“線切割機(jī)床”傳動(dòng)誤差傳感器淺談
線切割機(jī)床的傳動(dòng)誤差是指在機(jī)床傳動(dòng)鏈的輸入軸驅(qū)動(dòng)完全準(zhǔn)確且為剛性的條件下，其輸出軸的實(shí)際位移與理論位移之差。機(jī)床上實(shí)現(xiàn)工件表面成形所需復(fù)合運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈――“內(nèi)聯(lián)系”傳動(dòng)鏈的兩末端執(zhí)行元件之間必須始終嚴(yán)格保持符合給定要求的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度是指其傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度，可用傳動(dòng)誤差來衡量。由于機(jī)床實(shí)際存在傳動(dòng)鏈誤差，導(dǎo)致工件表面成形運(yùn)動(dòng)軌跡存在誤差，最終反映到被加工工件上即引起成形表面的形狀誤差等。由于機(jī)床傳動(dòng)鏈主要由齒輪副、蝸輪蝸桿副、螺紋副等組成，因此傳動(dòng)鏈誤差主要來源于這些傳動(dòng)元件的加工精度及安裝精度。從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來講，一切引起瞬時(shí)傳動(dòng)比偏離給定傳動(dòng)要求的因素均是傳動(dòng)鏈誤差的來源。
對(duì)線切割機(jī)床傳動(dòng)誤差的測(cè)量是對(duì)傳動(dòng)誤差進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)那疤�，因此機(jī)床傳動(dòng)誤差的精密測(cè)量一直是機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的一項(xiàng)重要研究課題。機(jī)床傳動(dòng)誤差的基本測(cè)量方法是在機(jī)床的相關(guān)部位安裝傳感器，借助于采用機(jī)、光、電原理的測(cè)量?jī)x器并應(yīng)用誤差評(píng)定理論對(duì)機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的誤差進(jìn)行測(cè)量、分析及調(diào)整，從而找出誤差產(chǎn)生的原因及變化規(guī)律。
傳感器的選用
根據(jù)傳動(dòng)鏈末端元件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)正確、合理地選用、安裝傳感器是準(zhǔn)確測(cè)量傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)精度的必要條件。根據(jù)工作原理，機(jī)床傳動(dòng)誤差測(cè)量常用傳感器可分為以下幾類：
(1)光柵傳感器
光柵傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)處理方式簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量精度高(國(guó)外著名廠家如德國(guó)Heidenhain、西班牙Fagor等公司制造的光柵傳感器精度可達(dá)1μm/m);缺點(diǎn)是光柵尺價(jià)格較昂貴，對(duì)工作環(huán)境要求較高，玻璃光柵尺的線脹系數(shù)與機(jī)床不一致，易造成測(cè)量誤差。
(2)激光傳感器
激光傳感器(包括單頻和雙頻激光)具有較高的測(cè)量精度，但測(cè)量成本也較高，對(duì)環(huán)境條件變化(如溫度、氣流、振動(dòng)等)較敏感，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)必須采取措施保證測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。
(3)磁柵傳感器
磁柵尺可分為線狀(有效測(cè)量長(zhǎng)度3m)和帶狀(有效測(cè)量長(zhǎng)度可達(dá)30m)兩種型式，其優(yōu)點(diǎn)是制造成本較低，安裝使用方便，線脹系數(shù)與機(jī)床相同;缺點(diǎn)是測(cè)量精度低于光柵尺，由于磁信號(hào)強(qiáng)度隨使用時(shí)間而不斷減弱，因此需要重新錄磁，給使用帶來不便。
(4)感應(yīng)同步器
感應(yīng)同步器的優(yōu)點(diǎn)是制造成本低，安裝使用方便，對(duì)工作環(huán)境條件要求不高;缺點(diǎn)是信號(hào)處理方式較復(fù)雜，測(cè)量精度受到測(cè)量方法的限制(傳統(tǒng)測(cè)量方法的測(cè)量精度約為2～5μm)。
根據(jù)信號(hào)輸出方式的不同，可將傳感器分為模擬式和數(shù)字式兩大類。數(shù)字式傳感器又可分為增量式、絕對(duì)式和信號(hào)調(diào)制式等幾種。
在計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，模擬式傳感器的輸出信號(hào)需利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)進(jìn)行數(shù)字化處理，而在高分辨率情況下A/D轉(zhuǎn)換的成本較高，此外解決微小模擬信號(hào)(如微伏級(jí))的抗干擾問題也相當(dāng)困難。
在數(shù)字式傳感器中，絕對(duì)式編碼器可輸出并行數(shù)字信號(hào)，無需A/D轉(zhuǎn)換，易與計(jì)算機(jī)接口。但隨著測(cè)量精度的提高，絕對(duì)式編碼器的成本也越來越高，甚至高于高精度A/D轉(zhuǎn)換的成本，因此在許多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合難以被接受。增量式傳感器和信號(hào)調(diào)制式傳感器的制造成本較低，抗干擾能力較強(qiáng)，可在不改變編碼器刻線密度的情況下采用細(xì)分技術(shù)大幅度提高分辨率，因此在傳動(dòng)鏈精度測(cè)量中這兩類傳感器使用最多。常見的增量式傳感器包括光柵增量編碼器、磁柵傳感器、容柵編碼器等;信號(hào)調(diào)制式傳感器主要有感應(yīng)同步器、激光干涉儀、地震儀、旋轉(zhuǎn)變壓器等。
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