动机来说，是指在标准的供电的系统中，施加在电动机接线端上的直流电压，具体到我们公司的产品，基本上是使用在汽车上，目前汽车行业采用的供电体系主要有12V和24V两种，所以，我们的电机额定电压也都是12V或24V，这里要引起注意的是，额定电压并不是对该产品进行评价时的测试电压，随着使用环境的不同，我们对产品的测试电压的规定是变化的，比方在进行基本性能测试时，采用的是12V，但进行耐久试验时，为了减少测试时间，往往采用13.5V的测试电压。对起动机来说，这就更加明显，额定电压12V的起动电机，在使用过程中，是有蓄电池供电的，考虑到电池的内阻和容量限值，额定负载点的测试电压往往只有8-9V。 额定电流：在电机接线端施加额定电压，输出轴上施加额定力矩时，通过电枢绕组的电流。 额定转速：电机在额定电压和额定电流下，输出的转速。 额定功率：电机在额定电压、额定电流下，轴端输出的功率。对发电机来说，是指电机的出线端子输出的额定功率。 三、电动机的输出特性和电机拖动系统稳定运行条件： 电动机的运行是将电能转换为机械能，表征它的输出机械功率的参数主要是转速和转距，因此直流电机的工作特性是指输入电压、励磁电
教案用纸 页 学科 数 控 加 工 工 艺 学 第一章第 6 节 课题数控机床的插补原理 授课时数2H 累计时间8H 授课日期2010-09-10 授课班级数加维7090102 数控技术50901 教学目的与要求1．了解数控机床的插补原理2．掌握直线插补的计算 教学重点与难点重点：数控机床的插补原理难点：计算直线插补 授课方法讲授法教具 执行后摘记
复习 数控机床的坐标系及方向的确定 新课讲解： 1-6数控机床的插补原理 一、 插补基本概念 1、插补 数控系统的插补是指根据给定的数学函数，在理想的轨迹和轮廓上已知点之间进行数据密化处理的过程。常用脉冲当量的数值有0.01mm/脉冲、0.001mm/脉冲。目前有些数控机床的加工精度已达0.1um 、0.01um 。 2、分类 插补功能的好坏直接影响系统控制精度和速度，是数控系统的主要技术性能指标，所以插补软件是数控系统的核心软件。 二、逐点比较法 逐点比较法是被控制的对象在按要求的轨迹原点时，每走一步都要与现实的轨迹比较，由比较结果决定下一步移动的方向插补过程中每处理一步都要完成以下四个工作节拍：偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判别。 （1）插补步骤流程图 （2）第一象限直线插补 1、直线插补（第一象限） 1）、偏差判别 e m e m m Y X X Y F -=，若0=m F ，则动点恰好在直线上；若0>m F ，则动点 在直线上方；若0 《数控技术》复习资料 一、填空题 1 .软件插补和硬件插补的原理相同，其作用都是根据给定的信息进行计算，在计算的过程中不断向各坐标轴发出相互协调的，使数控机床按指定的运动。 2. 所谓插补，就是数据密化的过程。在实际加工过程中，常采用或来逼近零件的轮廓曲线。 3 数据采样插补的特点是插补运算分两步进行。第一步进行，第二步进行。 4. DDA直线插补的物理意义是使动点沿矢量的方向前进，这种方法同样适用于DDA 插补。 5. 交流主轴伺服电机，采用变频调速的方法时，基频以下调速称为调速；基频以上调速称为调速。 6. 他激式直流主轴伺服电机调速时，额定转速以下调速称为恒转矩调速，通过调整 实现；额定转速以上调速称为恒功率调速，通过调整实现。 7.从CNC系统使用的微机及结构来分，CNC系统的硬件结构一般分为：单CPU 和多CPU 结构两大类。 8.刀具补偿包括刀具补偿和刀具补偿。 9. 刀具补偿的作用是把轨迹转换成轨迹。 10. 数控系统中完成插补运算的装置或程序称为插补器。根据插补器的结构可以分为、、三种类型。 11. 采用步进电机的开环伺服系统，对于数控装置发来的一个经驱动线路放大后驱动步进电机转过一个，经过机械传动系统带动工作台移动一个脉冲当量的位移。 12. 逐点比较法是以折线逼近直线或圆弧曲线，它与给定的之间的最大误差不超过一个。 13.编程人员以图样上的某一点为原点建立的坐标系，称为编程坐标系，编程坐标系的称为编程零点。 14.准备功能指令分为模态代码和非模态代码。模态代码表示该代码一经在一个 中应用，直到出现同组的另一个时才失效。 15.伺服系统被看作一个独立部分，与和并列为数控机床的三大组成部分。 16. 数控机床的伺服驱动系统通常包括两种：和。 17. 机床数控系统中常使用的位置检测装置，按运动方式可分为型和型两类。 18. 直线式感应同步器由作相对平行移动的和组成。 1.略 2.略 3.粗插补、精插补 4.速度、圆弧 5.恒转矩、恒功率 6.电枢电压、励磁电流 7.略 8.长度、半径 9.零件轮廓、刀具中心 10.硬件插补、软件插补、软硬件结合11.进给脉冲、步距角12.略13.工件、原点14.程序段、G代码15.数控系统、机床本体16进给伺服系统、主轴伺服系统 17.直线、回转18定尺、滑尺（动尺） 二、选择题 1.A 2.A 3.C 4.C 5.C 6.B 7.A 8.D 9.C 10.A 1. 一般而言，数据采样的插补周期T必须插补运算时间。 A：大于；B：小于；C：等于 2. 插补周期与位置反馈采样周期。 A：相同；B：不相同；C：可以相同，也可以不相同 3.数据采样插补又称为数字增量插补，适用于数控机床驱动的闭环进给伺服系统。 A：步进电机；B：直流伺服电机；C：交流或直流伺服电机 三、单项选择题： https://www.doczj.com/doc/169530862.html,C 系统软件必须完成管理和控制两大任务，下面任务中哪个不属于控制任务？（ ） A 、诊断 B 、插补 C 、位控 D 、译码 2.下列正确表示机床坐标系的是（ ） A 、X B 、X C 、Z D 、Y 3.脉冲当量的大小决定了加工精度，下面哪种脉冲当量对应的加工精度最高？ （ ） A 、1um/脉冲 B 、5um/脉冲 C 、10um/脉冲 D 、0.01mm/脉冲 4.设编程原点在工件的上表面，执行下列程序后，钻孔深度是（ ）。 G90 G01 G43 Z-50 H01 F100 （H01补偿值-2.00mm ） A ．48mm ； B.52mm ； C.50mm 。 5.一直线的起点坐标在坐标原点，终点坐标为A （x a 、y a ），刀具的坐标为P （x 、y ）。用逐点比较法对该直线进行插补时的偏差函数是（ ）。 A. F ＝x ·y －x a ·y a ； B. F ＝x a ·y －y a ·x ； C. F ＝x a ·x －y a ·y ； D. F ＝x a +y a －x －y 6. 加工中心与其他数控机床的主要区别是( )。 A .有刀库和自动换刀装置； B .机床转速高； C .机床刚性好； D .进刀速度高 7. 数控机床的数控装置包括( )。 A.光电读带机和输入程序载体； B.步进电机和伺服系统 C.输入、信息处理和输出单元； D.位移、速度传感器和反馈系统 8. G00的指令移动速度值是（ ）。 A ．机床参数指定； B 数控程序指定； C 操作面板指定。 9．编程坐标系一般指的是（ ） A ．机床坐标系； B. 工件坐标系； 10．下面哪项任务不是数据预处理（预计算）要完成的工作？（ ） A 、位置控制 B 、刀具半径补偿计算 C 、刀具长度补偿计算 D 、象限及进给方向判断 11. A 步进电机的转速是否通过改变电机的（ ）而实现。 A. 脉冲频率 B. 脉冲速度 C. 通电顺序。 12. 程序编制中首件试切的作用是( )。 A.检验零件图样设计的正确性； B.检验零件工艺方案的正确性； C.测试数控程序的效率； D.检验程序单及控制介质的正确性，综合检验所加工的零件是否符合图样要求。 13. 在开环数控机床进给系统中，下列电机唯一可用的是（ ）。 Z X X Y Y Z Z Y MII1600系列光栅尺安装指引 一, MII1600 的贴尺及安装尺寸要求 1，方向 MicroE 的MercuryII系列金属光栅的光学轨道设计不是对称的，是带 有方向的。金属光栅在出厂时上面有蓝色保护膜，保护膜表面印制有 MicroE Systems字样和三角箭头符号，如图1： 保护膜上的三角箭头指向的边就是图2中的参考边D。请注意读数头 的方向，如图，如果金属光栅水平正向放置，即参考边D在上的话，则 读数头的电缆线朝左。 图1 2，Y方向上的尺寸关系 在垂直于金属尺带的方向上(图2中的Y方向)，读数头和金属尺的配合尺寸关系如图2： 图2Y方向上读数头和金属尺位置关系 3，间隙 读数头和金属尺的间隙尺寸如图3： 图3 高度方向的尺寸及读数头和金属尺的间隙 二，安装步骤 1，确定金属光栅的头尾位置，并确定尺长。 读数头底部有个光学窗口，外壳上有标记标识了光学窗口中心点位置，如图4： 图4 读数头的光学窗口及其中心标记 将读数头正方向装到支架上，并在窗口如图5： 图5 读数头正方向装到支架上 将空支架(不装读数头)安装到机台上某个轴，推动运动部件到行程的两个极限位置，在这两个位置，在支架的标记位置，在贴尺台面上做上标记，那么这两个标记即此轴的实际行程的两端点，金属尺带两端需要各留出20mm 的距离，那么行程加40mm 即为此轴光栅尺长度。在贴尺面上做好尺头的标记。见图6所述： 图6 行程和金属尺的尺长的关系 2，金属尺带装贴。 1)，贴尺工具垫板功能说明，见图7： 图7 光学窗口 光学窗口中心标记 在读数头支架上，在读数头光学窗口中心标记的位置用笔做一个标记，以这个标记来记录行程的头尾。 行程的一端的极限位置 行程的另一端的极限位置 尺头的位置 FANUC数控铣床编程基础-G01直线插补 数控编程指令学习-G01直线插补 在学习数控程序编制时，G01是需要最先学习的一种插补指令，它的含义是使刀具按照给定速度沿直线运动到目标点。格式是： G01 X_Y_Z_F_; 其中X_Y_Z_是指目标点的位置，也就是执行本段代码，刀具沿直线按照F的设定速度运动到目标点X_Y_Z_，走一段直线。其实其中隐含了一个重要内容，刀具要从对当前位置向目标点走一段直线。也就是说不管刀具在任何位置，执行这段代码，刀就从其所在点沿直线插补运动到目标点。因此如果我们想在工件的某个要素上走一段直线，那么就要先将刀具移动到这个线段的起点。 下面的轮廓都是由直线段组成的，我们来编制一下这个轨迹，假设不考虑刀具指定，就像用笔在纸上画出图案，这里我们假设刀具下切至工件2mm进行轨迹切削。这个钥匙形状的轮廓分为内外两圈，当外圈轮廓切完时，刀具不能在Z-2的高度直接移动到内部方形轮廓，那样轨迹就不对了，切完外圈，要时刀具先抬至工件上表面之上，在移动到方形轮廓的角点，再下切至-2高度切削这一长方形轮廓。 钥匙形状轮廓图形G90G54G40G1Z100F1000M03S3000 G0X0Y0 X40Y70 Z5 G1Z-2F50 G1X40Y90F1000 X50Y100 X70 Y110 X80 Y100 X90 Y110 X100 X110Y100 X140 X150Y120 X170 X180Y100 Y70 X170Y50 X150 X140Y70 X40 G1Z5F200；外圈轮廓加工完毕，抬刀G0X150Y70；移动至内圈轮廓起点 G1Z-2F50；下刀至加工深度 Y100F1000；继续加工内容长方形 X170 Y70 X150 G1Z5F200 G1Z100F1000 M5 M30 仿真结果如下图所示 球栅尺和光栅尺的区别： 摘录于：《金属加工在线》：资讯执行： ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 球栅尺和光栅尺的区别？ 1.什么是球栅尺，他的优点是什么？ 球栅尺（又叫球感尺、电子尺，也有称球同步器的）是目前国际上最新一代长度测量传感器，他适合用于各种机床的加工测量。他的优点是（1）采用全密封结构。球栅尺中的高精密钢球和线圈均被完全密闭，可以在水或油中工作。（2）尺体为金属结构(一般采用的材料是:不锈钢管)。保护性能良好，不会因冷却水、冷却液、金属粉末或尘土等影响而污染。抗污染能力强。（3）壳体刚性好，密封好，即使用喷气枪清洗机床时，直接喷射到球栅尺上也不会损坏。（4）基准钢球的线形膨胀系数与钢铁膨胀系数相同。对车间温度变化不敏感（5）能在强磁场和强辐射条件下工作。可用于原子反应堆环境中。（6）耐振动，安装简便，不易损坏,不用日常维护等优点。 2.光栅尺与球栅尺有什么区别？ 光栅尺是由上个世纪70年代日本产品，它是利用光栅的莫尔条纹和电光转换技术，在3mm的附法玻璃上镀铬刻1um为一道的透明长度尺，然后把它粘在铝尺上，靠光折射或透射反馈到感应器中进行计量，而铝和玻璃的膨胀系数不一样，冷、热温度大的时候易折裂、折断。光栅尺的传感器与尺的连接是敞开式的，极易进水、油、粉尘等。一旦进去了这些油、水、粉尘等物体光栅尺就基本报废了。制造整体的光栅尺只能为3米，接长较难，精度难保证。所以光栅尺对环境要求相对较高(包括对温度和湿度都有一定的要求)，安装较复杂，使用寿命短，而且必须要由专业人员安装才行。 3.光栅尺的分辨率与球栅尺的分辨率为什么不同？ 一般光栅分辨率是1um，球栅的分辨率是5um。但分辨率不等于精确度。光栅是1um 一显示，而球栅有1um一显示的，一般都是5um一显示的。它们都是采用以mm单位十进制。由于光栅是累计误差，而球栅是周期性误差，所以短的光栅尺精度较高，长的球栅尺精度要高于光栅尺的精度。 4.安装光栅尺与安装球栅尺的效益比较： 光栅尺在3米以下的价格一般是球栅尺价格的30%. 光栅尺3米以上至8米的就同球栅尺价格基本一样。光栅尺8米至10米以上的要高出球栅尺价格的20%.光栅尺10米至12米要高出球栅尺价格的50%.从短尺价格比较：光栅尺要便宜写，但是光栅尺的使用寿命一般是1-3年，而球栅尺的使用寿命则在10年以上。从长尺比较球栅尺的优势就更多了。所以总体来说：安装球栅尺的效益要优于光栅尺。 球栅尺和光栅尺的区别 1 什么是球栅尺，他的优点是什么？ 球栅尺（又叫球感尺、又有称球同步器的）是目前国际上最新一代长度测量传感器，他适用于各种机床的加工测量。 他的优点是（1）采用全密封结构，球栅尺的高精度钢球和线圈均被完全密闭，可以在水中或油中工作。（2）尺体为金属结构，保护良好，不会因冷却水、冷却液、金属粉末或尘土等的影响而污损，抗污染能力强。（3）壳体刚性强、密封好，即使用喷气枪清洗机床时，直接喷射到球栅尺也不会被损坏。（4）基准钢球的线胀系数与钢铁相同，对车间温度变化不敏感。（5）能在强磁场和强幅射条件下工作，可用于原子反应堆。（6）耐振动、安装简便、不用日常维护等优点。 2 光栅尺与球栅尺有什么区别？ 光栅尺是上世纪70年代的日本产品，它是利用光栅的莫尔条纹和光电转换技术，在3mm的附法玻璃上镀铬刻1μ为一道的透明长度尺，然后把它粘在铝尺上。靠光折射或透射反馈到感应器中进行计量。而铝和玻璃的膨胀系数不一样，冷热温差大时极易折断。光栅尺的传感器与尺的连接是敞开式的，极易进水、油、灰尘等。一旦进去这些油、水、灰尘等光栅尺就基本报废了。整体尺只能为3米，接长较难、精度难保证。所以光栅尺对环境要求相对较高，安装较复杂、使用寿命短，而且必须要由专业人员安装才行。 球栅尺是国际九十年代产品，原产地为英国。它是利用导磁介质量的变化实现电磁/磁电转换。球栅尺的尺身是由高等级的进口无缝钢管和若干个精密钢球密闭组合而成。它由感应器产生的电磁切割钢管中的精密球，把它分割成2450份而每份为5μ。由于球栅尺是密闭结构，所以它最大优点是不怕油、水、灰尘，整体尺可做到8米、拼接可做30米。而且使用寿命长、安装简单、环境要求低。 3 光栅尺的分辨率同球栅尺的分辨率为什么不同？ 一般光栅分辩率是1μ，球栅的分辩率是5μ。但分辩率不等同于精确度，光栅只是1μ一显示、而球栅有1μ一显示的、也有5μ一显示的，它们都采用以mm单位的十进制。由于光栅是累计误差，而球栅是周期性误差。所以短的光栅尺精度较高，长的球栅尺精度要高于光栅尺的精度。 4 安装光栅尺或球栅尺效益比较 光栅尺在3米以下的价格一般是球栅尺价格的50%，3米以上的至8米的光栅同球栅价格基本一样。8米至10米的光栅尺价格要高出球栅尺价格20%，10米至12米的光栅尺价格要高出球栅尺价格50%。从短尺价格比较光栅尺要便宜，但光栅的使用寿命一般是3年，而球栅的使用寿命在10年以上。从长尺比较球栅的优势就更多了。所以总体说安装球栅尺的效益要好于光栅尺。 5 编码器是什么？ 编码器就是圆光栅，测角位移。测完圈数、角度换算成周长。 6 同步传感器是什么？ 又称电栅也是用于直线测量的，原理是靠二路信号的电磁感应。也具有不怕油、水、灰，但由于精度低以被淘汰了。 7 磁栅是什么？ 它是利用磁性栅尺和磁头实现电磁/磁电转换的。具体是一个钢片带磁，由一个读数头在里面走提出信号。 8 如何安装球栅尺？ 球栅尺的安装是十分简单的，一般是将球栅尺两端用专用支架固定在机床上。读数头固定在机床的走刀架上，与球栅尺做相对运动。有时小机床也可把读数头固定、球栅尺做运动。 3米以上的球栅尺（含3米），要在尺的中间加装弹性支架。一般1.5米距离装一个弹性支架。 8米以下的（含8米）球栅尺不用接，8米以上的尺需要接长。如10米的球栅尺要取两根4.9米的钢管、各在一端内径车扣。再取0.2米的钢管一根，两端都在外径上车扣。然后它们都装上等量的钢球拧上即可。 安装数显表时要注意尽可能远离机床的电动机。以避免产生不必要干扰信号。 9 安装球栅尺的好处是什么？ 安装球栅尺从真正意义上说，是从被动测量向主动测量转变。由离线测量转向在线测量。大大提高了产品的加工精度和工作效率，实现了二级工可以干八级工的工作。 由于球栅尺最长可以做到30米，所以特别适合安装在大型或超大型机床上。如龙门铣床、镗床等。一般机数控技术期末复习习题与答案
数控机床技术考试试卷(附答案)
敞开式直线金属光栅尺的安装
[全]FANUC数控铣床编程基础-G01直线插补
(球栅尺与光栅尺的区别)
球栅尺和光栅尺的区别
相关主题
文本预览