数控机床对检测装置

A. 数控机床检测装置格雷码盘起什么作用

数控机床检测装置中的格雷码盘主要起反馈伺服电机的位置和速度的作用。具体来说：

• 位置反馈：格雷码盘能够精确地记录并反馈伺服电机的当前位置。通过读取格雷码盘上的编码，数控系统可以准确地知道电机的实际位置，从而与指令位置进行比较，实现高精度的位置控制。

• 速度反馈：除了位置信息，格雷码盘还能提供关于伺服电机速度的信息。通过对位置信息的连续采样和分析，数控系统可以计算出电机的运动速度，进而与指令速度进行比较，实现速度控制。

格雷码盘的优势在于其编码特性，即相邻的两个码组之间只有一位不同。这种特性使得在位置或速度发生微小变化时，格雷码盘能够提供更可靠的反馈，减少了出错的可能性。此外，格雷码还具有循环和单步特性，这些特性有助于消除随机取数时可能出现的重大误差，提高了系统的稳定性和可靠性。

B. 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。

C. 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。

D. 数控机床位置检测装置工作原理

数控机床位置检测装置工作原理是：通过检测机床各坐标轴上的位移量，将位移量转换为电信号，并进行记录、计算、储存、显示及传输，对机床的运动位置进行实时的数字显示和闭环控制，以保证加工精度和机床的稳定运行。

在数控机床中，位置检测装置是实现高精度加工的关键部件之一。它的主要作用是实时监测机床各坐标轴上的位移量，并将这些位移量转换为电信号进行传输和处理。这些电信号会被转化为数字信号，并进行记录、计算、储存和显示，以便操作人员对机床的运动状态进行实时监控和调整。

位置检测装置通常包括编码器、光栅尺、磁栅尺等传感器件，这些传感器件能够感知机床各坐标轴上的微小位移，并将其转换为电信号输出。例如，在机床的直线轴上，光栅尺会通过测量光束透过光栅的透过和遮挡来检测轴的位移量，从而输出相应的电信号。这些电信号会被转化为数字信号，并进行记录和处理，最终实现对机床运动位置的精确控制。

除了传感器件外，位置检测装置还需要配备相应的信号处理电路和显示装置。信号处理电路负责对传感器输出的电信号进行放大、滤波、整形等处理，以保证信号的稳定性和准确性。显示装置则可以将处理后的信号以数字或图形的形式显示出来，使操作人员能够直观地了解机床的运动状态和位置信息。

总的来说，数控机床位置检测装置的工作原理是通过传感器件感知机床各坐标轴上的位移量，将位移量转换为电信号并进行处理、记录和显示，以实现对机床运动位置的实时监测和精确控制。这种装置的应用可以大大提高机床的加工精度和稳定性，满足现代制造业对高精度加工的需求。

E. 数控机床位置检测装置的分类方法

数控机床位置检测装置的分类方法

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。下面就一起随我来了解下数控机床位置检测装置的分类方法吧。

1、增量式和绝对式测量

增量式检测方式只测量位移增量，并用数字脉冲的个数来表示单位位移(即最小设定单位)的数量，每移动一个测量单位就发出一个测量信号。其优点是检测装置比较简单，任何一个对中点都可以作为测量起点。但在此系统中，移距是靠对测量信号累积后读出的'，一旦累计有误，此后的测量结果将全错。另外在发生故障时(如断电)不能再找到事故前的正确位置，事故排除后，必须将工作台移至起点重新计数才能找到事故前的正确位置。脉冲编码器，旋转变压器，感应同步器，光栅，磁栅，激光干涉仪等都是增量检测装置。

绝对式测量方式测出的是被测部件在某一绝对坐标系中的绝对坐标位置值，并且以二进制或十进制数码信号表示出来，一般都要经过转换成脉冲数字信号以后，才能送去进行比较和显示。采用此方式，分辨率要求愈高，结构也愈复杂。这样的测量装置有绝对式脉冲编码盘、三速式绝对编码盘(或称多圈式绝对编码盘)等。

2、数字式和模拟式测量

数字式检测是将被测量单位量化以后以数字形式表示。测量信号一般为电脉冲，可以直接把它送到数控系统进行比较、处理。这样的检测装置有脉冲编码器、光栅。数字式检测有如下的特点：

(1)被测量转换成脉冲个数，便于显示和处理;

(2)测量精度取决于测量单位，与量程基本无关;但存在累计误码差;

(3)检测装置比较简单，脉冲信号抗干扰能力强。

模拟式检测是将被测量用连续变量来表示，如电压的幅值变化，相位变化等。在大量程内做精确的模拟式检测时，对技术有较高要求，数控机床中模拟式检测主要用于小量程测量。模拟式检测装置有测速发电机、旋转变压器、感应同步器和磁尺等。模拟式检测的主要特点有：

(1)直接对被测量进行检测，无须量化。

(2)在小量程内可实现高精度测量。

3、直接检测和间接检测。

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，都可以称为直接测量，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的测量。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，对大型的机床来说，这是一个很大的限制。

位置检测装置安装在执行部件前面的传动元件或驱动电机轴上，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，这样的称为间接测量，可以构成半闭环伺服进给系统。如将脉冲编码器装在电机轴上。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。常用的测速元件是测速发动机。

F. 数控机床上的光栅尺是什么

数控机床上的光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，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。

光栅尺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。光栅尺按照制造方法和光学原理的不同，分为透射光栅和反射光栅。

(6)数控机床对检测装置扩展阅读：

光栅尺在数控机床中的安装 ：

1、光栅尺线位移传感器的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位。以 FANUC 系统数控端面外圆磨床为例，使用的是 LC193F 绝对光栅尺，且安装在工作台和砂轮架导轨（滑板）上，随机床走刀而移动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。

2、其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的滑板上，同时传感器不能安装在打底涂漆或者粗糙不平的床身。

参考资料来源：网络-光栅尺

G. 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。

H. 数控机床故障诊断与维修常用的检测装置有哪些

数控机床中常见的位置检测装置包括感应同步器、旋转变压器、磁尺、光栅和激光干涉仪等，它们能精准测量机床的运动位置。这些装置通常安装在机床的关键部位，确保加工过程的精确性和稳定性。

在维修过程中，维修人员还会用到多种检测工具。逻辑测试笔可以用于检查电路中的逻辑电平，信号发生笔则用来生成测试信号，万用表可以测量电压、电流和电阻，示波器用于观察信号波形，检验棒、百分表、千分表、千分尺等精密测量工具用于检测零件的尺寸和形状，激光干涉仪和水平仪则用于精确测量距离和平面度，方规、角尺和平尺用于测量角度和平面。

除了上述工具，还有振动检测器用于监测机床振动情况，红外温度检测器可以测量机床表面温度，转速检测器用于测量机床转速，噪声检测器则用来检测机床工作时的噪音。这些检测装置和工具共同作用，使得维修工作更加高效、准确。

在维修过程中，技术人员还需要根据具体故障情况选择合适的检测工具。例如，如果遇到位置偏差问题，可以使用激光干涉仪和磁尺进行精确测量；若需要检查电路问题，则逻辑测试笔和信号发生笔会派上用场；而对于温度异常，则红外温度检测器是不可或缺的工具。

总之，数控机床的维修工作需要依赖多种检测装置和工具的支持，这些设备和技术共同构成了完整的维修体系，确保机床能够高效、稳定地运行。