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