CNC數控係統上的（de）傳感器

由於高精度、高速度、高效（xiào）率及安全可靠的特點，數控係統在裝備製造業中的應用（yòng）越來越廣泛（fàn），數控機床是一種裝有程序控製（zhì）係統的自動化機床，能夠根據已編好的程序，使機床動作並加工零（líng）件。它（tā）綜合了機械（xiè）、自動化（huà）、計算機、測量等最新技術，使用了從位（wèi）移、位置（zhì）、速（sù）度、壓力、溫（wēn）度（dù）以及（jí）刀具磨損監控等方麵在數控機床控製係（xì）統中的傳感器。

位移監測（cè）傳感器在數控機床中的應用

在數控機床上應用的傳感器主要有（yǒu）光電編（biān）碼器、直線光柵、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳（chuán）感器、電（diàn）流（liú）傳感器、電壓傳感（gǎn）器、壓力傳感器、液位傳感器、旋轉變壓器、感（gǎn）應同步器、速（sù）度傳感器等,主要用來檢測位置、直線（xiàn）位移和角位移、速度、壓力、溫度等。

數控機（jī）床對傳感器的要求（qiú）

數控機床中的傳感器通常要滿足下列（liè）條件：

    （1）可（kě）靠性高和抗幹擾性強；

    （2）滿足精度和速度的（de）要求；

    （3）使用維護方便，適合機床（chuáng）運行環（huán）境；

    （4）成本低。

不同種類數控（kòng）機（jī）床對傳感器的要（yào）求（qiú）也不盡相同，一般來說，大型機床要求速度響應高，中型和高精度（dù）數控機床以要求精度為主。

位移的檢測

位（wèi）移檢測的傳感器主要有脈衝編碼器、直線（xiàn）光柵、旋轉變壓器、感應同步器等。

1、脈衝編碼器的應用（yòng）

脈衝編碼器是一種角位移（轉速）傳感器，它能夠把機械（xiè）轉角變成電脈衝。脈衝編碼器可分（fèn）為光電式、接觸式和電（diàn）磁式三種，其中，光電（diàn）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，用於角（jiǎo）位移（yí）測量和數字測速，角（jiǎo）位移通（tōng）過絲杠（gàng）螺（luó）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（shì）利用光的透射和反（fǎn）射現象製作而成，常用於位移測（cè）量，分辨（biàn）力較高，測（cè）量精度比光電編碼器高（gāo），適應於動態測量。

在進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其（qí）產生的脈衝（chōng）信號直接反映了拖板的實（shí）際位置。用光（guāng）柵檢測工（gōng）作（zuò）台位置的伺服係統是全（quán）閉環控製係統。

3 、旋轉變壓器的應用

旋轉變壓器（qì）是一種（zhǒng）輸出電壓與角位移量（liàng）成連續函（hán）數關係的感應式（shì）微電（diàn）機。旋（xuán）轉變壓器由定子和轉子組成，具體來說，它由一個鐵心、兩個（gè）定子繞組和兩個轉子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉子上，原（yuán）、副繞組之間（jiān）的電磁耦（ǒu）合程度與轉子的轉角有關。

旋轉變壓器在同步隨動係統及數字（zì）隨動係統中（zhōng）可用於傳遞轉（zhuǎn）角或電信號；在解算裝置中可作為函數的（de）解算之（zhī）用，故（gù）也稱為解（jiě）算器。

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

4、感應同步器的應用

感應同步器是利用兩個平麵形繞（rào）組的互感隨位置不同（tóng）而變化的原（yuán）理製成的。其功能是將角度或直（zhí）線（xiàn）位移（yí）轉變成感應電動勢的相位或幅值（zhí），可（kě）用（yòng）來測量直線（xiàn）或轉角位移（yí）。按其（qí）結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感（gǎn）應（yīng）同步器由定尺和（hé）滑尺兩部分組（zǔ）成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝於移動部件上，隨工作台一（yī）起移動；旋轉式感應同步（bù）器定子為固定的圓盤，轉子為（wéi）轉動的圓盤（pán）。感應同（tóng）步器具有較（jiào）高的精度與分（fèn）辨力、抗（kàng）幹擾能力強、使用壽命（mìng）長、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等優（yōu）點。直線式感應同步器目前被廣泛（fàn）地應用於大位移靜態與（yǔ）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（qì）則被（bèi）廣泛（fàn）地用於機床和儀器的轉台以（yǐ）及各種回轉伺服控製係統（tǒng）中。

位（wèi）置的檢測

位置傳感器可用來檢測位置，反（fǎn）映某種狀（zhuàng）態的開關（guān），和位移傳感器不（bú）同。位置傳感器有接觸式和接近式兩種。

1、 接觸式傳感器的（de）應用

接觸（chù）式傳感器的（de）觸頭（tóu）由兩個物體接觸擠壓而動（dòng）作，常見的有（yǒu）行程開關、二維矩陣式位置傳感器等。行程開（kāi）關結構簡單、動作可靠、價格（gé）低廉。當某個物（wù）體在（zài）運動過（guò）程中，碰到（dào）行程開關時，其內（nèi）部觸頭會動作，從而完（wán）成控製，如在（zài）加工（gōng）中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行（háng）程開關（guān），則可以控製（zhì）移動範圍。二維矩陣式位置傳（chuán）感器安裝於機械手掌內側（cè），用於檢（jiǎn）測自身與某個物體的接觸位置。

2、 接近開關的應用

接近開關是指當（dāng）物體與其接近到設定距（jù）離時就可以（yǐ）發出“動作”信（xìn）號的開關，它無需和物體直接接觸。接近開（kāi）關有很多種類，主要有（yǒu）自感式、差（chà）動（dòng）變壓器（qì）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（yòng）主要是刀架選刀控（kòng）製、工作台行程控製、油缸及汽缸活塞行程控製等。

在刀架選刀控製中，如（rú）圖所（suǒ）示，從左至右的四個凸（tū）輪與接近開關SQ4～SQ1相（xiàng）對應，組成四位二進製編碼，每一個（gè）編碼對應一個刀位，如0110對應6號刀位；接近開關SQ5用於奇偶校驗，以減少（shǎo）出錯。刀架每轉過一個刀位，就發出一個信號，該信號與數控（kòng）係統的刀位指令進行比較，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（zhì）成的傳感器。將鍺等半導（dǎo）體置於（yú）磁場中，在一（yī）個方向（xiàng）通以電流時，則在垂直的（de）方向上會出（chū）現電位差，這就是霍爾現（xiàn）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（chǎn）生霍爾現象，從而（ér）判斷物體是（shì）否到位。

速度的檢測（cè）

速度傳感器是一種將速度轉變成電信號的傳感器（qì），既（jì）可以檢測直線速度，也可以（yǐ）檢測角速度，常用的有測速發電機和脈衝編碼（mǎ）器等。

測速發電機具有的特點是：

（1）輸（shū）出電壓與轉速嚴格（gé）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（zhí）流兩類。

脈衝編碼器在經過一個單位角位移時，便產生一個（gè）脈衝（chōng），配以定時器便（biàn）可檢測出角速度。

在數控機床中，速度傳（chuán）感器一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（zhuǎn）變成電信號（hào）的傳感器。根據工作原理，可分為壓電式傳感器、壓（yā）阻式傳（chuán）感器和（hé）電容式傳（chuán）感器。

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

電容（róng）式壓（yā）力傳感器的電（diàn）容量是由電極麵積和兩個電極間的距（jù）離決（jué）定，因靈敏度高、溫度穩定性（xìng）好、壓（yā）力量程大等特點近來得到了迅速發展。在數控機床中，可用它對工件夾緊力進行檢測（cè），當夾緊力小於設定值（zhí）時，會（huì）導致工件鬆動，係統發出報警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感（gǎn）器檢測車刀切削力的變（biàn）化。再者，它還在（zài）潤滑係統、液壓係統、氣壓係統（tǒng）被用來檢測油路或氣路中的壓（yā）力，當油路或氣路中的壓（yā）力低於設定值（zhí）時，其觸點會動作（zuò），將故障信號（hào）送給數控係統。

溫度的檢測

溫（wēn）度傳感器（qì）是一種（zhǒng）將（jiāng）溫（wēn）度高低轉變成電阻值大小或其它（tā）電信（xìn）號的一種裝置。常見的有（yǒu）以鉑、銅為主（zhǔ）的熱電阻傳感器、以半導（dǎo）體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數控機床上，溫度傳感器用來（lái）檢測溫度（dù）從而進行溫度補（bǔ）償或過熱保護。

在加工過程中，電（diàn）動機的旋轉、移動部件的移（yí）動、切削等都會產生熱（rè）量，且溫度分（fèn）布不均勻（yún），造成溫差，使（shǐ）數控機床產生熱變形，影響零件加工精度，為了避（bì）免溫度產生的影響，可（kě）在數（shù）控機床上某些部位裝設溫度傳感器，感受溫度信號並轉換成電信號送給數控係統，進行溫度補償。

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

刀具磨損（sǔn）的監（jiān）控

刀具磨損到一（yī）定程度會影響（xiǎng）到工件的尺寸精度和表麵粗糙度，因此，對（duì）刀具（jù）磨損要（yào）進（jìn）行監控。當（dāng）刀具磨損時，機床主軸電（diàn）動機負荷增大，電動（dòng）機的電流和電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化可通（tōng）過霍爾傳感器檢測（cè）。功率變化到一定程度，數控係統發（fā）出報警信號，機車停止運轉，此（cǐ）時，應及時進行（háng）刀具調整或（huò）更換。

隨著傳感（gǎn）器（qì）和（hé）數（shù）控機床（chuáng）的發展，有些傳感器將被淘汰（tài），如旋轉變壓器等，而新的傳感器將不斷出現，會使數控機床更加完善，自適應更強（qiáng）。