线切割机床结构介绍.pdf

目前切割中采用光栅尺闭环一直是一个系统设计者事情，但是闭环在数控系统设计中还有

很多需要解决的技术问题，

目前切割机中当系统发出一个进给指令,经驱动电路功率放大,驱动电机旋转一个角度,再经齿

轮装置带动丝杠旋转,通过丝杠螺母机构转换为机床的直线位移。机床各个轴的移动速度与位移量由输

入脉冲的频率与脉冲数所决定。此时机床的信息流是单向的,即进给脉冲发出后,实际移动值不再反馈回来。

系统对机床的实际位移量不进行，也不能进行误差校正。因此步进电动机的失步、步距角误差、齿轮

与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。为了提高机床的精度，采用直线电机和位置检测元件组成

闭环系统。它消除了旋转电机齿轮间隙带来的误差，减小了系统的惯性，改善了系统的动态性能。电机能

否精确定位，取决于位置反馈是否精确，光栅尺精度高、价位低、性能优良、故其成为首选传感器，以实

现位置信号的反馈。

光栅尺信号输出频率很高，如直接给工控机，实时性难以保证，采用高性能工控机虽能实现，但需编

制大量程序。设计光栅尺接口模块，能实现信号的细分、辩向、位置的计算与显示。模块是独立工作的，

上位机何时需要数据，通过数据总线直接即可。既保证控制系统的实时性，提高了系统的反应速度。

采用的光栅尺分辨率为1µm。

1．光栅尺信号

光栅尺输出信号是电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，它是通过对信号变化周期的

测量来测出移动的相对位移。计数器所计数乘以光栅距即为直线电机所走的位移。

输出信号是相位角相差90º时，方向为正，反之为负。Z信号作为校准信号以消除累积误差。

在A信号怕下降沿B信号，就可判断出方向。当A信号的上升沿及下降沿均比B信号超前1/4W，

在A信号下降沿的B信号为“1”，此时为正向；A信号的上升沿及下降沿均比B信号滞后1/4W，

在A信号下降沿到的B信号为“0”，此时为反向。根据到的信号方向和A信号变化的周

期数用计数器进行计数（正向计数或逆向计数），就可出总位移。

2接口模块整体结构

光栅尺输出信号的测量和处理需经过：滤波、整流，细分辨向电路，计数电路，接口电路，实现与系统总

线的交换。接口模块原理图见图1。

2．1细分辨向电路

光栅尺信号的细分与辨向是提高光栅尺测量精度的关键性一步。光栅辨向和细分电路的设计中，有的设计

把辨向和细分电路分开，辨向电路只对光栅尺的输出信号进行辨向，而不对细分后的脉冲信号进行辨向，

这样实现的测量误差仍是光栅尺的栅距。在考虑辨向功能时，应对细分后的信号进行辨向设计，否则不能

提高测量精度。此处为细分辨向电路设计的重点。

以X轴输出信号为例。光栅尺输出的相差为90º的信号XA和XB，经RC滤波和6N137快速光耦，消除输

入信号中尖脉冲带来的影响，提高系统的性能。通过4倍频电路实现精度的担高，原来光栅尺的分辨

率为5µm，倍频后分辨率变为1.25µm。译码电路为(GAL1.22V10提供时钟CLK。电机的方向由辨向电路来

实现。当光栅尺正向时，从I/O端口输出脉冲序列PX；当光栅尺反向时，从I/O端口输出脉冲序

列NX。

2．2计数电路

本系统中采用8254实现计数功能。正反向脉冲PX，NX分别作为计数器8254的时钟CLK，输出信号即为位移

的脉冲数。地址线A0、A1与8254的片选取线一起确定8254的地址。

2．3接口电路

设计接口电路时，主要考虑3方面因素；

（1）总线负载。当CPU读插件板上的内存或接口时，内存式接口将数据传送到系统总线的数据总

线上，此时数据总线上的所有负载都将成为内存式接口的负载。为了保证总线的正常工作，在接

口电路中要增加双向数据驱动。

，利用硬件电路进