常见位置检测装置及维护

㈠ 位置检测装置的种类和它们分别安装在机床哪些部位

位置检测装置
一、位置检测装置的分类和要求
位置检测装置是闭环进给伺服系统的重要组成部分，其精度在很大程度上由位置检测装置的进度决定。现在，检测元件与系统的最高水平：被测部件的最高移动速度240m/min时，检测位移分辨率1um；24m/min时，分辨率0.1um；最高分辨率可达0.01um。
对位置检测装置的要求：
1） 受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强；
2） 在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度要求；
3） 使用维护方便，适应机床工作环境。
4） 成本低。
（一）数字式和模拟式测量（所获得的信号不同）
1．数字式测量
将被测量以数字的方式表示。测量信号一般为电脉冲，可直接送到数控装置进行比较处理和显示。这样的检测装置有：光栅检测装置、脉冲编码器。装置比较简单，抗干扰能力强。
2．模拟式测量
将被测量用连续变量表示。如：电压的幅值变化、相位变化。对相位变化的量可直接送数控装置与移相的指令电压进行比较，对幅值变化的量，可先将其转换为数字脉冲信号，再送数控装置进行比较和显示。这类装置有：旋转变压器、感应同步器。
（二）增量式和绝对式测量（测量方式不同）
1．增量式测量
只测出位移的增量，并用数字脉冲的个数来表示单位位移的数量。
由于位移的距离是由增量值累积求得，所以，一旦某处测量有误，则其后所得的位移距离都是错误的。
由于不能指示绝对坐标位置，当因事故断电停机检查，执行部件的位置发生变化后，不能由检修后的位置直接回到停机时的原位，而要先回到加工程序的起始位置，并计算出起点到停机位置的距离，才能用位移指令，令执行部件移回停机时的位置，以便继续加工。光栅、脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、磁尺都是增量式检测装置。
2．绝对式测量
能测出被测部件在某一绝对坐标系中的绝对坐标值，并以二进制或二十进制数码信号表示。需要转换成脉冲数字信号才能送去比较和显示。有：绝对式脉冲编码盘、三速式绝对编码盘。结构复杂，分辨率与位移量都受限制。

此外，根据安装测量位置，有直接测量和间接测量。

㈡ 数控机床常用的位置检测装置有哪些类型有何特点

1）从检测信号的类型来分可分为数字式或模拟式。同一检测原件既可以做成数字式，也可以做成模拟式，主要取决于使用方式和测量线路。2）从测量方式可分为增量式与绝对式。增量式检测的是相对位移量，增量检测元件是反映相对机床固定参考点的增量值。增量式装置比较简单，应用较广。绝对式检测是位移的绝对位置，检测没有积累误差，一旦切断电源后位置信息也不丢失，但结构复杂。3）就检测元件本身来说，可分为旋转型和直线型。旋转型可以采用检测电动机的旋转角度来间接测量得工作台的移动量，使用方便可靠，测量精度略低些。直线型就是对机床工作台的直线移动采用的直线检测，直观地反映其位移量，所构成的位置检测系统是全闭环控制系统，其检测装置要与行程等长，常用于精度要求较高的中小型数控机床上。

㈢ 常用位置检测装置是如何进行分类的

常用位置检测装置分为位移、速度和电流三品种型。按安装的位置及耦合右式分为间接丈量和间接丈量；按丈量方式分为增量式和绝对式；按检测信号的类型分为模仿式和数字式；按活动体例分为反转展转式和直线式检测安装；按信号转换的原型可分为光电效应、光栅效应、电磁感应道理、电压效应、电阻效应和磁阻效应等类检测安装。数控机床中采用的位置检测安装根基分为直线式和扭转式两大类。直线式位置检测安装用来检测活动部件的直线位移量；扭转式位置检测安装用来检测反转展转部件的动弹位移量。

(1)数字式和模仿式检测。从检测信号的类型来分，检测元件可分为数字式和模仿式。统一种检测元件既能够做成数字式，也能够做成模仿式，次要取决于利用体例和丈量线路。所谓数字式是指将机械位移量改变为数字脉冲的丈量安装，而模仿式是指将机械位移量改变为电压幅值或相位的丈量安装。

(2)增量式和绝对式检测。从丈量的体例来分，检测元件可分为增量式和绝对式。增量式检测的是相对位移量，即位移的增量值，工作台挪动的距离是靠对丈量信号的计数后给出的。所以，数控机床上往往要给出一个固定的参考点，增量式检测元件就是反映相对此参考点的增量值。增量式安装比力简单，使用较广。

绝对式检测的是位移的绝对位置，每一被测点均有一个响应的信号作为丈量值。检测没有累积误差，一旦堵截电源后位相信息也不丢失，但布局复杂。

(3)扭转型和直线型。就检测元件的本身来分，可分为扭转型和直线型。扭转型也称间接检测，因为机床工作台的直线位移与驱动电动机的扭转角度有固定的比例关系，因而，能够采用检测驱动电动机的扭转角度来间接测得工作台的挪动量，由此所形成的位置检测系统是半闭环节制系统。扭转型无检测长度的限制，利用便利靠得住。但丈量信号插手了直线活动改变为扭转活动的传动链误差，丈量精度略低些。

直线型也称间接检测，就是对机床工作台的直线挪动采用间接直线检测，直观地反映其位移量，其所形成的位置检测系统是全闭环节制系统，其检测安装要与行程等长。对于大型数控机床来说，遭到了必然限制，常用于精度要求较高的中小型数控机床上。

㈣ 数控机床检测装置故障分析

1位置检测元件的维护1.1光栅尺的维护光栅尺本身具有一定的防护措施，有的需要给尺盒里面通入洁净的气源，保持尺内气压大于外部气压，防止潮气进入，但限于现场的生产环境及机床本身的加工条件(如高压力的切削液等)，还是要做好防污、防振等维护工作。1.1.1防污光栅尺由于直接安装于工作台和机床床身上，因此，极易受到冷却液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度。冷却液在使用过程中会产生轻微结晶，这种结晶会在扫描头上形成一层薄膜且透光性差，不易清除，故在选用冷却液时要慎重。加工过程中，冷却液的压力和流量过大，容易形成大量的水雾，会污染光栅尺。光栅尺最好通入低压压缩空气，以免扫描头运动时形成的负压把污物吸入光栅，压缩空气必须净化，滤芯应保持洁净并定时更换。1.1.2防振光栅尺拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免引起光学元件的损坏。1.2光电脉冲编码器的维护光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝隙，在其两面分别装有光源和光敏元件，当圆盘转动时，光线的明暗变化，经过光敏元件检测变成电信号的强弱，从而得到脉冲信号。编码器的输出信号有：两个相位差90°的信号，用于辨向；一个零信号(又称一转信号)，用于机床回参考点的控制；另外还有+5 V电源和接地端信号。编码器的维护主要注意以下两个问题。1.2.1防振和防污编码器是一个精密的测量元件，本身密封很好，在使用和拆装时要与光栅尺一样注意防振和防污。污染容易出现在导线引出段、接插头处，要做好这些部位的防护措施。振动容易造成内部紧固件松动脱落，造成内部短路。1.2.2连接问题连接问题分为连接松动和连接调整不当。编码器的连接方式有内装式和外装式。内装式与伺服电机同轴安装，如：SIEMENS 1FT5、1FT6伺服电机上的ROD320编码器。外装式安装于传动链的末端，当传动链较长时，这种安装方式可以减小传动链累积误差对位置检测精度的影响。由于连接的松动，所以往往会影响位置控制精度。另外，有些交流伺服电机的内装式编码器除了位置检测外，还同时有测速和交流伺服电机转子位置检测作用，因此编码器连接松动还会引起进给运动的不稳定，影响交流伺服电动机的换向控制，从而引起机床的振动。另外编码器是通过皮带传动的，若传动皮带调整过紧，给编码器轴承施加力过大，则容易损坏编码器。维修实例1：一数控机床出现进给轴飞车失控的故障。该机床伺服系统为SIEMENS 6SC610驱动装置和1FT5交流伺服电机带ROD320编码器，在排除数控系统、驱动装置及速度反馈等因素后，将故障定位在位置检测控制装置。经检查，编码器输出电缆及连接均正常，拆开ROD320编码器，发现一紧固螺钉脱落并置于+5 V与接地端之间，造成电源短路，编码器无信号输出，数控系统处于开环状态，从而引起飞车失控故障。维修实例2：一加工中心在主轴换刀时，主轴定位不准，重新设定后，试验位置又有偏差。该机床的主轴位置检测用一个脉冲编码器，主轴和编码器通过皮带1：1传动。由于系统有C轴位置显示功能，手动将主轴旋转一圈，发现位置变化小于360°。怀疑编码器问题，卸下来检查发现，圆光栅部分区域磨损。经分析后认为，主轴和编码器的传动皮带调整过紧，长时间运行后，编码器轴承损坏，使圆光栅与读数头部分摩擦。更换新的编码器，将皮带松紧调整适当后，未出现类似故障。2位置检测元件故障诊断及维修实例当出现位置环报警时，将J2连接器脱开，在CNC系统一侧，把J2连接器上的+5 V线同报警线ALM连在一起，合上数控系统电源，根据报警是否再现，便可迅速判断故障部位是在测量装置还是在系统接口板上。若问题出现在测量装置，便可测J1连接器上有无信号输入，这样便可将故障定位在光栅尺或EXE脉冲整形电路。维修实例1：一卧式加工中心采用SIN8系统，带EXE光栅测量装置，运行中出现114号报警，同时伴有113号报警。从报警产生的原因看，由于114号报警，引起113号报警，因此将故障定位在位置检测装置。114号报警有两种可能：一是电缆断线或接地；二是信号丢失。前者可通过外观检查和测量诊断，后者主要是信号漏读。如果某种原因使光栅尺输出的正弦信号幅度降低，则在信号处理过程中，将会影响到被处理信号过零的位置，严重时会使输出脉冲挤在一起，造成丢失。因为光电池所产生的信号与光照强度成正比，所以信号幅度下降无非是因为光源亮度下降或光学系统脏污所致。从尺身中抽出扫描单元，分解后看到，灯泡下的透镜表面呈毛玻璃状，指示光栅表面有一层雾状物，灯泡和光电池上也有这种污物，这些污物导致了光源发光效率下降和输出信号降低，通过对光栅的清洗可消除故障。维修实例2：某数控立式铣床配备FANUC 3M数控系统，位置检测装置为与伺服电动机同轴连接的编码器。在运行过程中Z轴产生31号报警。查维修手册，31号报警为误差寄存器内容大于规定值，根据31号报警提示，将误差寄存器的设定极限值放大，即将对应的参数由2 000改为5 000，然后用手摇脉冲发生器给Z轴发移动指令，又发生32号报警，32号报警表示误差寄存器的内容超过±32 767，或数模转换指令值超过了-8 192~+8 191的范围。这种故障需要检查系统的位置偏差诊断。误差寄存器是用来存放指令值和反馈值之差的，当位置检测装置或位置控制单元发生故障时，就会引起误差寄存器的超差，为此，将故障定位在位置控制装置上。位置控制信号可以用诊断号800（X轴）、801（Y轴）、802（Z轴）来诊断。将三个诊断号调出，用手摇脉冲发生器分别给各轴发出指令，观察其变化，给X、Y轴发出指令，位置偏差变化的过程与机床的移动是一致的。给Z轴发出指令偏差不消失。进一步定位故障是在Z轴控制单元还是在编码器上，采用交换法，将Z轴和Y轴驱动装置和反馈信号同时互换，发现同样的故障现象出现在Y轴上，这说明Z轴控制单元没问题，故障出现在与Z轴伺服电动机同轴连接的编码器上。维修实例3：某数控铣床，配备DECKEL系统，位置检测装置采用HEIDENHAIN LS907光栅尺，故障报警为Z轴检测系统脏污。系统启动后，移动Z轴时，低速时比较稳定，当跟随误差超过60时，机床就过冲，并发出该报警，且上升时不报警，下降时报警。根据报警内容，首先确认光栅尺是否需要清洁。拆下检查后，发现光栅尺外壳上有较多润滑油，这是由于机床对光栅尺的保护措施不到位，长时间使用后，机床导轨润滑油顺着床身流到光栅尺部位。清洗光栅尺，安装上重试，还发生光栅尺报警。这时，分析光栅尺是否本身有故障。正好该机床Y轴光栅尺与Z轴规格、型号相同，采用置换法将两根光栅尺进行互换，结果Y轴出现测量系统故障，可以确定是光栅尺本身故障，进一步对光栅尺进行鉴定，确认读数头有故障，更换读数头，机床恢复正常。位置检测装置是数控机床的关键部件，在数控机床故障中经常出现，在维修过程中，要仔细认真的研究，才能迅速查找出故障所在，保证机床的正常运行。

㈤ 数控机床对位置检测装置的要求有哪些 详细

直接测量和间接测量
1．直接测量
直接测量是将检测装置直接安装在执行部件上，如光栅、感应同步器等用来直接测量工作台的直线位移，位置检测装置安装在执行部件(即末端件)上直接测量执行部件末端件的直线位移或角位移，可以构成闭环进给伺服系统。测量方式有直线光栅、直线感应同步器、磁栅、激光干涉仪等测量执行部件的直线位移。由于此种检测方式是采用直线型检测装置对机床的直线位移进行测量，因此，其优点是直接反映工作台的直线位移量；缺点是要求检测装置与行程等长，对大型的数控机床来说，这是一个很大的限制。
2．间接测量
间接测量装置是将检测装置安装在滚珠丝杠或驱动电动机轴上，通过检测转动件的角位移来间接测量执行部件的直线位移。
位置检测装置安装在执行部件前面的传动元件或驱动电动机轴上，测量其角位移，经过传动比变换以后才能得到执行部件的直线位移量，这样可以构成闭环伺服进给系统，如将脉冲编码器装在电动机轴上。
间接测量使用可靠、方便，无长度限制；其缺点是，在检测信号中加入了直线转变为旋转运动的传动链误差，从而影响测量精度。一般需对数控机床的传动误差进行补偿，才能提高定位精度。
除了以上位置检测装置，伺服系统中往往还包括检测速度的元件，用以检测和调节发动机的转速。常用的元件是测速发电机。
位置检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。不同类型的数控机床，对位置检测元件，检测系统的精度要求和被测部件的最高移动速度各不相同。现在检测元件与系统的最高水平是：被测部件的最高移动速度高至240m/min时，其检测位移的分辨率（能检测的最小位移量）可达1μm，如24m/min时可达0.1μm。最高分辨率可达到
0.01μm。
数控机床对位置检测装置有如下要求：
（1）受温度，湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强。
（2）在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求。
（3）使用维护方便，适应机床工作环境。
（4）成本低。

㈥ 检测装置的要求

计算机数控系统的位置控制是将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机。而实际反馈位置的采集，则是由一些位置检测装置来完成的。这些检测装置有旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器、光栅、磁栅……
对于采用半闭环控制的数控机床，其闭环路内不包括机械传动环节，它的位置检测装置一般采用旋转变压器，或高分辨率的脉冲编码器，装在进给电机或丝杠的端头，旋转变压器(或脉冲编码器)每旋转一定角度，都严格地对应着工作台移动的一定距离。测量了电机或丝杠的角位移，也就间接地测量了工作台的直线位移。
对于采用闭环控制系统的数控机床，应该直接测量工作台的直线位移，可采用感应同步器、光栅、磁栅等测量装置。由工作台直接带动感应同步器的滑动尺移动的同时，与装在机床床身上的定尺配合，测量出工作台的实际位移值。数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量线路。数控机床对检测装置的主要要求有：可靠性高和高抗干扰性、满足精度和速度要求、使用维护方便、成本低。
对于不同类型的数控机床，因工作条件和检测要求不同，可以采用以下不同的检测方式。