一、任务引入

　　叙述主轴编码器的工作原理及其应用。

二、任务分析

　　主轴编码器应用于在数控车床车螺纹时，是利用其同步脉冲作为车刀进刀点和退刀点的控制信号, 从而保证车削螺纹不会乱扣。螺纹是怎样加工的？车刀进刀点和退刀点应处在什么位置？主轴编码器有什么作用？

三、相关知识

1．螺纹

　　螺纹是在圆柱面或圆锥面上沿着螺旋线所形成的、具有相同剖面形状的连续凸起和沟槽。在圆柱表面上形成的螺纹称圆柱螺纹，在圆锥表面上形成的螺纹称圆锥螺纹。在回转体外表面上形成的螺纹称外螺纹，在回转体内表面上形成的螺纹称内螺纹。

　　加工螺纹的方法很多，在车床上加上螺纹时，车床通过三爪卡盘夹紧圆柱形工件，并带动它作等速旋转运动，车床进给机构带动车刀（标准螺纹车刀）沿圆柱轴线方向作等速直线运动，车刀刀尖在工件表面切削出三角形凹槽从而形成三角形螺纹。如图1所示。

图1 在车床上加工螺纹

如图2所示，螺纹加工时有轨迹始点(A点，即进刀点)和轨迹终点(B点，即退刀点)。在螺纹加工轨迹中为保证螺纹的加工设置有足够的升速进刀段δ和降速退刀段δˊ，以消除伺服滞后造成的螺距误差。

图2  螺纹加工

2．主轴编码器的作用

主轴编码器采用与主轴同步的光电脉冲发生器，通过中间轴上的齿轮1:1地同步传动。数控车床主轴的转动与进给运动之间，没有机械方面的直接联系，为了加工螺纹，就要求给定进给伺服电动机的脉冲数与主轴的转速应有相对应的关系，主轴脉冲发生器起到了对主轴转动与进给运动的联系作用。

四、任务实施

　　光电脉冲发生器的原理如图3所示。在漏光盘上，沿圆周刻有两圈条纹，外圈为圆周等分线条，例如：1024条CONTROL ENGINEERING China版权所有，作为发送脉冲用，内圈仅1条。在光栏上，刻有透光条纹A、B、C，A与B之间的距离应保证当条纹A与漏光盘上任一条纹重合时，条纹B应与漏光盘上另一条纹的重合度错位1/4周期。在光栏的每一条纹的后面均安置光敏三极管一只www.cechina.cn，构成一条输出通道。

图3 光电脉冲发生器的原理图

　　灯泡发出的散射光线经过聚光镜聚光后成为平行光线，当漏光盘与主轴同步旋转时，由于漏光盘上的条纹与光栏上的条纹出现重合和错位，使光敏管受到光线亮、暗的变化，引起光敏管内电流大小发生变化CONTROL ENGINEERING China版权所有，变化的信号电流经整流放大电路输出矩形脉冲。由于条纹A与漏光盘条纹重合时，条纹B与另一条纹错位1/4周期，因此 A、B两通道输出的波形相位也相差1/4周期。

　　脉冲发生器中漏光盘内圈的一条刻线与光栏上条纹C重合时输出的脉冲为同步（起步，又称零位）脉冲。利用同步脉冲，数控车床可实现加工控制，也可作为主轴准停装置的准停信号。数控车床车螺纹时，利用同步脉冲作为车刀进刀点和退刀点的控制信号，以保证车削螺纹不会乱扣。

五、知识的链接

1．数控机床对检测元件及位置检测装置的要求

(1) 数控机床对检测元件要求

　　检测元件是检测装置的重要部件，其主要作用是检测位移和速度，发送反馈信号。位移检测系统能够测量的最小位移量称为分辨率。分辨率不仅取决于检测元件本身，也取决于测量电路。

　　数控机床对检测元件的主要要求是：①寿命长CONTROL ENGINEERING China版权所有，可靠性高，抗干扰能力强；②满足精度和速度要求；③使用维护方便，适合机床运行环境；④成本低；⑤便于与计算机联接。

　　不同类型的数控机床对检测系统的精度与速度的要求不同。通常大型数控机床以满足速度要求为主，而中、小型和高精度数控机床以满足精度要求为主。选择测量系统的分辨率和脉冲当量时，一般要求比加工精度高一个数量级。

(2)数控机床对位置检测装置的要求

　　位置检测装置是数控机床伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移和速度，发送反馈信号，构成闭环或半闭环控制。数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定。不同类型的数控机床控制工程网版权所有，对位置检测元件，检测系统的精度要求和被测部件的最高移动速度各不相同。现在检测元件与系统的最高水平是：被测部件的最高移动速度高至240m/min时，其检测位移的分辨率（能检测的最小位移量）可达1μm，如24m/min时可达0.1μm。最高分辨率可达到0.01μm。

数控机床对位置检测装置有如下要求：

①受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强。

②在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求。

③使用维护方便，适应机床工作环境。

④成本低。

2．位置检测装置的分类

　　对于不同类型的数控机床控制工程网版权所有，因工作条件和检测要求不同，可以采用以下不同的检测方式。

(1)增量式和绝对式测量

　　增量式检测方式只测量位移增量，并用数字脉冲的个数来表示单位位移（即最小设定单位）的数量，每移动一个测量单位就发出一个测