Nas máquinas -ferramentas CNC, codificadores e governantes de grade são os dois componentes de feedback da posição. Eles têm funções semelhantes e formam uma relação complementar devido a diferentes princípios técnicos e cenários de aplicação. A seguir, é apresentada uma análise detalhada da relação entre os dois dos aspectos do princípio de trabalho, cenário de aplicação, sinergia, etc.:
Conceitos e princípios básicos de codificadores e governantes de grade
Codificador
Estrutura e princípio:
Instalado no final do eixo do motor ou para o parafuso de chumbo, ele converte o ângulo de rotação em um sinal elétrico através de métodos fotoelétricos, magnetoelétricos e outros. É dividido em codificadores incrementais e codificadores absolutos:
Codificador incremental: sinais de pulso de saída, determina o ângulo de rotação e a velocidade contando pulsos e requer redefinição do ponto de referência (como o retorno zero da máquina -ferramenta).
Codificador absoluto: cada posição corresponde a um código exclusivo e a posição absoluta pode ser obtida diretamente sem um ponto de referência.
Função central
Meça o ângulo de rotação do motor ou do parafuso de chumbo e calcule indiretamente o deslocamento da bancada (através da conversão de afinação), que é usada para controle de velocidade e feedback de posição dos sistemas de loop semi-fechado.
Escala linear \/ grade óptica
Estrutura e princípio
Consiste em uma grade de escala (fixada no trilho da guia da máquina -ferramenta) e em uma cabeça de leitura (instalada na parte móvel). Ele converte o deslocamento linear em um sinal elétrico através do efeito Moiré das listras de grade.
Função central:
Ele mede diretamente o deslocamento linear da bancada com uma precisão do nível de até mícron (como 0. 5μm, 1μm) e é usado para feedback de posição do sistema de circuito fechado para evitar a influência do erro de inclinação do chumbo, deformação térmica, etc.
A relação entre o codificador e o governante de grade
Diferença no caminho de feedback: a principal diferença entre loop semi-fechado e loop fechado completo
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Tipo |
Codificador (loop semi-fechado) |
Escala linear (loop totalmente fechado) |
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Objeto de medição |
O ângulo de rotação do motor\/parafuso (indiretamente reflete o deslocamento) |
Deslocamento linear da mesa de trabalho (medição direta) |
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Fonte de erro |
Afetado pelo erro de afinação, alongamento térmico, etc. |
Evite diretamente erros da cadeia de transmissão, a precisão depende do próprio governante da grade |
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Cenários de aplicação |
Máquina -ferramenta de precisão média e baixa (como centros de usinagem comuns, tornos) |
Máquina-ferramenta de alta precisão (como moedores de precisão, máquinas de chato de gabarito) |
Sinergia funcional: melhorando a precisão e estabilidade do sistema
Sistema de loop semi-fechado (somente codificador):
O custo é baixo, mas o erro da cadeia de transmissão (como desgaste e folga do parafuso) se acumulará no deslocamento da mesa de trabalho, adequado para cenários com baixos requisitos de precisão.
Sistema de loop fechado completo (codificador + régua de grade):
O codificador é usado para controle de velocidade do motor e feedback preliminar de posição, e o régua de grade fornece compensação final de deslocamento.
A combinação dos dois pode obter "Double Feedback":
O codificador monitora o status de execução do motor em tempo real para evitar a perda de etapas;
A régua de grade corrige o erro da cadeia de transmissão para fazer com que a precisão do posicionamento da mesa de trabalho alcance o nível de mícron.
Caso típico: quando o centro de usinagem de alta precisão está cortando em alta velocidade, o codificador garante a estabilidade da velocidade do motor, e o régua de grade calibra a posição da mesa de trabalho em tempo real para evitar erros de contorno.
Complementaridade técnica: equilíbrio entre resolução e intervalo
Codificador:
Alta resolução (por exemplo, 20- bit Coder absoluto tem uma resolução de pulsos 4096 × 1024 por revolução), mas a precisão do deslocamento é limitada pela precisão do parafuso de chumbo, que é adequada para medir o ângulo e a velocidade de rotação.
Governante de grade:
A resolução depende da densidade da linha (por exemplo, a precisão de uma régua de grade de 2 0 μm após a subdivisão é de 0,1μm), e o intervalo pode cobrir vários metros (por exemplo, o deslocamento de uma tabela de ferramentas de máquinas), que é adequada para a medição de alta pré-precação do deslocamento linear de viagem.
Seleção e correspondência em aplicações práticas
Seleção de acordo com os requisitos de precisão
Cenários de baixa precisão: tornos comuns, máquinas de perfuração etc. podem ser atendidos apenas com codificadores incrementais.
Cenários de precisão média: Os centros de usinagem de uso geral podem usar codificadores de alta precisão (por exemplo, 24- bit absoluto) com pré-carga do parafuso de bola para reduzir os erros de transmissão.
Cenários de alta precisão: Machine-ferramentas de processamento óptico e equipamentos de ligação de cinco eixos devem usar réguas de grade para construir um sistema de circuito totalmente fechado. Alguns equipamentos de ponta utilizam codificadores duplos (extremidade do motor + extremidade do parafuso) e réguas de grade ao mesmo tempo para obter feedback triplo.
Troca entre custo e manutenção
Codificador: Baixo custo, instalação e manutenção simples (só precisam ser fixadas no eixo do motor), mas é necessário verificar regularmente se o acoplamento está solto (para evitar o desvio de medição de ângulo).
Régua de grade: alto custo (especialmente régua de grade de alta precisão), requisitos de instalação estritos (precisam garantir que o paralelismo da grade da escala e da cabeça de leitura) e a poluição do pó e do fluido de corte sejam necessários, e o custo de manutenção é alto.
Resumo
O codificador é o "olho" do acionamento do motor, responsável pela medição precisa e controle de velocidade do movimento rotacional;
O governante da grade é o "governante" da bancada, que calibra diretamente a precisão final do deslocamento linear.
Nas máquinas-ferramentas do CNC, os dois são integrados através do algoritmo do sistema CNC (CNC) para formar um modo de controle composto de "controle áspero de loop semi-fechado + controle fino de loop fechado" para garantir em conjunto a precisão do processamento. Por exemplo, no processamento do molde, o codificador garante a estabilidade da velocidade da ferramenta, e o régua de grade garante a precisão do nível de mícron do contorno da superfície e nenhum é indispensável.
Através da colaboração dos dois, as máquinas-ferramentas CNC podem obter "posicionamento preciso" e "corte estável" em movimento de alta velocidade, que é a base técnica principal da usinagem de precisão moderna.
