数控机床位置检测系统的故障分析论文.docx

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数控机床位置检测系统的故障分析论文

数控机床位置检测系统的故障分析论文

摘要：

检测的精度不仅取决于检测传感器,也取决于测量电路，位置检测元件由（传感器）和信号处理装置组成的，是数控机床闭环私服系统的重要组成部分。

它的作用是检测工作台的位置和速度的实际值，并向数控装置或私服装置发送反馈信号，从而构成闭环控制。

检测元件一般利用光或磁的原理完成对位置或速度的检测。

位置检测元件的精度一般用分辨率和系统精度表示，分辨率是指检测元件所能正确检测的最小数量单位，它是由检测元件的本身的品质因素所决定。

系统精度是指在监测范围内，检测元件输出所表示的位移或速度等数值与实际的位移或速度等数值之间最大的误差值。

一般要求检测元件的分辨率和系统精度比加工精度高一个数量级。

关键词：

光栅、光电编码器、感应同步器、旋转变压器、磁栅尺。

前言：

在数控机床的伺服中不仅有位置检测反馈还有速度检测反馈,检测元件的精度是影响机床精度主要因素之一。

一、光栅故障分析

光栅有两种形式：

一种是透射光栅，是在透明玻璃片上刻有一系列等间隔笔记线纹。

光栅利用光学原理，通过关敏元件检测莫尔条纹移动的数量来检测机床工作台的位移量光栅输出信号两种形式：

一种是TTL点评脉冲信号，即用于辨向两个相位信号和用于机床回参考点控制的零标志信号；另一种是电压或电流的正弦信号，通过EXE脉冲整形插值器产生TTL电平辨向和零标志位脉冲信号。

光栅安装在机床上，容易受到油污、冷却液污染，造成信号丢失影响位置控制精度，所以对光栅要经常维护，保持光栅的清洁。

另外要防止振动和敲击，以免损坏光栅。

二光电编码器故障分析

光电编码器利用光电原理把机械角位移转换成电脉冲信号，是数控机床常用的位置检测元件。

光电编码器按输出信号与对应位置的关系，通常分为增量式光电编码器、绝对式光电编码器和混合式光电编码器。

增量式光电编码器在光电圆盘的边缘上刻有间隔相等的透光缝隙，在其正反两面分别装有光源和光敏元件。

当光电圆盘旋转时光敏元件将明暗变化的光信号转变成脉冲信号，因此增量式光电编码器输出的脉冲数与装懂的角位移成正比，但是增量式光电编码器不能检测出轴的绝对位置。

光电编码器输出脉冲中有两个相位输出作为辨相，每转只输出一个脉冲信号的信号是零标志位信号，用于机床会参考点控制。

光电编码器的安装有两种形式，一种是安装在伺服电动机的非输出轴端，称为内装式编码器；另一种是安装在传动链末端，称为外置式编码器。

编码器安装要保证联接部位可靠、不松动，否则会影响位置检测精度，引起进给运动不稳定、机床产生振动。

三感应同步器故障分析

感应同步器是一种应用电磁感应原理的高精度位移检测元件，它由定尺和滑尺组成。

定尺和滑尺是相互平行的，他们之间均有气息，一般调整为0.25mm加减0.05mm。

定尺和滑尺上的绕组均为矩形绕组，其中定尺绕组是连续的，滑尺上分布着两个励磁绕组即正弦绕组和余弦绕组。

当滑尺的绕组通过励磁电压时，在定尺绕组中产生感应电动势，感应电动势的大小随定尺和滑尺的相对位置的变化变化。

感应同步器的定尺和滑尺表面涂有一层绝缘保护层，为了防止静电干扰，尺的表面还粘有一薄层铝箔。

一次要防止铁屑进入定尺和滑尺之间，一免损坏定尺和滑尺表面的保护层保证可靠的工作。

四旋转变压器故障分析

旋转变压器是利用电磁感应原理的一种模拟式测角元件，它的输出电压与转子的角位移有固定的函数关系。

旋转变压器一般用于精度要求不高的机床其特点是坚固、耐热、耐冲击。

旋转变压器分为有刷和无刷两种，目前数控机床中常用的是无刷旋转变压器。

旋转变压器又分为单极和多级两种，单级型的钉子和转子各有一对磁极，多级型有多对磁极。

五磁栅尺故障分析

磁栅尺由磁性标尺、磁头和检测电路组成，是一种全闭环位置检测元件。

磁性标尺是在非导磁材料，如玻璃、铜、不锈钢或其他合金等材料涂上一层10~20微米的磁胶，这种磁胶多是镍-钴合金高导磁材料和树脂胶混合制成的材料。

磁头用于读取磁尺上的磁信号。

检测电路包括：

磁头励磁电路，读取磁信号的放大，虑及辨向电路，细分的内插电路，显示及控制电路等。

在使用磁栅尺时要注意不能将磁胶刮坏，要防止铁屑和油污落在磁性标尺和磁头上，不能用力拆装和撞击磁性标尺。

在接线时要分清磁头上励磁绕组和输出绕组。

励磁绕组是绕在磁路截面尺寸较小的横臂上的，输出绕在绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上的。

六数控机床检测系统故障实例

例：

某经济型主轴变频控制的数控车床在调试加工螺纹时出现乱牙。

经济型主轴变频控制的数控车床使用外置光电编码器配合机床进行螺纹加工。

螺纹加工时，乱牙的主要原因多半是光电编码器与CNC装置的连线接触不良、光电编码器损坏、光电编码器与弹性联轴件的联接松动或其他原因造成。

拆卸光电编码器比较麻烦，要涉及到机床外罩和主轴附近的机械部件，因此先从电气和信号连接线等方面检查。

检查光电编码器与CNC装置之间的连接线和+5V电源是正常的，在主轴通电旋转后用示波器测量光电编码器的A和B相辨向输出端，该干扰波形信号无法表明光电编码器有无正常的辨向脉冲输出，也无法诊断光电编码器是否损坏或者弹性联轴器是否松动。

关掉变频器电源，通过手动旋转主轴，再用示波器测量光电编码器的辨向脉冲信号，发现光电编码器的辨向信号是正常的，该波形信号表明光电编码器处于正常工作状态，确定引起螺纹加工出现乱牙的原因是电气干扰，主轴调速所使用的变频器是干扰源。

在光电编码器的辨向脉冲端、零标志脉冲端和+5V电源对信号零线之间并接滤波电容器后，解决了螺纹乱牙问题。

结语

对于数控机床的修理,重要的是发现问题,特别是数控机床的系统故障。

有时诊断过程比较复杂,但一旦发现问题所在,解决起来就比较简单。

对于机床系统故障的诊断应遵从以下两条原则:

首先要熟练掌握机床的工作原理和动作顺序;其次,懂得用示波器正确测量。

一般情况下只要遵从以上原则,小心谨慎,常见的位置检测系统故障都会及时排除。

【参考文献】

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（2）周兰陈少艾.数控机床故障诊断与维修[M].北京:

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