CNC數控係統上的傳感器

由於高精度、高速度、高效（xiào）率及安（ān）全可靠（kào）的特點，數（shù）控係統在裝備製造業（yè）中的應用越來越廣泛，數控機床是一種裝有程序控製（zhì）係統的自動化機床，能夠根據已編好的（de）程序，使機床動作並加工零（líng）件（jiàn）。它（tā）綜合了機械、自動化、計（jì）算機、測量等最（zuì）新技術（shù），使用了（le）從位（wèi）移、位置、速度、壓（yā）力（lì）、溫度以及刀具磨損監控等方麵在數控機床控製係統中的傳感器。

位移監測傳感器在數（shù）控機床中的（de）應用

在數控機床上應用的傳（chuán）感器（qì）主（zhǔ）要（yào）有光電編碼器、直線光柵、接近（jìn）開關、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓傳感器（qì）、壓力傳感器、液位傳感器、旋轉變壓（yā）器、感應同步器、速度（dù）傳感器等,主要用來（lái）檢測（cè）位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。

數控機床對傳感器的要求

數控機床中的傳感器通（tōng）常要滿足下列條件：

    （1）可靠性高和抗幹擾性強；

    （2）滿足精度和速（sù）度的要（yào）求；

    （3）使用維護方便，適合機床運行環境；

    （4）成本低。

不同種類數控機床對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大（dà）型機床要求速度響應高（gāo），中（zhōng）型和高精度數控機床以要求精度為主（zhǔ）。

位移的檢測

位移檢測的傳感器主要有脈衝編碼器、直線光柵、旋（xuán）轉變壓器、感（gǎn）應同步器等。

1、脈衝編碼器的應用

脈衝編碼（mǎ）器是一種角（jiǎo）位移（轉速（sù））傳感器，它能夠把機械轉角變成電脈衝。脈衝編碼器可（kě）分為光電式（shì）、接觸式和電磁式三種，其中，光電式應用比較多。

在圖（tú）中，X軸和Z軸端（duān）部分別配有光電（diàn）編碼器（qì），用於角位移測（cè）量（liàng）和數字測速，角位移通過絲杠螺距能間接反映拖板或刀架的直線位移。

2、直線光柵的應用

直線光柵是利用光的透射和反射現象製作而成，常用於位（wèi）移測量，分辨力較高，測量精度比光電編碼（mǎ）器高，適應於動態測量。

在進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其產生的脈衝（chōng）信號（hào）直（zhí）接（jiē）反映了拖板的實際（jì）位置。用光柵檢測工作台位置的伺（sì）服係統是全閉環控製（zhì）係（xì）統。

3 、旋轉變壓器的應用

旋轉變壓（yā）器是一種輸出（chū）電壓與角位移量成連續函數關係的感應式微電機。旋轉變壓器（qì）由定子和轉子組成（chéng），具體（tǐ）來說，它由一個鐵心、兩個定子繞組和兩個轉（zhuǎn）子繞（rào）組組成，其原、副繞組（zǔ）分別放置在定子、轉（zhuǎn）子上，原、副（fù）繞組之間的電磁耦合程度與轉子的轉角有關。

旋轉變壓（yā）器在（zài）同步隨動（dòng）係統及數（shù）字隨動（dòng）係統中可用於傳遞轉角或電信號；在解算裝置中可作為函數的解（jiě）算之用，故也稱為解算器（qì）。

旋（xuán）轉變（biàn）壓器一般有兩極繞組和四（sì）極繞組兩種結構形式。兩極繞組（zǔ）旋（xuán）轉變壓器的定子和轉子各有一對磁極，四（sì）極繞組則各有兩對磁極，主要（yào）用於高精度的檢（jiǎn）測係統。除此之外，還有多極（jí）式旋轉變壓器，用於高精度絕對式檢測係統。

4、感應同步器的（de）應用

感應同步器是利用兩個平麵形繞組（zǔ）的互感隨位置不同而變化的（de）原理製成的。其功能是將角度或（huò）直（zhí）線位移轉變（biàn）成感（gǎn）應電動勢的相（xiàng）位或幅值，可用來測量直（zhí）線或轉角位移。按其結構可（kě）分為直線式和旋轉（zhuǎn）式兩種。直線式感應同（tóng）步器由定尺和（hé）滑尺兩部分組成，定尺安裝在機床床身上（shàng），滑（huá）尺安裝於移動部（bù）件上，隨工作台一起移動；旋轉式（shì）感應同（tóng）步器定子為固定的圓盤（pán），轉子為轉動的圓盤。感應同步器具有較高（gāo）的精度與分辨（biàn）力、抗（kàng）幹擾能力（lì）強、使用壽命長、維護簡單、長距（jù）離位移測量、工藝性好、成本較低（dī）等優點。直線式感應同步器目前被廣泛地應用於大位移靜態與動態測量中，例如用（yòng）於三（sān）坐標（biāo）測量機、程控數控機（jī）床、高精度重型機床及加工中心測量裝置等。旋轉式感應同步器則被廣泛地（dì）用於機（jī）床和儀器的轉台（tái）以及各種回轉伺服控製係統中。

位置的檢測

位置傳感器（qì）可用來檢測位置，反映某種狀態的開關，和位移傳感器（qì）不同。位置傳感器有接觸式和接（jiē）近式兩種。

1、 接觸式傳感器的應用

接觸式傳感器的觸頭（tóu）由兩個（gè）物體接觸擠壓而動作，常見（jiàn）的有行程開關、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關結（jié）構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動（dòng）過（guò）程中，碰到行程開關時（shí），其內部觸頭會動作，從而（ér）完（wán）成控製，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝（zhuāng）有行程開關，則可以控（kòng）製移動範圍。二（èr）維（wéi）矩陣式位（wèi）置傳感器安裝於機械手掌內側，用於檢測自身與某個物體的接觸位置（zhì）。

2、 接近開關的應用

接近開關是指當物體與其接（jiē）近到設定距離時就可以發出“動作”信號的開關，它無需和物（wù）體直接接觸。接近開關有很多（duō）種類，主要有自感式、差動變壓（yā）器式、電渦流（liú）式、電容式、幹簧（huáng）管、霍爾（ěr）式等。

接近開關在數控機床上的應用（yòng）主（zhǔ）要（yào）是刀架選刀控製、工作台行程控製、油缸及汽缸活塞行（háng）程控製等。

在刀架選刀控製（zhì）中，如圖所（suǒ）示，從左至右的（de）四個凸（tū）輪（lún）與（yǔ）接近開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二進製編碼，每（měi）一個編碼對應一個刀位，如0110對應6號刀位；接近開關SQ5用於奇偶（ǒu）校驗，以減少出錯。刀架每轉過一個刀位，就發出一個信號，該信號與數控係統的刀位指令（lìng）進行（háng）比較，當刀架的刀位信號與指令刀位信號相符時，表示選刀完成。

霍（huò）爾傳感器是利用霍爾現象製成的傳感器。將鍺等半導體置於磁場中，在一個方向通以電流時，則在垂直的方向上會出現電位差，這就是霍爾現象。將（jiāng）小磁體固定在運動部件上，當部件靠近霍爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體是否到位。

速度的檢測

速度傳感器是一（yī）種將速度轉變成電信號的傳感（gǎn）器，既（jì）可以檢測直線速度，也可以檢測角速度（dù），常用的有測速發電機和（hé）脈衝編碼（mǎ）器等（děng）。

測速發電機具有的特點是：

（1）輸出電壓與轉速嚴格成線性關係；

（2）輸出電壓（yā）與轉速比的斜率大。可分成交流和直流兩類。

脈衝編碼器在經過一個單位角位移（yí）時，便產生一個脈衝（chōng），配以定時（shí）器便可檢測出角速度。

在數控機床中，速度傳感器一般用於數控係（xì）統伺服單元的速度檢測（cè）。

壓力的檢測

壓力傳感器是一（yī）種將壓力轉變成電信號的傳感器。根據工作（zuò）原理，可分為壓（yā）電式傳感器、壓阻式傳感器和電（diàn）容式傳感（gǎn）器。

它是檢測氣體、液體、固體等所有（yǒu）物質間作用（yòng）力能量的總稱，也包括測量高於大氣壓的壓力計以及測量低於大（dà）氣壓的真空計。

電容式（shì）壓力傳感器的電容（róng）量是由電極麵積和兩個電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度（dù）穩定性好、壓力量程大等特點近來（lái）得到了迅（xùn）速發（fā）展。在數控機床（chuáng）中，可用它對工件夾緊力進行檢測，當夾緊力小於設定（dìng）值時（shí），會導致工件鬆動，係統發出報警，停止走刀。另外，還可（kě）用壓力（lì）傳感器（qì）檢測（cè）車（chē）刀切削力的變化。再者（zhě），它還在潤滑係統、液壓係統、氣壓係統被（bèi）用來檢測油路或氣路中的壓力，當油（yóu）路或氣（qì）路中的壓力低於設定值時，其觸點會動作，將故障信號送給數控係（xì）統。

溫度的檢（jiǎn）測

溫度傳感器（qì）是一種將溫度高低轉變成電阻值大小或其它電信號的一種裝置。常見的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感（gǎn）器（qì）、以半導體材料為主的熱敏電阻傳感器（qì）和熱電偶傳（chuán）感器等。在數控機床上，溫度傳感器用來檢測溫度從而進行溫度補償或（huò）過熱保護。

在加工過程中，電動（dòng）機的旋轉、移動部件（jiàn）的移動、切削等都會產（chǎn）生熱量，且溫度分布不均（jun1）勻，造成溫差，使數控機床產生熱變形，影響零件加工精（jīng）度，為了避免溫度產生的影響，可在（zài）數控機床上某些（xiē）部位裝設溫度傳感器，感受溫度信號並轉（zhuǎn）換成（chéng）電信號送給數控係統，進行溫（wēn）度補償。

此外，在電動機等需要過熱保護的地方，應埋設溫度（dù）傳感器，過熱時通過數控係統進行過熱報警（jǐng）。

刀具磨損的監控

刀具磨損到一定程度會影響到工件（jiàn）的尺寸精度（dù）和表麵（miàn）粗糙度，因此，對刀具磨損要進行監控（kòng）。當刀具磨損時，機床主軸電動機負荷增大，電動機的電流和電壓也會變化，功率隨（suí）之改變（biàn），功率變化可通過霍（huò）爾傳感器檢測。功率變化到（dào）一定程度，數控係統發（fā）出（chū）報警信號（hào），機車停止運（yùn）轉（zhuǎn），此時（shí），應及時進行刀具調整或更換。

隨（suí）著（zhe）傳感器和數控機床（chuáng）的發展，有些（xiē）傳感器將被淘汰，如旋（xuán）轉變壓器等，而新（xīn）的傳感（gǎn）器將不斷出現（xiàn），會使數（shù）控機（jī）床更加完善，自適應更強。