編碼器的應(yīng)用與實(shí)例維修

李冰　張穎

摘 要:本文結(jié)合筆者實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn),以編碼器在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中的重要意義為出發(fā)點(diǎn),對(duì)編碼器的工作原理與注意事項(xiàng)進(jìn)行了系統(tǒng)分析與研究,并結(jié)合編碼器裝置故障實(shí)例與維修方式做出了簡(jiǎn)要闡述與說(shuō)明,希望能夠?yàn)榻窈笙嚓P(guān)研究與實(shí)踐工作的開(kāi)展提供一定的參考與幫助。

關(guān)鍵詞:編碼器數(shù)控機(jī)床工作原理應(yīng)用維修

中圖分類號(hào):TH712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)07(c)-0117-01

我在維修工作崗位上工作了十年,通過(guò)我對(duì)數(shù)控機(jī)床的維修,我認(rèn)識(shí)到編碼器在數(shù)控機(jī)床上的重要作用,可以說(shuō)它是機(jī)床的眼睛,通過(guò)它,讓機(jī)床了解到刀具移動(dòng)的位置,電機(jī)的速度,反饋量也是通過(guò)它傳給機(jī)床的大腦,通過(guò)它來(lái)調(diào)整機(jī)床。它是數(shù)控機(jī)床不可或缺的重要組成部分。我通過(guò)我對(duì)編碼器的了解,并結(jié)合一些技術(shù)資料,對(duì)編碼器的應(yīng)用做了以下總結(jié),有很多不足之處,懇請(qǐng)專家多多指正。

什么是編碼器,編碼器是一個(gè)機(jī)械與電子緊密結(jié)合的精密測(cè)量器件,它通過(guò)光電原理或電磁原理將一個(gè)機(jī)械的幾何位移量轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)(電子脈沖信號(hào)或者數(shù)據(jù)串)。這種電子信號(hào)通常需要連接到控制系統(tǒng)(PLC、高速計(jì)數(shù)模塊,變頻器等),控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算便可以得到測(cè)量的數(shù)據(jù),以便進(jìn)一步工作。編碼器一般應(yīng)用于機(jī)械角度,速度,位置的測(cè)量。編碼器在機(jī)床上的應(yīng)用,如何實(shí)現(xiàn)它的作用:

(1)編碼器與PLC的高速計(jì)數(shù)模塊或位置控制模塊連接,主要應(yīng)用為位置測(cè)量。

(2)編碼器與矢量型驅(qū)動(dòng)相連接,變頻器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī),編碼器作為電機(jī)的速度反饋。

(3)雙編碼器應(yīng)用:一個(gè)編碼器用來(lái)作為驅(qū)動(dòng)速度反饋,一個(gè)編碼器用于位置反饋接PLC.

(4)編碼器應(yīng)用:PLC給定驅(qū)動(dòng)器速度編碼器用于作為驅(qū)動(dòng)的速度反饋。

(5)1+1應(yīng)用:一個(gè)編碼器用來(lái)作為驅(qū)動(dòng)的速度反饋,一個(gè)超級(jí)開(kāi)關(guān)編碼器用于測(cè)量電機(jī)超速。

編碼器的工作原理:由一個(gè)中心有軸的光電碼盤,其上有環(huán)形通、暗的刻線,有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差(相對(duì)于一個(gè)周波為360度),將C、D信號(hào)反向,疊加在A、B兩相上,可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào);另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度,可通過(guò)比較A相在前還是B相在前,以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),通過(guò)零位脈沖,可獲得編碼器的零位參考位。

編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料,玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線,其熱穩(wěn)定性好,精度高,金屬碼盤直接以通和不通刻線,不易碎,但由于金屬有一定的厚度,精度就有限制,其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí),塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的,其成本低,但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

信號(hào)輸出:信號(hào)輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開(kāi)路(PNP、NPN),推拉式多種形式,其中TTL為長(zhǎng)線差分驅(qū)動(dòng)(對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出,編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。

信號(hào)連接—編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī),PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分,開(kāi)關(guān)頻率有低有高。

旋轉(zhuǎn)型編碼器的選型要求:

(1)分辨率:與位置精度的關(guān)系

(2)外觀尺寸:與安裝空間的關(guān)系

(3)軸允許負(fù)載:與壽命、安裝狀況的關(guān)系

(4)允許最高轉(zhuǎn)數(shù):馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)數(shù)與分辨率的關(guān)系

(5)輸入相位差:與CN機(jī)械等用的控制部分的匹配情況

(6)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性:與使用環(huán)境的關(guān)系

(7)增量型、絕對(duì)值型:考慮到成本、是否需要在切斷電源是能檢測(cè)絕對(duì)值位置,有無(wú)計(jì)數(shù)器,抗噪音性能

注意事項(xiàng):

(1)安裝

安裝時(shí)不要給軸施加直接的沖擊。

編碼器軸與機(jī)器的連接,應(yīng)使用柔性連接器。在軸上裝連接器時(shí),不要硬壓入。即使使用連接器,因安裝不良,也有可能給軸加上比允許負(fù)荷還大的負(fù)荷,或造成撥芯現(xiàn)象,因此,要特別注意。

軸承壽命與使用條件有關(guān),受軸承荷重的影響特別大。如軸承負(fù)荷比規(guī)定荷重小,可大大延長(zhǎng)軸承壽命。

不要將旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行拆解,這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產(chǎn)品不宜長(zhǎng)期浸在水、油中,表面有水、油時(shí)應(yīng)擦拭干凈。

(2)振動(dòng)

加在旋轉(zhuǎn)編碼器上的振動(dòng),往往會(huì)成為誤脈沖發(fā)生的原因。因此,應(yīng)對(duì)設(shè)置場(chǎng)所、安裝場(chǎng)所加以注意。每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)越多,旋轉(zhuǎn)槽圓盤的槽孔間隔越窄,越易受到振動(dòng)的影響。在低速旋轉(zhuǎn)或停止時(shí),加在軸或本體上的振動(dòng)使旋轉(zhuǎn)槽圓盤抖動(dòng),可能會(huì)發(fā)生誤脈沖。

(3)關(guān)于配線和連接

誤配線,可能會(huì)損壞內(nèi)部回路,故在配線時(shí)應(yīng)充分注意:

①配線應(yīng)在電源OFF狀態(tài)下進(jìn)行,電源接通時(shí),若輸出線接觸電源,則有時(shí)會(huì)損壞輸出回路。②若配線錯(cuò)誤,則有時(shí)會(huì)損壞內(nèi)部回路,所以配線時(shí)應(yīng)充分注意電源的極性等。③若和高壓線、動(dòng)力線并行配線,則有時(shí)會(huì)受到感應(yīng)造成誤動(dòng)作成損壞,所以要分離開(kāi)另行配線。④延長(zhǎng)電線時(shí),應(yīng)在10m以下。并且由于電線的分布容量,波形的上升、下降時(shí)間會(huì)較長(zhǎng),有問(wèn)題時(shí),采用施密特回路等對(duì)波形進(jìn)行整形。⑤為了避免感應(yīng)噪聲等,要盡量用最短距離配線。向集成電路輸入時(shí),特別需要注意。

結(jié)合我在工作中對(duì)編碼器更換的一個(gè)實(shí)際例子對(duì)編碼器拆卸安裝后的調(diào)試進(jìn)行舉例說(shuō)明。

鼓風(fēng)集團(tuán)的齒輪公司的1米2滾齒機(jī)在2011年5月份運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障,報(bào)警停臺(tái)。機(jī)床如圖1所示:

查看報(bào)警號(hào),報(bào)警為:系統(tǒng)報(bào)錯(cuò),提示A軸編碼器硬件故障。我們分析認(rèn)為A軸編碼器可能出現(xiàn)故障,于是我們首先對(duì)編碼器和西門子611D控制系統(tǒng)的連接線進(jìn)行分析,校正,實(shí)測(cè)后,判定連接線完好,通訊沒(méi)有故障。我們排除了通訊線路的故障,進(jìn)一步判定編碼器出現(xiàn)故障。(如圖2)

我們把上圖所示位置的A軸編碼器拆卸下來(lái),是海德漢公司生產(chǎn)的編碼器。通過(guò)型號(hào),進(jìn)行了查詢,發(fā)現(xiàn)是絕對(duì)值編碼器。初步分析是編碼器進(jìn)油,造成污染,不能正常工作。我們咨詢海德漢公司,打算購(gòu)買一個(gè)新的編碼器,但是國(guó)內(nèi)沒(méi)有此類型的編碼器,進(jìn)口需要15個(gè)工作日。我們對(duì)故障進(jìn)行了分析,如果是油污染,是否能通過(guò)非拆解方式把污物清理出來(lái),解決污染的問(wèn)題,恢復(fù)編碼器的工作。我們?cè)谛孤短巼L試通入高壓氮?dú)?把滲入的機(jī)油用高壓氮?dú)鉀_出,嘗試了兩次沖刷,把編碼器內(nèi)部滲入的油污清理出去。經(jīng)檢查,恢復(fù)了工作狀態(tài),用密封膠,重新把泄露處密封,防止再次污染。