数控系统数控刀补原理.ppt

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1、数控机床与编程数控机床与编程宁波大学宁波大学机械学院机械学院二二0一一0年年第二章第二章 数控系统及工作原理数控系统及工作原理 第一节第一节 概述概述第二节第二节 数控插补原理数控插补原理第三节第三节 数控补偿原理数控补偿原理第四节第四节 位移与速度检测位移与速度检测第五节第五节 伺服驱动与控制伺服驱动与控制第六节第六节 CNCCNC装置装置第七节第七节 CNC系统中的可编程控制器（系统中的可编程控制器（PLC）第三节第三节 数控补偿原理数控补偿原理 补偿主要应用在两个方面补偿主要应用在两个方面轨迹控制中有关刀具情况的补偿，如刀具半径轨迹控制中有关刀具情况的补偿，如刀具半径轨迹控制中有关刀具情

2、况的补偿，如刀具半径轨迹控制中有关刀具情况的补偿，如刀具半径补偿、长度补偿和位置补偿等补偿、长度补偿和位置补偿等补偿、长度补偿和位置补偿等补偿、长度补偿和位置补偿等进给运动中对机械传动情况的补偿，如传动间进给运动中对机械传动情况的补偿，如传动间进给运动中对机械传动情况的补偿，如传动间进给运动中对机械传动情况的补偿，如传动间隙补偿和传动副传动误差补偿等隙补偿和传动副传动误差补偿等隙补偿和传动副传动误差补偿等隙补偿和传动副传动误差补偿等本节仅介绍刀具长度补偿、位置补偿和半径本节仅介绍刀具长度补偿、位置补偿和半径补偿。补偿。对刀仪对刀对刀仪对刀对刀仪对刀对刀仪对刀试切对刀试切对刀试切对刀试切对刀刀具

3、长度补偿设置刀具长度补偿设置刀具长度补偿设置刀具长度补偿设置数控铣床对刀数控铣床对刀数控铣床对刀数控铣床对刀一、刀具补偿一、刀具补偿 1几个基本概念几个基本概念 刀位点：刀位点：刀位点：刀位点：用刀具体上与零件表面成形有密切关系的理想的或用刀具体上与零件表面成形有密切关系的理想的或用刀具体上与零件表面成形有密切关系的理想的或用刀具体上与零件表面成形有密切关系的理想的或假想的点来描述刀具位置，这个点称为刀具的刀位点。假想的点来描述刀具位置，这个点称为刀具的刀位点。假想的点来描述刀具位置，这个点称为刀具的刀位点。假想的点来描述刀具位置，这个点称为刀具的刀位点。刀补：刀补：刀补：刀补：在编程时，将刀

4、具简化为刀位点，用零件在编程时，将刀具简化为刀位点，用零件在编程时，将刀具简化为刀位点，用零件在编程时，将刀具简化为刀位点，用零件本身轮廓进行编程，但要将实际刀具的参数输入本身轮廓进行编程，但要将实际刀具的参数输入本身轮廓进行编程，但要将实际刀具的参数输入本身轮廓进行编程，但要将实际刀具的参数输入给给给给CNCCNCCNCCNC装置，输入的参数统称为刀补值；在程序中装置，输入的参数统称为刀补值；在程序中装置，输入的参数统称为刀补值；在程序中装置，输入的参数统称为刀补值；在程序中适当的位置调用刀具补偿指令，适当的位置调用刀具补偿指令，适当的位置调用刀具补偿指令，适当的位置调用刀具补偿指令，CNC

5、CNCCNCCNC装置就会跟据装置就会跟据装置就会跟据装置就会跟据程序相应的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹，程序相应的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹，程序相应的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹，程序相应的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹，使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移，这使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移，这使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移，这使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移，这个偏移恰好能加工出要求的零件轮廓。个偏移恰好能加工出要求的零件轮廓。个偏移恰好能加工出要求的零件轮廓。个偏移恰好能加工出要求的零件轮廓。刀具号和刀补号：刀具号和刀补号：刀具号和刀补号：刀具号和刀补号

6、：对加工中使用的每一把刀具按对加工中使用的每一把刀具按对加工中使用的每一把刀具按对加工中使用的每一把刀具按机床规定的编号方式进行编号，得到刀具号；为机床规定的编号方式进行编号，得到刀具号；为机床规定的编号方式进行编号，得到刀具号；为机床规定的编号方式进行编号，得到刀具号；为每个刀号分配一组刀补号，每个刀补号对应该刀每个刀号分配一组刀补号，每个刀补号对应该刀每个刀号分配一组刀补号，每个刀补号对应该刀每个刀号分配一组刀补号，每个刀补号对应该刀具的刀补值（包括位置补偿值、半径补偿值、长具的刀补值（包括位置补偿值、半径补偿值、长具的刀补值（包括位置补偿值、半径补偿值、长具的刀补值（包括位置补偿值、半径

7、补偿值、长度补偿值）。度补偿值）。度补偿值）。度补偿值）。2刀补指令及其应用刀补指令及其应用数控车床：数控车床：vv位置补偿位置补偿位置补偿位置补偿T T T T0103 0103 0103 0103：前两位表示刀号前两位表示刀号前两位表示刀号前两位表示刀号01010101，后两，后两，后两，后两位表示刀补号位表示刀补号位表示刀补号位表示刀补号03030303。vv半径补偿：使用半径补偿：使用半径补偿：使用半径补偿：使用G41G41G41G41或或或或G42G42G42G42指令另外指定。指令另外指定。指令另外指定。指令另外指定。数控铣床、数控镗铣床、加工中心等机床：数控铣床、数控镗铣床、加工

8、中心等机床：vv刀具半径补偿：使用刀具半径补偿：使用刀具半径补偿：使用刀具半径补偿：使用G41G41G41G41和和和和G42G42G42G42指令，用指令，用指令，用指令，用DDDD给出刀补号给出刀补号给出刀补号给出刀补号 vv刀具长度补偿：用刀具长度补偿：用刀具长度补偿：用刀具长度补偿：用G43G43G43G43和和和和G44G44G44G44指令，用指令，用指令，用指令，用HHHH给出刀补号。给出刀补号。给出刀补号。给出刀补号。3 3刀补的全过程刀补的全过程 1.1.1.1.刀补建立：在首次出现有刀补指令的插补程刀补建立：在首次出现有刀补指令的插补程刀补建立：在首次出现有刀补指令的插补程

9、刀补建立：在首次出现有刀补指令的插补程序段，将刀补号对应的刀补值按指令要求补序段，将刀补号对应的刀补值按指令要求补序段，将刀补号对应的刀补值按指令要求补序段，将刀补号对应的刀补值按指令要求补偿到刀具的位移中，使刀位点相对编程轨迹偿到刀具的位移中，使刀位点相对编程轨迹偿到刀具的位移中，使刀位点相对编程轨迹偿到刀具的位移中，使刀位点相对编程轨迹产生一个偏置。产生一个偏置。产生一个偏置。产生一个偏置。2.2.2.2.刀补进行刀补进行刀补进行刀补进行 ：刀补指令是模态指令，一经指定，刀补指令是模态指令，一经指定，刀补指令是模态指令，一经指定，刀补指令是模态指令，一经指定，始终有效，直至被撤消。始终有效

10、，直至被撤消。始终有效，直至被撤消。始终有效，直至被撤消。3.3.3.3.刀补撤消：若在某程序段出现刀补撤消指令，刀补撤消：若在某程序段出现刀补撤消指令，刀补撤消：若在某程序段出现刀补撤消指令，刀补撤消：若在某程序段出现刀补撤消指令，则取消刀位点产生的偏置，使刀位点回复到则取消刀位点产生的偏置，使刀位点回复到则取消刀位点产生的偏置，使刀位点回复到则取消刀位点产生的偏置，使刀位点回复到编程轨迹上。（编程轨迹上。（编程轨迹上。（编程轨迹上。（T0100T0100T0100T0100，G40G40G40G40，D00D00D00D00，H00H00H00H00 ）4 4使用要点使用要点 （1 1）在

11、）在）在）在G00G00和和和和G01G01插插插插补补补补指令段建立和撤消刀指令段建立和撤消刀指令段建立和撤消刀指令段建立和撤消刀补补补补。（2 2）在在在在建建建建立立立立新新新新的的的的刀刀刀刀补补补补时时时时，应应应应先先先先撤撤撤撤消消消消已已已已建建建建立立立立的的的的刀刀刀刀补补补补，然然然然后再建立新的刀后再建立新的刀后再建立新的刀后再建立新的刀补补补补。（3 3）将将将将刀刀刀刀补补补补建建建建立立立立和和和和撤撤撤撤消消消消指指指指令令令令安安安安排排排排在在在在零零零零件件件件加加加加工工工工的的的的辅辅辅辅助助助助空空空空行行行行程程程程程程程程序序序序段段段段中中中中

12、，使使使使刀刀刀刀补补补补建建建建立立立立和和和和撤撤撤撤消消消消过过过过程程程程中中中中不不不不进进进进行行行行切削加工。切削加工。切削加工。切削加工。二、刀具位置补偿原理二、刀具位置补偿原理 当当当当1 1号刀从号刀从号刀从号刀从B B点直线运动到点直线运动到点直线运动到点直线运动到A A点时，其在点时，其在点时，其在点时，其在X X轴、轴、轴、轴、Z Z轴位轴位轴位轴位移增量分别为移增量分别为移增量分别为移增量分别为U UBABA、WWBABA 当当当当2 2号刀从号刀从号刀从号刀从C C点运动到点运动到点运动到点运动到A A点时点时点时点时，在在在在X X轴和轴和轴和轴和Z Z轴上的位

13、移增轴上的位移增轴上的位移增轴上的位移增量分别为量分别为量分别为量分别为U UCACA、WWCACA 程序是按程序是按程序是按程序是按1 1号刀刀位点号刀刀位点号刀刀位点号刀刀位点B B点编制的。设点编制的。设点编制的。设点编制的。设I I、K K为为为为2 2号刀号刀号刀号刀X X轴、轴、轴、轴、Z Z轴的刀补值，令轴的刀补值，令轴的刀补值，令轴的刀补值，令 （2-122-12）（2-132-13）比较以上两式，得比较以上两式，得2号刀刀补值为：号刀刀补值为：编编编编程程程程员员员员按按按按式式式式（2-142-14）计计计计算算算算2 2号号号号刀刀刀刀位位位位置置置置补补补补偿偿偿偿值值

14、值值，并并并并将将将将其其其其输输输输入入入入到到到到对对对对应应应应的的的的刀刀刀刀补补补补寄寄寄寄存存存存器器器器中中中中，当当当当CNCCNC装装装装置置置置执执执执行行行行刀刀刀刀具具具具补补补补偿偿偿偿指指指指令令令令时时时时，按按按按式式式式（2-132-13）计计计计算算算算X X轴轴轴轴和和和和Z Z轴轴轴轴位位位位移移移移增增增增量量量量，并并并并按按按按此此此此位位位位移移移移增增增增量量量量控控控控制制制制刀刀刀刀具具具具运运运运动动动动，使使使使2 2号刀刀位点号刀刀位点号刀刀位点号刀刀位点C C最终运动到最终运动到最终运动到最终运动到A A点。点。点。点。CNC CN

15、C装置处理刀具位置补偿的有关计算，是在装置处理刀具位置补偿的有关计算，是在装置处理刀具位置补偿的有关计算，是在装置处理刀具位置补偿的有关计算，是在轨迹插补前一次性处理完的，属于插补预处理，而轨迹插补前一次性处理完的，属于插补预处理，而轨迹插补前一次性处理完的，属于插补预处理，而轨迹插补前一次性处理完的，属于插补预处理，而非实时任务。非实时任务。非实时任务。非实时任务。（2-142-14）三、刀具长度补偿原理三、刀具长度补偿原理 l l以钻削加工为例简要说明刀具长度补偿原理。以钻削加工为例简要说明刀具长度补偿原理。以钻削加工为例简要说明刀具长度补偿原理。以钻削加工为例简要说明刀具长度补偿原理。l

16、 l如如如如图图图图2-132-13所示，所示，所示，所示，标标标标准刀具准刀具准刀具准刀具为为为为，要求刀位点，要求刀位点，要求刀位点，要求刀位点A A运运运运动动动动到指定的到指定的到指定的到指定的平面平面平面平面MM，使用增量坐使用增量坐使用增量坐使用增量坐标编标编标编标编程（也可使用程（也可使用程（也可使用程（也可使用绝对绝对绝对绝对坐坐坐坐标编标编标编标编程），程），程），程），终终终终点坐点坐点坐点坐标为标为标为标为WW1 1。但由于刀具重磨等原因，但由于刀具重磨等原因，但由于刀具重磨等原因，但由于刀具重磨等原因，实际实际实际实际刀具刀具刀具刀具为为为为，刀位，刀位，刀位，刀位点点

17、点点为为为为B B。若仍按若仍按若仍按若仍按编编编编程要求使刀位点程要求使刀位点程要求使刀位点程要求使刀位点B B到达平面到达平面到达平面到达平面MM，实际实际实际实际位移位移位移位移应应应应为为为为WW2 2。这样应这样应这样应这样应在在在在编编编编程程程程终终终终点坐点坐点坐点坐标标标标WW1 1的基的基的基的基础础础础上自上自上自上自动补偿动补偿动补偿动补偿一个一个一个一个值值值值WW3 3，使其与使其与使其与使其与实际终实际终实际终实际终点坐点坐点坐点坐标标标标WW2 2一致，而不必修改程序。即一致，而不必修改程序。即一致，而不必修改程序。即一致，而不必修改程序。即加号对应指令加号对应

18、指令加号对应指令加号对应指令G43G43，减号对应指令减号对应指令减号对应指令减号对应指令G44G44。补偿值为补偿值为补偿值为补偿值为 G43G43指令对应取正号，指令对应取正号，指令对应取正号，指令对应取正号，G44G44指令对应取负号。指令对应取负号。指令对应取负号。指令对应取负号。（2-152-15）（2-162-16）刀具长度补偿原刀具长度补偿原刀具长度补偿原刀具长度补偿原理为：编程员按式理为：编程员按式理为：编程员按式理为：编程员按式（2-162-16）计算刀具）计算刀具）计算刀具）计算刀具的长度补偿值的长度补偿值的长度补偿值的长度补偿值W W W W3 3 3 3，并并并并输入到

19、对应的刀补寄输入到对应的刀补寄输入到对应的刀补寄输入到对应的刀补寄存器中，当存器中，当存器中，当存器中，当CNCCNC装置装置装置装置执行刀具长度补偿指执行刀具长度补偿指执行刀具长度补偿指执行刀具长度补偿指令时，数控装置按式令时，数控装置按式令时，数控装置按式令时，数控装置按式（2-152-15）计算）计算）计算）计算Z Z轴终轴终轴终轴终点坐标点坐标点坐标点坐标W W W W2 2 2 2，使刀位点使刀位点使刀位点使刀位点B B运动到平面运动到平面运动到平面运动到平面MM。四、刀具半径补偿原理四、刀具半径补偿原理 1刀具半径补偿的作用刀具半径补偿的作用 在数控铣床上用圆柱铣刀加工母线为任意曲

20、线的平面在数控铣床上用圆柱铣刀加工母线为任意曲线的平面在数控铣床上用圆柱铣刀加工母线为任意曲线的平面在数控铣床上用圆柱铣刀加工母线为任意曲线的平面轮廓轮廓轮廓轮廓 时，时，时，时，刀位点轨迹应该是轮廓线的等距线刀位点轨迹应该是轮廓线的等距线刀位点轨迹应该是轮廓线的等距线刀位点轨迹应该是轮廓线的等距线 ；使用圆头车刀车削零件表面，并将刀位点选为车刀的使用圆头车刀车削零件表面，并将刀位点选为车刀的使用圆头车刀车削零件表面，并将刀位点选为车刀的使用圆头车刀车削零件表面，并将刀位点选为车刀的圆弧切削刃圆心时，与上述情况相同。圆弧切削刃圆心时，与上述情况相同。圆弧切削刃圆心时，与上述情况相同。圆弧切削刃

21、圆心时，与上述情况相同。如图如图如图如图2-142-142-142-14所示。所示。所示。所示。2刀具半径补偿的刀位点计算刀具半径补偿的刀位点计算 如图如图如图如图2-152-15所示，设刀具半径补偿值为所示，设刀具半径补偿值为所示，设刀具半径补偿值为所示，设刀具半径补偿值为r r。当零件当零件当零件当零件轮廓线是直线或圆弧时，刀位点的轨迹线形不轮廓线是直线或圆弧时，刀位点的轨迹线形不轮廓线是直线或圆弧时，刀位点的轨迹线形不轮廓线是直线或圆弧时，刀位点的轨迹线形不变，分别是与零件轮廓线距离为变，分别是与零件轮廓线距离为变，分别是与零件轮廓线距离为变，分别是与零件轮廓线距离为r r的等距直线和的

22、等距直线和的等距直线和的等距直线和与零件轮廓线半径差为与零件轮廓线半径差为与零件轮廓线半径差为与零件轮廓线半径差为r r的等距同心圆弧。的等距同心圆弧。的等距同心圆弧。的等距同心圆弧。刀具半径补偿中刀位点一般采用矢量方法计算。刀具半径补偿中刀位点一般采用矢量方法计算。刀具半径补偿中刀位点一般采用矢量方法计算。刀具半径补偿中刀位点一般采用矢量方法计算。3B功能刀具半径补偿与功能刀具半径补偿与C功能刀具半径补偿功能刀具半径补偿 零件轮廓常由多段直线和圆弧组合而成，刀具半径零件轮廓常由多段直线和圆弧组合而成，刀具半径零件轮廓常由多段直线和圆弧组合而成，刀具半径零件轮廓常由多段直线和圆弧组合而成，刀具

23、半径补偿时涉及两段基本轮廓线连接点处刀位点轨迹如补偿时涉及两段基本轮廓线连接点处刀位点轨迹如补偿时涉及两段基本轮廓线连接点处刀位点轨迹如补偿时涉及两段基本轮廓线连接点处刀位点轨迹如何转接的问题，如图何转接的问题，如图何转接的问题，如图何转接的问题，如图2-152-15a a所示。所示。所示。所示。可采用两种方法处理两段轮廓线连接点处刀位点轨可采用两种方法处理两段轮廓线连接点处刀位点轨可采用两种方法处理两段轮廓线连接点处刀位点轨可采用两种方法处理两段轮廓线连接点处刀位点轨迹的转接：迹的转接：迹的转接：迹的转接：vv采用圆弧过渡转接，称为采用圆弧过渡转接，称为采用圆弧过渡转接，称为采用圆弧过渡转接

24、，称为B B功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。vv考虑两段刀位点轨迹的具体情况，采用缩短、延长和插考虑两段刀位点轨迹的具体情况，采用缩短、延长和插考虑两段刀位点轨迹的具体情况，采用缩短、延长和插考虑两段刀位点轨迹的具体情况，采用缩短、延长和插入一段直线段完成转接，称为入一段直线段完成转接，称为入一段直线段完成转接，称为入一段直线段完成转接，称为C C功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。目前，目前，目前，目前，CNCCNC装置普遍采用装置普遍采用装置普遍采用装置普遍采用C C功能刀具半径补偿。功能刀具半径补偿。功能刀具半径

25、补偿。功能刀具半径补偿。根根根根 据据据据 C C功功功功 能能能能刀刀刀刀具具具具半半半半径径径径补补补补偿偿偿偿的的的的需需需需要要要要，除除除除译译译译码码码码缓缓缓缓冲冲冲冲 区区区区 BSBS外外外外，在在在在CNCCNC装装装装置置置置的的的的内内内内存存存存中中中中又又又又增增增增设设设设了了了了刀刀刀刀补补补补缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区CSCS、插插插插补补补补缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区ASAS和和和和输输输输出出出出缓冲区缓冲区缓冲区缓冲区OSOS。4C功能刀具半径补偿指令的执行功能刀具半径补偿指令的执行 第二章第二章 数控系统及工作原理数控系统及工作原理 第一节第一节 概述概述

26、第二节第二节 数控插补原理数控插补原理第三节第三节 数控补偿原理数控补偿原理第四节第四节 位移与速度检测位移与速度检测第五节第五节 伺服驱动与控制伺服驱动与控制第六节第六节 CNCCNC装置装置第七节第七节 CNC系统中的可编程控制器（系统中的可编程控制器（PLC）第四节第四节 位移与速度检测位移与速度检测 位移检测装置是闭环和半闭环控制的位移检测装置是闭环和半闭环控制的位移检测装置是闭环和半闭环控制的位移检测装置是闭环和半闭环控制的CNCCNC系统系统系统系统的重要组成部分的重要组成部分的重要组成部分的重要组成部分 在闭环（包括半闭环）伺服系统中，除位置检测在闭环（包括半闭环）伺服系统中，除

27、位置检测在闭环（包括半闭环）伺服系统中，除位置检测在闭环（包括半闭环）伺服系统中，除位置检测外，还需要检测并反馈执行部件的运动速度，构外，还需要检测并反馈执行部件的运动速度，构外，还需要检测并反馈执行部件的运动速度，构外，还需要检测并反馈执行部件的运动速度，构成速度的闭环反馈控制。成速度的闭环反馈控制。成速度的闭环反馈控制。成速度的闭环反馈控制。检测装置的分类检测装置的分类检测装置的分类检测装置的分类一、概述一、概述 直线型直线型直线型直线型 VS VS 回转型回转型回转型回转型数字式数字式数字式数字式 VS VS 模拟式模拟式模拟式模拟式绝对式绝对式绝对式绝对式 VS VS 增量式增量式增量

28、式增量式二、直线光栅二、直线光栅 物理光栅物理光栅物理光栅物理光栅 ：刻线细而密，栅距刻线细而密，栅距刻线细而密，栅距刻线细而密，栅距(两刻线间的距两刻线间的距两刻线间的距两刻线间的距离离离离)在在在在0.0020.0020.0050.005mmmm之间，主要用于光谱分之间，主要用于光谱分之间，主要用于光谱分之间，主要用于光谱分析和光波波长的测量。析和光波波长的测量。析和光波波长的测量。析和光波波长的测量。计量光栅计量光栅计量光栅计量光栅 ：刻线相对较粗，栅距在刻线相对较粗，栅距在刻线相对较粗，栅距在刻线相对较粗，栅距在0.0040.0040.250.25mmmm之间，主要用于高精度位移的检测

29、，之间，主要用于高精度位移的检测，之间，主要用于高精度位移的检测，之间，主要用于高精度位移的检测，是数控进给伺服系统使用较多的一种检测装置。是数控进给伺服系统使用较多的一种检测装置。是数控进给伺服系统使用较多的一种检测装置。是数控进给伺服系统使用较多的一种检测装置。直线光栅：用于直线位移的检测直线光栅：用于直线位移的检测直线光栅：用于直线位移的检测直线光栅：用于直线位移的检测 圆光栅：圆光栅：圆光栅：圆光栅：用于角位移的检测用于角位移的检测用于角位移的检测用于角位移的检测 1直线光栅的结构和特点直线光栅的结构和特点 按光路不同，直线光栅分按光路不同，直线光栅分按光路不同，直线光栅分按光路不同，

30、直线光栅分透射光栅透射光栅透射光栅透射光栅和和和和反射光栅反射光栅反射光栅反射光栅。光栅检测装置光栅检测装置光栅检测装置光栅检测装置：标尺光栅标尺光栅标尺光栅标尺光栅 +光栅读数头光栅读数头光栅读数头光栅读数头 标尺光栅标尺光栅标尺光栅标尺光栅：透射标尺光栅：光学玻璃；刻线平行，间距相等；光透射；透射标尺光栅：光学玻璃；刻线平行，间距相等；光透射；透射标尺光栅：光学玻璃；刻线平行，间距相等；光透射；透射标尺光栅：光学玻璃；刻线平行，间距相等；光透射；栅距栅距栅距栅距P P P P；常用线纹密度为常用线纹密度为常用线纹密度为常用线纹密度为100100100100250250250250条条条条/

31、mmmmmmmm。反射标尺光栅：钢尺或不锈钢带；光反射和漫射；常用的反射标尺光栅：钢尺或不锈钢带；光反射和漫射；常用的反射标尺光栅：钢尺或不锈钢带；光反射和漫射；常用的反射标尺光栅：钢尺或不锈钢带；光反射和漫射；常用的刻线密度为刻线密度为刻线密度为刻线密度为2525252550505050条条条条/mmmmmmmm。光栅读数头：又叫光电转换器，可把光栅莫尔条纹变光栅读数头：又叫光电转换器，可把光栅莫尔条纹变光栅读数头：又叫光电转换器，可把光栅莫尔条纹变光栅读数头：又叫光电转换器，可把光栅莫尔条纹变为电信号；由光源，透镜、为电信号；由光源，透镜、为电信号；由光源，透镜、为电信号；由光源，透镜、指

32、示光栅指示光栅指示光栅指示光栅(与标尺光栅结构相同，与标尺光栅结构相同，与标尺光栅结构相同，与标尺光栅结构相同，但尺寸短，安装在不同部件上）但尺寸短，安装在不同部件上）但尺寸短，安装在不同部件上）但尺寸短，安装在不同部件上）、光敏元件和驱动线路组成。光敏元件和驱动线路组成。光敏元件和驱动线路组成。光敏元件和驱动线路组成。透射：垂直入射读数头、分光读数头和镜像读数头。透射：垂直入射读数头、分光读数头和镜像读数头。透射：垂直入射读数头、分光读数头和镜像读数头。透射：垂直入射读数头、分光读数头和镜像读数头。反射：反射读数头。反射：反射读数头。反射：反射读数头。反射：反射读数头。垂直入射读数头的结构原

33、理图垂直入射读数头的结构原理图 标尺光栅标尺光栅标尺光栅标尺光栅2 2直线光栅的工作原理直线光栅的工作原理 莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹：两两两两光光光光栅栅栅栅尺尺尺尺平平平平行行行行放放放放置置置置，使使使使刻刻刻刻线线线线相相相相对对对对旋旋旋旋转转转转一一一一个个个个很很很很小小小小的的的的角角角角度度度度，在在在在光光光光的的的的照照照照射射射射下下下下，在在在在光光光光栅栅栅栅尺尺尺尺的的的的另另另另一一一一侧侧侧侧、在在在在与与与与刻刻刻刻线线线线垂垂垂垂直直直直的的的的方方方方向向向向上上上上形形形形成成成成明明明明暗暗暗暗交交交交替替替替的的的的粗粗粗粗大大大大条条条条纹

34、纹纹纹，即即即即莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹；当当当当两两两两光光光光栅栅栅栅尺尺尺尺左左左左右右右右相相相相对对对对移移移移动动动动时，莫尔条纹上下滚动。时，莫尔条纹上下滚动。时，莫尔条纹上下滚动。时，莫尔条纹上下滚动。莫尔条纹是由挡光效应或光的衍射形成的。莫尔条纹是由挡光效应或光的衍射形成的。莫尔条纹是由挡光效应或光的衍射形成的。莫尔条纹是由挡光效应或光的衍射形成的。当栅距与光的波长接近时，莫尔条纹由光的衍射形成；当栅距与光的波长接近时，莫尔条纹由光的衍射形成；当栅距与光的波长接近时，莫尔条纹由光的衍射形成；当栅距与光的波长接近时，莫尔条纹由光的衍射形成；当当当当栅栅栅栅距距距距比比比

35、比光光光光的的的的波波波波长长长长大大大大得得得得多多多多时时时时，莫莫莫莫尔尔尔尔条条条条纹纹纹纹由由由由挡挡挡挡光光光光效效效效应应应应形形形形成。成。成。成。计量光栅的莫尔条纹一般都基于挡光效应。计量光栅的莫尔条纹一般都基于挡光效应。计量光栅的莫尔条纹一般都基于挡光效应。计量光栅的莫尔条纹一般都基于挡光效应。莫尔条纹具有如下特性：莫尔条纹具有如下特性：明暗相间的摩尔条纹光强分布近似余弦函数：明暗相间的摩尔条纹光强分布近似余弦函数：明暗相间的摩尔条纹光强分布近似余弦函数：明暗相间的摩尔条纹光强分布近似余弦函数：摩尔条纹具有放大作用：摩尔条纹具有放大作用：摩尔条纹具有放大作用：摩尔条纹具有放

36、大作用：摩尔条纹具有摩尔条纹具有摩尔条纹具有摩尔条纹具有误差均化作用误差均化作用误差均化作用误差均化作用；摩尔条纹的移动方向与光栅尺的移动方向相垂摩尔条纹的移动方向与光栅尺的移动方向相垂摩尔条纹的移动方向与光栅尺的移动方向相垂摩尔条纹的移动方向与光栅尺的移动方向相垂直，且两光栅尺相对移动一个栅距直，且两光栅尺相对移动一个栅距直，且两光栅尺相对移动一个栅距直，且两光栅尺相对移动一个栅距P P，摩尔条摩尔条摩尔条摩尔条纹上下移动一个纹上下移动一个纹上下移动一个纹上下移动一个莫尔条纹宽度莫尔条纹宽度莫尔条纹宽度莫尔条纹宽度WW 。+摩尔条纹信号的转换：摩尔条纹信号的转换：检测莫尔条纹的位移可间接获得

37、两光栅尺的相对位移。检测莫尔条纹的位移可间接获得两光栅尺的相对位移。检测莫尔条纹的位移可间接获得两光栅尺的相对位移。检测莫尔条纹的位移可间接获得两光栅尺的相对位移。采用光敏元件及相应的驱动电路将光强度信号转换为采用光敏元件及相应的驱动电路将光强度信号转换为采用光敏元件及相应的驱动电路将光强度信号转换为采用光敏元件及相应的驱动电路将光强度信号转换为成比例的电压信号：成比例的电压信号：成比例的电压信号：成比例的电压信号：在宽度在宽度在宽度在宽度W W W W内，每隔内，每隔内，每隔内，每隔/2/2/2/2放置一个光电元件，共放置放置一个光电元件，共放置放置一个光电元件，共放置放置一个光电元件，共放

38、置4 4 4 4个，个，个，个，则各元件输出的电压信号在相位上依次相差则各元件输出的电压信号在相位上依次相差则各元件输出的电压信号在相位上依次相差则各元件输出的电压信号在相位上依次相差/2/2/2/2，即：即：即：即：或或或或3 3直线光栅检测电路直线光栅检测电路 功用：将光敏元件和对应的驱动电路输出的功用：将光敏元件和对应的驱动电路输出的功用：将光敏元件和对应的驱动电路输出的功用：将光敏元件和对应的驱动电路输出的4 4路模拟路模拟路模拟路模拟电压信号（电压信号（电压信号（电压信号（U Ua a、U Ub b、U Uc c、U Ud d）转换为数字脉冲信号，转换为数字脉冲信号，转换为数字脉冲信

39、号，转换为数字脉冲信号，并使每一个脉冲对应一个固定的位移量。并使每一个脉冲对应一个固定的位移量。并使每一个脉冲对应一个固定的位移量。并使每一个脉冲对应一个固定的位移量。两种脉冲输出方式：两种脉冲输出方式：两种脉冲输出方式：两种脉冲输出方式：第一种方式是正向和反向位移所对应的脉冲分别由不同第一种方式是正向和反向位移所对应的脉冲分别由不同第一种方式是正向和反向位移所对应的脉冲分别由不同第一种方式是正向和反向位移所对应的脉冲分别由不同的输出端输出，并分别称为正走脉冲和反走脉冲，适用的输出端输出，并分别称为正走脉冲和反走脉冲，适用的输出端输出，并分别称为正走脉冲和反走脉冲，适用的输出端输出，并分别称为

40、正走脉冲和反走脉冲，适用于采用可逆计数器对脉冲计数的场合；于采用可逆计数器对脉冲计数的场合；于采用可逆计数器对脉冲计数的场合；于采用可逆计数器对脉冲计数的场合；第二种方式是正向和反向位移所对应的脉冲都由同一个第二种方式是正向和反向位移所对应的脉冲都由同一个第二种方式是正向和反向位移所对应的脉冲都由同一个第二种方式是正向和反向位移所对应的脉冲都由同一个输出端输出，位移的方向由一个控制端给出，适用于采输出端输出，位移的方向由一个控制端给出，适用于采输出端输出，位移的方向由一个控制端给出，适用于采输出端输出，位移的方向由一个控制端给出，适用于采用带加减计数控制端的计器数对脉冲计数的场合。用带加减计数

41、控制端的计器数对脉冲计数的场合。用带加减计数控制端的计器数对脉冲计数的场合。用带加减计数控制端的计器数对脉冲计数的场合。下降沿微分下降沿微分下降沿微分下降沿微分二、脉冲编码器二、脉冲编码器 一种旋转式脉冲发生器，能把机械角位移变成电脉一种旋转式脉冲发生器，能把机械角位移变成电脉一种旋转式脉冲发生器，能把机械角位移变成电脉一种旋转式脉冲发生器，能把机械角位移变成电脉冲信号，是数控机床伺服系统中使用很广的位移检冲信号，是数控机床伺服系统中使用很广的位移检冲信号，是数控机床伺服系统中使用很广的位移检冲信号，是数控机床伺服系统中使用很广的位移检测装置，也可作为速度检测装置用于速度检测。测装置，也可作为

42、速度检测装置用于速度检测。测装置，也可作为速度检测装置用于速度检测。测装置，也可作为速度检测装置用于速度检测。脉冲编码器分光电式，接触式和电磁感应式三种。脉冲编码器分光电式，接触式和电磁感应式三种。脉冲编码器分光电式，接触式和电磁感应式三种。脉冲编码器分光电式，接触式和电磁感应式三种。数控机床伺服系统中主要使用光电式脉冲编码器。数控机床伺服系统中主要使用光电式脉冲编码器。数控机床伺服系统中主要使用光电式脉冲编码器。数控机床伺服系统中主要使用光电式脉冲编码器。常用的脉冲编码器分辨率有常用的脉冲编码器分辨率有常用的脉冲编码器分辨率有常用的脉冲编码器分辨率有2000200020002000p/rp/

43、rp/rp/r、2500p/r2500p/r2500p/r2500p/r和和和和3000300030003000p/rp/rp/rp/r等，在高速、高精度数字伺服系统中，脉冲等，在高速、高精度数字伺服系统中，脉冲等，在高速、高精度数字伺服系统中，脉冲等，在高速、高精度数字伺服系统中，脉冲编码器分辨率达编码器分辨率达编码器分辨率达编码器分辨率达20000200002000020000p/rp/rp/rp/r、25000p/r25000p/r25000p/r25000p/r和和和和30000300003000030000p/rp/rp/rp/r等。等。等。等。1光电脉冲编码器的结构光电脉冲编码器的

44、结构 2 2光电脉冲编码器的工作原理光电脉冲编码器的工作原理 平平平平行行行行光光光光束束束束透透透透过过过过圆圆圆圆光光光光栅栅栅栅和和和和指指指指示示示示光光光光栅栅栅栅的的的的线线线线纹纹纹纹部部部部分分分分，照照照照射射射射到到到到光光光光敏敏敏敏元元元元件上，形成明暗相间的光照条纹。件上，形成明暗相间的光照条纹。件上，形成明暗相间的光照条纹。件上，形成明暗相间的光照条纹。当当当当圆圆圆圆光光光光栅栅栅栅旋旋旋旋转转转转时时时时，光光光光照照照照条条条条纹纹纹纹总总总总通通通通光光光光量量量量呈呈呈呈现现现现周周周周期期期期性性性性变变变变化化化化，每每每每转转转转过一个节距，总通光量

45、变化一个周期。过一个节距，总通光量变化一个周期。过一个节距，总通光量变化一个周期。过一个节距，总通光量变化一个周期。圆圆圆圆光光光光栅栅栅栅每每每每旋旋旋旋转转转转一一一一周周周周，其其其其零零零零位位位位狭狭狭狭缝缝缝缝与与与与指指指指示示示示光光光光栅栅栅栅的的的的零零零零位位位位狭狭狭狭缝缝缝缝重重重重合合合合一次，该处的光敏元件相应产生一个呈余弦形状的脉冲信号。一次，该处的光敏元件相应产生一个呈余弦形状的脉冲信号。一次，该处的光敏元件相应产生一个呈余弦形状的脉冲信号。一次，该处的光敏元件相应产生一个呈余弦形状的脉冲信号。若若若若以以以以圆圆圆圆光光光光栅栅栅栅和和和和指指指指示示示示光

46、光光光栅栅栅栅的的的的a a组组组组线线线线纹纹纹纹的的的的透透透透明明明明条条条条形形形形区区区区域域域域完完完完全全全全重重重重合合合合时时时时刻刻刻刻为为为为时时时时间间间间初初初初始始始始状状状状态态态态，则则则则a a组组组组、b b组组组组、z z狭狭狭狭缝缝缝缝处处处处光光光光敏敏敏敏元元元元件件件件输输输输出出出出的的的的信信信信号波形如号波形如号波形如号波形如图图图图2-232-23所示。所示。所示。所示。光光光光电电电电编编编编码码码码器器器器检检检检测测测测电电电电路路路路用用用用于于于于对对对对a a组组组组、b b组组组组、z z狭狭狭狭缝缝缝缝处处处处光光光光敏敏敏

47、敏元元元元件件件件的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号进进进进行行行行驱驱驱驱动动动动放放放放大大大大、整整整整形形形形等等等等处处处处理理理理，其其其其原原原原理理理理与与与与前前前前述述述述的的的的直直直直线线线线光光光光栅检测电栅检测电栅检测电栅检测电路基本相同。路基本相同。路基本相同。路基本相同。输出的方波信号输出的方波信号A、B可进一步经位可进一步经位移移数字变换电路进行处理，输出代表数字变换电路进行处理，输出代表角位移和旋转方向的正转脉冲和反转脉角位移和旋转方向的正转脉冲和反转脉冲。冲。作作 业业2-12-13 3何何何何谓谓谓谓刀刀刀刀位位位位点点点点？何何何何谓谓谓谓刀刀刀

48、刀补补补补？何何何何谓谓谓谓刀刀刀刀补补补补号号号号、何何何何谓谓谓谓刀刀刀刀补值？补值？补值？补值？2-12-14 4刀具位置补偿的作用和原理是什么？刀具位置补偿的作用和原理是什么？刀具位置补偿的作用和原理是什么？刀具位置补偿的作用和原理是什么？2-12-15 5刀具长度补偿的作用和原理是什么？刀具长度补偿的作用和原理是什么？刀具长度补偿的作用和原理是什么？刀具长度补偿的作用和原理是什么？2-12-16 6刀具半径补偿的作用是什么？刀具半径补偿的作用是什么？刀具半径补偿的作用是什么？刀具半径补偿的作用是什么？2-2-2020试述试述试述试述C C功能刀具半径补偿的执行过程。功能刀具半径补偿的执行过程。功能刀具半径补偿的执行过程。功能刀具半径补偿的执行过程。2-22-24 4简述莫尔条纹的性质。简述莫尔条纹的性质。简述莫尔条纹的性质。简述莫尔条纹的性质。2-22-25 5总结直线光栅的工作原理。总结直线光栅的工作原理。总结直线光栅的工作原理。总结直线光栅的工作原理。2-22-26 6说明直线光栅的说明直线光栅的说明直线光栅的说明直线光栅的4 4倍频辨向电路工作原理。倍频辨向电路工作原理。倍频辨向电路工作原理。倍频辨向电路工作原理。