CNC數控係統上的傳感器

由於高精度、高速度、高效率及安全可靠的特點（diǎn），數控係統在裝備製造業中（zhōng）的（de）應用越來越廣泛（fàn），數控機床是一種裝有程序控製係統（tǒng）的自動化機床，能夠（gòu）根據已編好的程序，使機床動作並加工零件。它綜合了（le）機（jī）械、自動化、計算機、測量等最新技術，使（shǐ）用了從位移、位置、速度（dù）、壓力、溫度以及刀具（jù）磨損監控等方麵（miàn）在數（shù）控機床控製係統中的（de）傳感器（qì）。

位（wèi）移監測（cè）傳感器在數控機床中的（de）應用

在數控機床上應用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳感器（qì）、電流傳（chuán）感器、電壓（yā）傳（chuán）感器（qì）、壓（yā）力（lì）傳感器、液位傳感器、旋轉變壓器、感應同步器、速度傳感器等（děng）,主要用來檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。

數（shù）控機床對傳感（gǎn）器的要求

數控機（jī）床中的傳感器通常要滿足下列條件：

    （1）可靠性高和抗幹擾性強；

    （2）滿足（zú）精度和速度的要求（qiú）；

    （3）使用（yòng）維護方便，適（shì）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（bú）盡相同（tóng），一般來說，大型機床要求速度響應高，中型和（hé）高精度數控機床以要求精（jīng）度為主。

位（wèi）移的檢測

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

1、脈衝編碼器的應用

脈衝編碼器是一種角位移（yí）（轉速）傳感器，它能夠把機械轉角變成電（diàn）脈衝。脈衝編碼器可分（fèn）為光電式（shì）、接（jiē）觸式（shì）和電磁式三種，其中，光電式應用比較多。

在圖中，X軸和Z軸端部分別配有光電編碼器（qì），用於角位移測量和數字測速，角位移通過絲杠螺距能間接反映拖板（bǎn）或刀架的直線位移。

2、直線光柵的應用

直（zhí）線光柵是利用光的透射和反射現象製作而成，常用於位移測量，分辨（biàn）力較高，測量精度比光電編（biān）碼器高，適應（yīng）於動態測量。

在進給驅動中，光（guāng）柵尺固定在床身上，其（qí）產（chǎn）生的脈衝信號（hào）直接反映了拖板的實際位置。用光柵檢測工作台位置的伺服係統是全閉環控製（zhì）係統。

3 、旋（xuán）轉變壓器的（de）應（yīng）用

旋轉變壓器是（shì）一種輸出電壓（yā）與角位移量成連續函數關係的感應（yīng）式微（wēi）電機。旋轉變壓器由（yóu）定子和轉子組成，具體來說，它由一個鐵心、兩（liǎng）個定子繞組和兩個轉（zhuǎn）子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉子上，原、副繞組之間的（de）電磁耦合程（chéng）度與轉子的轉角有關。

旋轉變壓器在同步隨動係統及數字隨動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算之用，故也稱為解算器。

旋轉變（biàn）壓器一般有兩極（jí）繞組和四極繞組兩種結（jié）構形式。兩（liǎng）極繞組旋轉變壓器的定子和轉子各（gè）有一對磁極，四極繞組則各有（yǒu）兩對磁極，主要用於高精度的檢測係統。除此之外，還有多極式旋轉變壓器，用於高（gāo）精度絕對式檢測係統。

4、感應同步器的應用

感應同步器是利用（yòng）兩個平（píng）麵形繞組的互感隨位置不同而變化的原理製（zhì）成（chéng）的。其功能是將角度或直線位移（yí）轉（zhuǎn）變（biàn）成感應電動勢的相位或幅值，可用來測量直線或（huò）轉（zhuǎn）角位移。按其結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感應同步器由定（dìng）尺和滑尺兩部分（fèn）組成，定尺安裝在機床（chuáng）床（chuáng）身上，滑尺安裝於（yú）移動部件上，隨工作台一起移動；旋轉式感應同步器（qì）定（dìng）子為固定的圓（yuán）盤，轉子（zǐ）為轉（zhuǎn）動的圓盤。感應同步器具有較高的精度與分辨力、抗（kàng）幹擾（rǎo）能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離位移測量、工（gōng）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，例如用於三坐標測量機、程控數控機床、高精度重（chóng）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用（yòng）於機床和儀器的轉（zhuǎn）台以及各種回轉伺服控（kòng）製係（xì）統中。

位置的（de）檢測

位置傳感器可用（yòng）來檢測位置，反映某種狀態的開關，和位移（yí）傳感器不同。位置傳感器有接觸（chù）式和接近式兩種。

1、 接觸式傳（chuán）感器的應用

接觸式傳感器的觸頭由（yóu）兩個（gè）物體接觸擠壓而動作，常見的有行程（chéng）開關、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉（lián）。當（dāng）某個物體在運動過（guò）程中，碰到行（háng）程開關時，其內部（bù）觸頭會動作，從（cóng）而完成控製（zhì），如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端（duān）分別裝有行程開關，則可以控製移動範圍。二維矩陣式位置傳感器安裝（zhuāng）於（yú）機械手掌內側，用於檢測自身與某個物體的（de）接觸位置。

2、 接近開關（guān）的（de）應用

接近開關是指當物（wù）體與其接近到設定距離（lí）時就可以發出“動作”信號的開關，它無需（xū）和物體直接接觸。接近開關有很多種類，主要有自感式、差動（dòng）變壓（yā）器式、電渦流式、電容式、幹簧管、霍爾式等。

接近開關在數控機床上的應用主要是刀架選刀控製、工作台行程控（kòng）製、油缸及汽缸活塞行程（chéng）控製等。

在（zài）刀架選刀控製中，如圖所示，從左至（zhì）右的四個凸輪與接近開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二進製編碼（mǎ），每（měi）一個編碼對應一個刀（dāo）位，如0110對應6號刀位；接近開關SQ5用於奇偶校驗，以減少（shǎo）出錯。刀架（jià）每轉過一（yī）個刀位，就發出一個（gè）信號，該信號與數控係統的刀位指令進行比較，當刀架（jià）的（de）刀位（wèi）信號與指令（lìng）刀位信號相符時，表示選刀完成。

霍爾（ěr）傳（chuán）感器是利用霍爾現象製成的傳感器。將鍺等半導（dǎo）體置於磁場中（zhōng），在一個方向（xiàng）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。將小磁體固定在運（yùn）動部件上，當部件靠（kào）近霍爾元件時，便產生（shēng）霍爾現象，從而判斷物體是否（fǒu）到位。

速度的檢測

速度傳感器（qì）是一種將速度轉變成電信號的傳感器，既可以（yǐ）檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用的有測速發電機和脈衝編碼器等（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）輸出電壓與轉速比的斜率大。可分（fèn）成交流和直流（liú）兩類。

脈衝編（biān）碼器在（zài）經過一個單位角位移時，便產生一個脈衝，配以定時器便可檢測出角速度。

在數控機床中，速（sù）度傳感（gǎn）器（qì）一（yī）般用於數控係統伺服單元的速度檢測。

壓力的檢測

壓力傳（chuán）感器是一種將壓力轉變成電信號的（de）傳感器。根據工作（zuò）原理，可分為壓電式傳感器、壓（yā）阻式（shì）傳感（gǎn）器和電容式傳感（gǎn）器。

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

電（diàn）容式壓力傳感器（qì）的電容（róng）量是由電極麵積和兩個（gè）電極間的距（jù）離決定，因靈（líng）敏（mǐn）度高、溫度穩定性好、壓力量程大等特點近來得到（dào）了迅速發展。在數控機床中，可用它對工件夾緊力進行檢測，當夾緊力小（xiǎo）於設定值時，會導（dǎo）致工件鬆動，係（xì）統發出報警，停（tíng）止走刀。另外，還可用壓力傳感器檢（jiǎn）測車刀切削力的變化。再者，它還（hái）在潤滑係統、液壓係統、氣壓係統被用（yòng）來檢測油（yóu）路（lù）或氣路中的壓力，當油路或氣路中的（de）壓力低於設定值時，其（qí）觸點會動作，將（jiāng）故（gù）障信號送給數控係統。

溫度的檢測

溫度傳感器是一種將溫度高低轉變成電（diàn）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（rè）電阻傳感器、以半導體材料為主的（de）熱敏電（diàn）阻傳感器和（hé）熱電偶傳感器等（děng）。在數控（kòng）機床上，溫度傳感器用（yòng）來檢測溫度從（cóng）而進行溫度補償或過熱保護。

在加工過（guò）程（chéng）中，電動機的旋轉、移動部件的（de）移動、切削等都會產生熱量，且溫度（dù）分布不（bú）均（jun1）勻，造成溫差，使數控機床產生熱（rè）變形，影響零件（jiàn）加工精度，為了避免溫度產生的影響，可（kě）在（zài）數控機床上（shàng）某些部位裝設（shè）溫度傳感器，感受溫度信號（hào）並轉（zhuǎn）換成電信號送給數控係統，進行溫度補償。

此外，在電（diàn）動機等需要過熱保護的（de）地方，應埋設溫度傳感器（qì），過熱時通過數（shù）控係統進行過熱報警。

刀具磨損的監控

刀具磨損到（dào）一定程度會影響到工件的尺（chǐ）寸精度和表麵粗糙度（dù），因此，對刀具磨損要進行監控。當刀具磨損時（shí），機床主軸電動機負荷增大，電動機的電流（liú）和（hé）電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化可通過（guò）霍爾傳感器檢測。功率變化到一定程度，數控係統發出報警信號，機車停止運轉，此時，應及時進行刀具（jù）調整（zhěng）或（huò）更換。

隨（suí）著傳感器和數控機（jī）床的發展（zhǎn），有些傳感器將（jiāng）被淘汰，如旋轉變（biàn）壓器等，而新的傳感器將不斷（duàn）出現，會使數控機床（chuáng）更加完善，自適應更強。