數控機床對檢測裝置

A. 數控機床檢測裝置格雷碼盤起什麼作用

數控機床檢測裝置中的格雷碼盤主要起反饋伺服電機的位置和速度的作用。具體來說：

• 位置反饋：格雷碼盤能夠精確地記錄並反饋伺服電機的當前位置。通過讀取格雷碼盤上的編碼，數控系統可以准確地知道電機的實際位置，從而與指令位置進行比較，實現高精度的位置控制。

• 速度反饋：除了位置信息，格雷碼盤還能提供關於伺服電機速度的信息。通過對位置信息的連續采樣和分析，數控系統可以計算出電機的運動速度，進而與指令速度進行比較，實現速度控制。

格雷碼盤的優勢在於其編碼特性，即相鄰的兩個碼組之間只有一位不同。這種特性使得在位置或速度發生微小變化時，格雷碼盤能夠提供更可靠的反饋，減少了出錯的可能性。此外，格雷碼還具有循環和單步特性，這些特性有助於消除隨機取數時可能出現的重大誤差，提高了系統的穩定性和可靠性。

B. 數控機床對位置檢測裝置的要求有哪些 詳細

直接測量和間接測量
1．直接測量
直接測量是將檢測裝置直接安裝在執行部件上，如光柵、感應同步器等用來直接測量工作台的直線位移，位置檢測裝置安裝在執行部件(即末端件)上直接測量執行部件末端件的直線位移或角位移，可以構成閉環進給伺服系統。測量方式有直線光柵、直線感應同步器、磁柵、激光干涉儀等測量執行部件的直線位移。由於此種檢測方式是採用直線型檢測裝置對機床的直線位移進行測量，因此，其優點是直接反映工作台的直線位移量；缺點是要求檢測裝置與行程等長，對大型的數控機床來說，這是一個很大的限制。
2．間接測量
間接測量裝置是將檢測裝置安裝在滾珠絲杠或驅動電動機軸上，通過檢測轉動件的角位移來間接測量執行部件的直線位移。
位置檢測裝置安裝在執行部件前面的傳動元件或驅動電動機軸上，測量其角位移，經過傳動比變換以後才能得到執行部件的直線位移量，這樣可以構成閉環伺服進給系統，如將脈沖編碼器裝在電動機軸上。
間接測量使用可靠、方便，無長度限制；其缺點是，在檢測信號中加入了直線轉變為旋轉運動的傳動鏈誤差，從而影響測量精度。一般需對數控機床的傳動誤差進行補償，才能提高定位精度。
除了以上位置檢測裝置，伺服系統中往往還包括檢測速度的元件，用以檢測和調節發動機的轉速。常用的元件是測速發電機。
位置檢測裝置是數控機床伺服系統的重要組成部分。它的作用是檢測位移和速度，發送反饋信號，構成閉環或半閉環控制。數控機床的加工精度主要由檢測系統的精度決定。不同類型的數控機床，對位置檢測元件，檢測系統的精度要求和被測部件的最高移動速度各不相同。現在檢測元件與系統的最高水平是：被測部件的最高移動速度高至240m/min時，其檢測位移的解析度（能檢測的最小位移量）可達1μm，如24m/min時可達0.1μm。最高解析度可達到
0.01μm。
數控機床對位置檢測裝置有如下要求：
（1）受溫度，濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強。
（2）在機床執行部件移動范圍內，能滿足精度和速度的要求。
（3）使用維護方便，適應機床工作環境。
（4）成本低。

C. 數控機床檢測裝置故障分析

1位置檢測元件的維護1.1光柵尺的維護光柵尺本身具有一定的防護措施，有的需要給尺盒裡面通入潔凈的氣源，保持尺內氣壓大於外部氣壓，防止潮氣進入，但限於現場的生產環境及機床本身的加工條件(如高壓力的切削液等)，還是要做好防污、防振等維護工作。1.1.1防污光柵尺由於直接安裝於工作台和機床床身上，因此，極易受到冷卻液的污染，從而造成信號丟失，影響位置控制精度。冷卻液在使用過程中會產生輕微結晶，這種結晶會在掃描頭上形成一層薄膜且透光性差，不易清除，故在選用冷卻液時要慎重。加工過程中，冷卻液的壓力和流量過大，容易形成大量的水霧，會污染光柵尺。光柵尺最好通入低壓壓縮空氣，以免掃描頭運動時形成的負壓把污物吸入光柵，壓縮空氣必須凈化，濾芯應保持潔凈並定時更換。1.1.2防振光柵尺拆裝時要用靜力，不能用硬物敲擊，以免引起光學元件的損壞。1.2光電脈沖編碼器的維護光電脈沖編碼器是在一個圓盤的邊緣上開有間距相等的縫隙，在其兩面分別裝有光源和光敏元件，當圓盤轉動時，光線的明暗變化，經過光敏元件檢測變成電信號的強弱，從而得到脈沖信號。編碼器的輸出信號有：兩個相位差90°的信號，用於辨向；一個零信號(又稱一轉信號)，用於機床回參考點的控制；另外還有+5 V電源和接地端信號。編碼器的維護主要注意以下兩個問題。1.2.1防振和防污編碼器是一個精密的測量元件，本身密封很好，在使用和拆裝時要與光柵尺一樣注意防振和防污。污染容易出現在導線引出段、接插頭處，要做好這些部位的防護措施。振動容易造成內部緊固件松動脫落，造成內部短路。1.2.2連接問題連接問題分為連接松動和連接調整不當。編碼器的連接方式有內裝式和外裝式。內裝式與伺服電機同軸安裝，如：SIEMENS 1FT5、1FT6伺服電機上的ROD320編碼器。外裝式安裝於傳動鏈的末端，當傳動鏈較長時，這種安裝方式可以減小傳動鏈累積誤差對位置檢測精度的影響。由於連接的松動，所以往往會影響位置控制精度。另外，有些交流伺服電機的內裝式編碼器除了位置檢測外，還同時有測速和交流伺服電機轉子位置檢測作用，因此編碼器連接松動還會引起進給運動的不穩定，影響交流伺服電動機的換向控制，從而引起機床的振動。另外編碼器是通過皮帶傳動的，若傳動皮帶調整過緊，給編碼器軸承施加力過大，則容易損壞編碼器。維修實例1：一數控機床出現進給軸飛車失控的故障。該機床伺服系統為SIEMENS 6SC610驅動裝置和1FT5交流伺服電機帶ROD320編碼器，在排除數控系統、驅動裝置及速度反饋等因素後，將故障定位在位置檢測控制裝置。經檢查，編碼器輸出電纜及連接均正常，拆開ROD320編碼器，發現一緊固螺釘脫落並置於+5 V與接地端之間，造成電源短路，編碼器無信號輸出，數控系統處於開環狀態，從而引起飛車失控故障。維修實例2：一加工中心在主軸換刀時，主軸定位不準，重新設定後，試驗位置又有偏差。該機床的主軸位置檢測用一個脈沖編碼器，主軸和編碼器通過皮帶1：1傳動。由於系統有C軸位置顯示功能，手動將主軸旋轉一圈，發現位置變化小於360°。懷疑編碼器問題，卸下來檢查發現，圓光柵部分區域磨損。經分析後認為，主軸和編碼器的傳動皮帶調整過緊，長時間運行後，編碼器軸承損壞，使圓光柵與讀數頭部分摩擦。更換新的編碼器，將皮帶松緊調整適當後，未出現類似故障。2位置檢測元件故障診斷及維修實例當出現位置環報警時，將J2連接器脫開，在CNC系統一側，把J2連接器上的+5 V線同報警線ALM連在一起，合上數控系統電源，根據報警是否再現，便可迅速判斷故障部位是在測量裝置還是在系統介面板上。若問題出現在測量裝置，便可測J1連接器上有無信號輸入，這樣便可將故障定位在光柵尺或EXE脈沖整形電路。維修實例1：一卧式加工中心採用SIN8系統，帶EXE光柵測量裝置，運行中出現114號報警，同時伴有113號報警。從報警產生的原因看，由於114號報警，引起113號報警，因此將故障定位在位置檢測裝置。114號報警有兩種可能：一是電纜斷線或接地；二是信號丟失。前者可通過外觀檢查和測量診斷，後者主要是信號漏讀。如果某種原因使光柵尺輸出的正弦信號幅度降低，則在信號處理過程中，將會影響到被處理信號過零的位置，嚴重時會使輸出脈沖擠在一起，造成丟失。因為光電池所產生的信號與光照強度成正比，所以信號幅度下降無非是因為光源亮度下降或光學系統臟污所致。從尺身中抽出掃描單元，分解後看到，燈泡下的透鏡表面呈毛玻璃狀，指示光柵表面有一層霧狀物，燈泡和光電池上也有這種污物，這些污物導致了光源發光效率下降和輸出信號降低，通過對光柵的清洗可消除故障。維修實例2：某數控立式銑床配備FANUC 3M數控系統，位置檢測裝置為與伺服電動機同軸連接的編碼器。在運行過程中Z軸產生31號報警。查維修手冊，31號報警為誤差寄存器內容大於規定值，根據31號報警提示，將誤差寄存器的設定極限值放大，即將對應的參數由2 000改為5 000，然後用手搖脈沖發生器給Z軸發移動指令，又發生32號報警，32號報警表示誤差寄存器的內容超過±32 767，或數模轉換指令值超過了-8 192~+8 191的范圍。這種故障需要檢查系統的位置偏差診斷。誤差寄存器是用來存放指令值和反饋值之差的，當位置檢測裝置或位置控制單元發生故障時，就會引起誤差寄存器的超差，為此，將故障定位在位置控制裝置上。位置控制信號可以用診斷號800（X軸）、801（Y軸）、802（Z軸）來診斷。將三個診斷號調出，用手搖脈沖發生器分別給各軸發出指令，觀察其變化，給X、Y軸發出指令，位置偏差變化的過程與機床的移動是一致的。給Z軸發出指令偏差不消失。進一步定位故障是在Z軸控制單元還是在編碼器上，採用交換法，將Z軸和Y軸驅動裝置和反饋信號同時互換，發現同樣的故障現象出現在Y軸上，這說明Z軸控制單元沒問題，故障出現在與Z軸伺服電動機同軸連接的編碼器上。維修實例3：某數控銑床，配備DECKEL系統，位置檢測裝置採用HEIDENHAIN LS907光柵尺，故障報警為Z軸檢測系統臟污。系統啟動後，移動Z軸時，低速時比較穩定，當跟隨誤差超過60時，機床就過沖，並發出該報警，且上升時不報警，下降時報警。根據報警內容，首先確認光柵尺是否需要清潔。拆下檢查後，發現光柵尺外殼上有較多潤滑油，這是由於機床對光柵尺的保護措施不到位，長時間使用後，機床導軌潤滑油順著床身流到光柵尺部位。清洗光柵尺，安裝上重試，還發生光柵尺報警。這時，分析光柵尺是否本身有故障。正好該機床Y軸光柵尺與Z軸規格、型號相同，採用置換法將兩根光柵尺進行互換，結果Y軸出現測量系統故障，可以確定是光柵尺本身故障，進一步對光柵尺進行鑒定，確認讀數頭有故障，更換讀數頭，機床恢復正常。位置檢測裝置是數控機床的關鍵部件，在數控機床故障中經常出現，在維修過程中，要仔細認真的研究，才能迅速查找出故障所在，保證機床的正常運行。

D. 數控機床位置檢測裝置工作原理

數控機床位置檢測裝置工作原理是：通過檢測機床各坐標軸上的位移量，將位移量轉換為電信號，並進行記錄、計算、儲存、顯示及傳輸，對機床的運動位置進行實時的數字顯示和閉環控制，以保證加工精度和機床的穩定運行。

在數控機床中，位置檢測裝置是實現高精度加工的關鍵部件之一。它的主要作用是實時監測機床各坐標軸上的位移量，並將這些位移量轉換為電信號進行傳輸和處理。這些電信號會被轉化為數字信號，並進行記錄、計算、儲存和顯示，以便操作人員對機床的運動狀態進行實時監控和調整。

位置檢測裝置通常包括編碼器、光柵尺、磁柵尺等感測器件，這些感測器件能夠感知機床各坐標軸上的微小位移，並將其轉換為電信號輸出。例如，在機床的直線軸上，光柵尺會通過測量光束透過光柵的透過和遮擋來檢測軸的位移量，從而輸出相應的電信號。這些電信號會被轉化為數字信號，並進行記錄和處理，最終實現對機床運動位置的精確控制。

除了感測器件外，位置檢測裝置還需要配備相應的信號處理電路和顯示裝置。信號處理電路負責對感測器輸出的電信號進行放大、濾波、整形等處理，以保證信號的穩定性和准確性。顯示裝置則可以將處理後的信號以數字或圖形的形式顯示出來，使操作人員能夠直觀地了解機床的運動狀態和位置信息。

總的來說，數控機床位置檢測裝置的工作原理是通過感測器件感知機床各坐標軸上的位移量，將位移量轉換為電信號並進行處理、記錄和顯示，以實現對機床運動位置的實時監測和精確控制。這種裝置的應用可以大大提高機床的加工精度和穩定性，滿足現代製造業對高精度加工的需求。

E. 數控機床位置檢測裝置的分類方法

數控機床位置檢測裝置的分類方法

對於不同類型的數控機床，因工作條件和檢測要求不同，可以採用以下不同的檢測方式。下面就一起隨我來了解下數控機床位置檢測裝置的分類方法吧。

1、增量式和絕對式測量

增量式檢測方式只測量位移增量，並用數字脈沖的個數來表示單位位移(即最小設定單位)的數量，每移動一個測量單位就發出一個測量信號。其優點是檢測裝置比較簡單，任何一個對中點都可以作為測量起點。但在此系統中，移距是靠對測量信號累積後讀出的'，一旦累計有誤，此後的測量結果將全錯。另外在發生故障時(如斷電)不能再找到事故前的正確位置，事故排除後，必須將工作台移至起點重新計數才能找到事故前的正確位置。脈沖編碼器，旋轉變壓器，感應同步器，光柵，磁柵，激光干涉儀等都是增量檢測裝置。

絕對式測量方式測出的是被測部件在某一絕對坐標系中的絕對坐標位置值，並且以二進制或十進制數碼信號表示出來，一般都要經過轉換成脈沖數字信號以後，才能送去進行比較和顯示。採用此方式，解析度要求愈高，結構也愈復雜。這樣的測量裝置有絕對式脈沖編碼盤、三速式絕對編碼盤(或稱多圈式絕對編碼盤)等。

2、數字式和模擬式測量

數字式檢測是將被測量單位量化以後以數字形式表示。測量信號一般為電脈沖，可以直接把它送到數控系統進行比較、處理。這樣的檢測裝置有脈沖編碼器、光柵。數字式檢測有如下的特點：

(1)被測量轉換成脈沖個數，便於顯示和處理;

(2)測量精度取決於測量單位，與量程基本無關;但存在累計誤碼差;

(3)檢測裝置比較簡單，脈沖信號抗干擾能力強。

模擬式檢測是將被測量用連續變數來表示，如電壓的幅值變化，相位變化等。在大量程內做精確的模擬式檢測時，對技術有較高要求，數控機床中模擬式檢測主要用於小量程測量。模擬式檢測裝置有測速發電機、旋轉變壓器、感應同步器和磁尺等。模擬式檢測的主要特點有：

(1)直接對被測量進行檢測，無須量化。

(2)在小量程內可實現高精度測量。

3、直接檢測和間接檢測。

位置檢測裝置安裝在執行部件(即末端件)上直接測量執行部件末端件的直線位移或角位移，都可以稱為直接測量，可以構成閉環進給伺服系統，測量方式有直線光柵、直線感應同步器、磁柵、激光干涉儀等測量執行部件的直線位移;由於此種檢測方式是採用直線型檢測裝置對機床的直線位移進行的測量。其優點是直接反映工作台的直線位移量。缺點是要求檢測裝置與行程等長，對大型的機床來說，這是一個很大的限制。

位置檢測裝置安裝在執行部件前面的傳動元件或驅動電機軸上，測量其角位移，經過傳動比變換以後才能得到執行部件的直線位移量，這樣的稱為間接測量，可以構成半閉環伺服進給系統。如將脈沖編碼器裝在電機軸上。間接測量使用可靠方便，無長度限制;其缺點是在檢測信號中加入了直線轉變為旋轉運動的傳動鏈誤差，從而影響測量精度。一般需對機床的傳動誤差進行補償，才能提高定位精度。

除了以上位置檢測裝置，伺服系統中往往還包括檢測速度的元件,用以檢測和調節發動機的轉速。常用的測速元件是測速發動機。

F. 數控機床上的光柵尺是什麼

數控機床上的光柵尺，也稱為光柵尺位移感測器（光柵尺感測器），是利用光柵的光學原理工作的測量反饋裝置，在數控機床中常用於對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀誤差，以起到一個補償刀具的運動誤差的作用。

光柵尺經常應用於數控機床的閉環伺服系統中，可用作直線位移或者角位移的檢測。其測量輸出的信號為數字脈沖，具有檢測范圍大，檢測精度高，響應速度快的特點。光柵尺按照製造方法和光學原理的不同，分為透射光柵和反射光柵。

(6)數控機床對檢測裝置擴展閱讀：

光柵尺在數控機床中的安裝 ：

1、光柵尺線位移感測器的安裝比較靈活，可安裝在機床的不同部位。以 FANUC 系統數控端面外圓磨床為例，使用的是 LC193F 絕對光柵尺，且安裝在工作台和砂輪架導軌（滑板）上，隨機床走刀而移動，讀數頭固定在床身上，盡可能使讀數頭安裝在主尺的下方。

2、其安裝方式的選擇必須注意切屑、切削液及油液的濺落方向。另外，一般情況下，讀數頭應盡量安裝在相對機床靜止部件上，此時輸出導線不移動易固定，而尺身則應安裝在相對機床運動的滑板上，同時感測器不能安裝在打底塗漆或者粗糙不平的床身。

參考資料來源：網路-光柵尺

G. 檢測裝置的要求

計算機數控系統的位置控制是將插補計算的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給電機。而實際反饋位置的採集，則是由一些位置檢測裝置來完成的。這些檢測裝置有旋轉變壓器、感應同步器、脈沖編碼器、光柵、磁柵……
對於採用半閉環控制的數控機床，其閉環路內不包括機械傳動環節，它的位置檢測裝置一般採用旋轉變壓器，或高解析度的脈沖編碼器，裝在進給電機或絲杠的端頭，旋轉變壓器(或脈沖編碼器)每旋轉一定角度，都嚴格地對應著工作台移動的一定距離。測量了電機或絲杠的角位移，也就間接地測量了工作台的直線位移。
對於採用閉環控制系統的數控機床，應該直接測量工作台的直線位移，可採用感應同步器、光柵、磁柵等測量裝置。由工作台直接帶動感應同步器的滑動尺移動的同時，與裝在機床床身上的定尺配合，測量出工作台的實際位移值。數控機床的加工精度主要由檢測系統的精度決定。位移檢測系統能夠測量的最小位移量稱為解析度。解析度不僅取決於檢測元件本身，也取決於測量線路。數控機床對檢測裝置的主要要求有：可靠性高和高抗干擾性、滿足精度和速度要求、使用維護方便、成本低。
對於不同類型的數控機床，因工作條件和檢測要求不同，可以採用以下不同的檢測方式。

H. 數控機床故障診斷與維修常用的檢測裝置有哪些

數控機床中常見的位置檢測裝置包括感應同步器、旋轉變壓器、磁尺、光柵和激光干涉儀等，它們能精準測量機床的運動位置。這些裝置通常安裝在機床的關鍵部位，確保加工過程的精確性和穩定性。

在維修過程中，維修人員還會用到多種檢測工具。邏輯測試筆可以用於檢查電路中的邏輯電平，信號發生筆則用來生成測試信號，萬用表可以測量電壓、電流和電阻，示波器用於觀察信號波形，檢驗棒、百分表、千分表、千分尺等精密測量工具用於檢測零件的尺寸和形狀，激光干涉儀和水平儀則用於精確測量距離和平面度，方規、角尺和平尺用於測量角度和平面。

除了上述工具，還有振動檢測器用於監測機床振動情況，紅外溫度檢測器可以測量機床表面溫度，轉速檢測器用於測量機床轉速，雜訊檢測器則用來檢測機床工作時的噪音。這些檢測裝置和工具共同作用，使得維修工作更加高效、准確。

在維修過程中，技術人員還需要根據具體故障情況選擇合適的檢測工具。例如，如果遇到位置偏差問題，可以使用激光干涉儀和磁尺進行精確測量；若需要檢查電路問題，則邏輯測試筆和信號發生筆會派上用場；而對於溫度異常，則紅外溫度檢測器是不可或缺的工具。

總之，數控機床的維修工作需要依賴多種檢測裝置和工具的支持，這些設備和技術共同構成了完整的維修體系，確保機床能夠高效、穩定地運行。