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机床传动偏差测量方法引见

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机床的传动偏差是指正在机床传动链的输入轴驱动完整正确且为刚性的条件下,其输出轴的现实位移取实际位移之差。机床上实现工件外面

机床的传动偏差是指正在机床传动链的输入轴驱动完整正确且为刚性的条件下,其输出轴的现实位移取实际位移之差。机床上实现工件外面成形所需复合活动的传动链――“内联络”传动链的两末尾实行元件之间必需始终严厉连结相符给定要求的活动干系。

传动链的传动精度是指其通报活动的正确水平,可用传动偏差去权衡。因为机床现实存在传动链偏差,致使工件外面成形活动轨迹存在偏差,终究反应到被加工工件上即引发成形外面的外形偏差等。因为机床传动链重要由齿轮副、蜗轮蜗杆副、罗纹副等构成,因而传动链偏差重要来源于这些传动元件的加工精度及安装精度。从运动学角度来说,统统引发瞬时传动比偏离给定传动要求的身分均是传动链偏差的泉源。

对机床传动偏差的丈量是对传动偏差停止有用赔偿的条件,因而机床传动偏差的周详丈量一向是机械传动手艺的一项主要研究课题。机床传动偏差的根基测量方法是正在机床的相干部位安装传感器,借助于接纳机、光、电道理的丈量仪器并运用偏差评定实际对机床传动系统各环节的偏差停止丈量、剖析及调解,从而找出偏差发生的缘由及转变规律。

传感器的选用

凭据传动链末尾元件的活动性子准确、公道天选用、安装传感器是正确丈量传动链活动精度的必要条件。凭据事情道理,机床传动偏差丈量常用传感器可分为以下几类:

(1)光栅传感器

光栅传感器的最大长处是旌旗灯号处置惩罚体式格局简朴,使用方便,丈量精度下(外洋有名厂家如德国Heidenhain、西班牙Fagor等公司制造的光栅传感器精度可达1μm/m);瑕玷是光栅尺价钱较高贵,对事情情况要求较下,玻璃光栅尺的线胀系数取机床不一致,易形成测量误差。

(2)激光传感器

激光传感器(包孕单频和双频激光)具有较下的丈量精度,但丈量本钱也较高,对情况前提转变(如温度、气流、振动等)较敏感,正在消费现场运用时必需采取措施包管丈量的稳定性和可靠性。

(3)磁栅传感器

磁栅尺可分为线状(有用丈量长度3m)和带状(有用丈量长度可达30m)两种型式,其长处是制造本钱较低,安装使用方便,线胀系数取机床雷同;瑕玷是丈量精度低于光栅尺,因为磁旌旗灯号强度随使用时间而络续削弱,因而需求从新录磁,给运用带来未便。

(4)感到同步器

感到同步器的长处是制造本钱低,安装使用方便,对事情情况前提要求不下;瑕玷是旌旗灯号处置惩罚体式格局较庞大,丈量精度遭到测量方法的限定(传统测量方法的丈量精度约为2~5μm)。

现在常用的几类机床传动偏差丈量传感器的局部运用状况。

几类常用传感器的局部运用状况

传感器范例-运用单元-丈量分辨率:线位移(μm)-丈量分辨率:角位移(角秒)

光栅传感器-东京大学,汉江机床厂

激光传感器-单频激光:北京机床所,东京大学

激光传感器-双频激光:成都东西研究所,上海机床厂

磁栅传感器-东京大学,重庆大学,华中理工大学,汉江机床厂,美国威斯康星大学

感到同步器-山东工业大学,汉川机床厂

凭据旌旗灯号输出体式格局的差别,可将传感器分为模仿式和数字式两大类。数字式传感器又可分为增量式、绝对式和旌旗灯号调制式等几种。

正在计算机测试体系中,模仿式传感器的输出旌旗灯号需应用模数转换器(A/D)停止数字化处置惩罚,而正在高分辨率状况下A/D转换的本钱较下,另外处理细小模仿旌旗灯号(如微伏级)的抗干扰题目也相称难题。

正在数字式传感器中,绝对式编码器可输出并行数字信号,无需A/D转换,易取计算机接口。但跟着丈量精度的进步,绝对式编码器的本钱也愈来愈下,以至高于高精度A/D转换的本钱,因而正在很多现实运用场所难以被接管。增量式传感器和旌旗灯号调制式传感器的制造本钱较低,抗干扰才能较强,可正在不改动编码器刻线密度的状况下接纳细分手艺大幅度进步分辨率,因而正在传动链精度丈量中这两类传感器运用最多。常见的增量式传感器包孕光栅增量编码器、磁栅传感器、容栅编码器等;旌旗灯号调制式传感器重要有感应同步器、激光干涉仪、地震仪、扭转变压器等。

机床传动偏差的静态测量方法

传动偏差的根基丈量道理:设θ1、θ2离别为输入、输出轴的位移(角位移或线位移),输入、输出之间的实际传动比为i,如以θ1作为基准,输出轴的现实位移取实际位移的差值即为传动链偏差δ,即δ=θ2-θ1/i。凭据对位移旌旗灯号θ1、θ2的测量方法差别,传动偏差测量方法可分为比相丈量法和计数丈量法两大类。

1机床传动偏差比相测量方法

两传感器的输出旌旗灯号θ1、θ2之间的相位干系反应了传动链的传动偏差。当传动偏差TE=0,即传动比恒定时,θ1、θ2之间连结恒定的相位干系;当传动比i发作转变时,θ1、θ2之间的相位干系也随之发作转变。比相丈量法就是经由过程测定θ1、θ2之间的相位干系去直接丈量传动偏差TE。跟着数字手艺、计算机技术的生长,比相丈量法经历了从模仿比相→数字比相→计算机数字比相的发展过程。

(1)模仿比相法

常用的触发式相位计即接纳了模仿比相法。模仿比相的道理:两路旌旗灯号经分频后变成同频次旌旗灯号进入比相计,它们之间的时差Δt取决于θ1、θ2之间的相位差δ(t)。经双稳态触发器判别后,Δt变更为取比相矩形波占空比相对应的模仿量Δu,占空比的转变即反应了传动链的传动偏差。

模仿比相丈量体系存在以下题目:①δ(t)是以2π为周期并按肯定规律转变的周期函数,设f为相位转变频次,ω=2πf为角频率,则有δ(t)=δ(ωt)。两旌旗灯号比相时,相位丈量是以1/f为周期的反复丈量,由前提0≤δ(ωt)≤2π可知,Δu取δ(t)具有线性干系。因为δ(ωt)呈周期转变,因而要求模仿纪录表头的时间常数τ小于被测转变相位差的周期,即τ≤1/f,不然在前一个相位转变周期内还未得到正确读数时,后一个周期已最先反复,如许便没法及时纪录相位差的转变。因而模仿比相法的静态丈量机能较差,不克不及顺应及时剖析处置惩罚的静态丈量要求。②丈量分辨率取丈量局限互相制约,如进步分辨率,则会减小量程,为此需设置量程挑选电路,被测旌旗灯号的相位差必需小于360°。③要求进入比相计的两路旌旗灯号频次雷同,即只能停止同频比相,因而两路旌旗灯号的分频/倍频器必需知足传动比转变要求,电路构造庞大,抗干扰能力差,适用范围较小。

(2)数字比相法

数字比相接纳逻辑门和计数器去实现,相位差间接以数字量情势输出。比相道理:两同频旌旗灯号θ1、θ2经放大整形后获得两组脉冲旌旗灯号u1、u2,它们离别经由过程逻辑门电路掌握计数器的开、闭。计数器的计数效果即为θ1、θ2之间的工夫距离Δt,它取相位差δ(t)成反比。设比信赖号周期为T,则有δ(t)=2πΔt/T。

数字比相丈量法的主要特点为:①因为Δt值不只取决于两旌旗灯号的相位差δ(t),并且借取两旌旗灯号的频次有关。因而,为得到较高精度的丈量效果,便必需包管两比相脉冲旌旗灯号和时钟旌旗灯号均有较高精度。正在一个比相周期T内,任何引发比信赖号频次转变的身分皆将影响丈量效果。②固然数字比相补充了模仿比相的一些缺乏,丈量稳定性和可靠性有所进步,但仍旧只能适用于同频比相。

(3)微机细分比相法

20世纪80年月以来,测试仪器微机化成为丈量手艺的主要发展趋势。正在机床传动偏差丈量中,微机细分比相法最先获得普遍运用。

微机细分比相法是数字比相法的微机化运用。因为计算机具有壮大的逻辑、数值运算功用和掌握功用,极易实现两路旌旗灯号的高频时钟细分、比相及输出,因而核心线路的建造对照简朴。传动偏差为δ(t)=2πNt/N。正在比相历程中,高频脉冲φ不再由内部振荡电路发生,而间接接纳计算机内部的时钟CP;脉冲CP的计数不再接纳逻辑门电路计数器,而接纳计算机内的可编程准时/计数器。微机细分比相丈量法具有以下长处:①两路比信赖号不必频次雷同(即被测传动链的传动比可为恣意值),正在传动链偏差的盘算中,传动比为一常数。②比相相位差可为恣意值,不受相位差必需小于360°的限定。③实现了时钟细分取比相的一体化,使硬件接口线路大大简化。因为可编程计数器的分频数可由计算机软件掌握,因而可轻易天调解采样频次,以顺应差别转速下传动链偏差的丈量。④体系的细分精度和丈量精度较下,便于组成智能化、多功能丈量体系。

2机床传动偏差计数测量方法

模仿比相和数字比相均为同频比相,为得到同频比信赖号,必需起首停止传动比分频;为包管各偏差局限不致发作2π相位翻转,借需求停止量程分频。因为分频会低落丈量分辨率,因而必需正在分频前先停止倍频,这就使丈量体系变得较为庞大。另外,关于非整数传动比果没法分频而不克不及停止丈量。

数字计数丈量法接纳非同频比相,因而不需对两路脉冲旌旗灯号停止分频处置惩罚,可间接应用两传感器输出脉冲之间的数目干系去盘算机床传动偏差。

(1)间接计数丈量法

间接计数丈量法道理:设输入、输出轴传感器的每转输出疑号数离别为λ1、λ2,挑选输出轴θ2作为基准轴,采样距离T即是θ2脉冲旌旗灯号的周期或它的整数倍。凭据传动偏差的界说,第j次采样时的传动偏差为:δ(j)=[N1(tj)-N2(tj)(iλ1/λ2)]2π/λ1。

因为θ1、θ2是工夫上离散的脉冲序列,因而正在丈量历程中,采样工夫距离(N2个θ2脉冲)内θ1脉冲的计数N1(tj)是随时间而转变的,且一般为非整数。如许,其小数局部Δ所形成的偏差Δ2π/λ1便被忽略了。另外,现实传动系统的(iλ1/λ2)不一定总为整数,即脉冲θ1的频次不一定是θ2的整数倍,如将N1实际视为整数处置惩罚将形成实际偏差,从而限定其运用局限。

(2)微机细分计数丈量法

微机细分计数丈量法的丈量步调为:①之前一个θ2脉冲作为开门旌旗灯号,后一个θ2脉冲作为关门旌旗灯号,用计数器对θ1的脉冲个数N0停止计数;②应用时钟脉冲CP对脉冲序列θ1停止插值细分,对θ1脉冲旌旗灯号的小数周期计数值TΔ和整数周期计数值T2离别计数;③盘算传动偏差:δ(t)=(N0+TΔ/T2-iλ1/λ2)2π/λ1。

微机细分计数丈量法具有以下长处:①可有用减小测量误差Δ;②可充分利用计算机内部资本及软件掌握去简化内部硬件电路;③将丈量采样、数据处理和效果剖析融为一体,实现了智能化丈量。


(责任编辑: 谢媛 )

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