传感器在数控机床中的应用

　　以位置检测装置为代表的传感器，在保证数控机床高精度方面起了重要作用，如图12‐
所示是数控车床的外形图，如图12‐所示为卸掉外壳后的数控车床内部结构组成。

　　拖板的横向运动为z轴，由z轴进给伺服电动机通过z轴滚珠丝杠来实现;拖板上刀架的径向运动为x轴，由x轴进给伺服电动机通过x轴滚珠丝杠来实现。伺服电动机端部配有光电编码器，用于角位移测量和数字测速，角位移通过丝杠螺距能间接反映拖板或刀架的直线位移。

　　以z轴为例，该轴的伺服控制框图如图12‐所示。随着伺服电动机带动拖板运动，光电编码器产生与直线位移x成正比的脉冲信号，该信号反映了拖板的实际位置值，并作为位置反馈信号Pf，与数控系统运算获得的位置指令Pc进行比较，生成位置偏差信号Pe，Pe=Pc-Pf，经信号转换电路生成速度控制信号nc。nc与速度反馈信号nf比较后，经信号调节和功率驱动拖动伺服电机，经滚珠丝杠螺母带动拖板继续作直线运动。

　　当拖板运动至Pf=Pc时，则Pe=Pc-Pf=0，伺服电动机停转，于是拖板就停在位置指令Pc所规定的位置处。

　　由此可见，光电编码器的分辨力决定了工作台实际位移值的精度，从而影响到数控机床位置控制的精度。数控机床中的角编码器多采用光电编码器，一般位置测量选用增量式，重要的测量选用绝对式。

　　另外，与伺服电动机同轴联接的光电编码器一方面用于测量丝杠的角位移θ;另一方面也可用于数字测速，产生速度反馈信号nf 。

　　在高精度数控机床中，位置检测装置可采用直线光栅，它的测量精度比光电编码器高，但价格也较高。如图12‐所示为光栅在数控车床z轴上的安装示意图。

　　光栅尺固定在床身上，在进给驱动中，扫描头随拖板运动，产生与直线位移x成正比的脉冲信号，该信号直接反映了拖板的实际位置值。目前，数控机床用的光栅分辨力可达1 μ m，更高精度的可达0.1 μ m。

　　如果说用光电编码器作为工作台位置检测装置的伺服系统称为半闭环控制系统的话，那么，用光栅作为工作台位置检测装置的伺服系统就称为全闭环控制系统，如图12‐中的虚线部分所示。

　　另外，与主轴相连的主轴编码器也是一个光电编码器，用于车螺纹的控制。其作用是使主轴的转速与z轴进给相匹配，以保证螺距的一致性。