CNC數控係統上（shàng）的傳感器

由於（yú）高精度、高速度、高效率及安全可靠的特（tè）點，數控係統在裝備製造業中的應用越（yuè）來越（yuè）廣泛，數控機床（chuáng）是一（yī）種裝有程序控製係統的自動化機床，能（néng）夠根據已編好的程序，使機床動作並加工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量等（děng）最新技術，使用了從位移、位置、速度、壓（yā）力、溫度以及刀具磨損監控等方麵在數控機（jī）床控製係統中的傳感器。

位移監測傳感器在數控機床（chuáng）中的應用

在數（shù）控機床上應用的傳感器主要有光電編碼器、直線（xiàn）光柵、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電（diàn）壓（yā）傳感（gǎn）器、壓力傳（chuán）感器、液位傳（chuán）感器、旋轉變壓器、感應同步器、速度傳感器等,主要用來（lái）檢測位置、直線位移（yí）和角位（wèi）移、速度、壓力、溫度等。

數控機床對傳感器的要求

數控機（jī）床中的傳感（gǎn）器通常要滿足下列條件：

    （1）可靠（kào）性高和（hé）抗幹擾性強；

    （2）滿足精度（dù）和速度的要求；

    （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（kòng）機床對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機床要求速度（dù）響應高（gāo），中型和高精度數控機床以要求精度為主。

位（wèi）移的檢測

位移檢測的傳（chuán）感（gǎn）器主要（yào）有脈衝（chōng）編碼（mǎ）器、直線光柵、旋轉變壓器、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（wèi）移（yí）（轉速）傳感器，它能夠把（bǎ）機械轉（zhuǎn）角變成電脈衝。脈衝（chōng）編碼器可分為光電式（shì）、接觸式（shì）和電磁式三種，其中，光電式應用比較多。

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

2、直線光柵的（de）應用

直線光柵是利用光的透射和反射現（xiàn）象製作（zuò）而成，常用於（yú）位移測量，分辨力較高，測量精度比光電編碼器（qì）高，適應於動態測（cè）量。

在進給驅動（dòng）中（zhōng），光柵尺固定在床身上，其產生的脈衝信（xìn）號直接反映了拖板的實際位置。用光柵檢測工作台位置的（de）伺服係（xì）統是全閉環控製係統（tǒng）。

3 、旋轉變壓器的應用

旋轉變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續函數關係的感應（yīng）式微電機。旋轉變壓器由（yóu）定子和轉子組成，具體來說，它由一個鐵心（xīn）、兩個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（zhuǎn）子上，原、副繞組之（zhī）間的電磁耦合程度與轉子的轉角有關。

旋轉變壓器在同步隨動係統（tǒng）及數字隨動係統中可用（yòng）於傳（chuán）遞轉角（jiǎo）或電信號（hào）；在解算裝置中可作為函數的解（jiě）算之用，故也稱為解算器。

旋轉變壓器（qì）一般有兩極（jí）繞組和四極繞組兩種結構形式。兩極繞組旋轉變壓器的定子和轉子（zǐ）各有一（yī）對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主（zhǔ）要用於（yú）高精度的檢測係（xì）統。除此（cǐ）之外，還有多極式（shì）旋轉變壓器，用於高精度絕對式檢測係統。

4、感應同步器（qì）的應用

感應同步器是利用兩個（gè）平麵形繞組的互感隨位置不（bú）同而（ér）變化的（de）原理製成的。其功能是將角度或直線位移轉變成感應電動勢的相（xiàng）位（wèi）或幅值，可用來測量直線或轉角位移。按其結構（gòu）可分為直線式和旋轉式（shì）兩種。直線式感應同步器由定（dìng）尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝於（yú）移動部件上，隨工作台一起移動；旋轉式（shì）感應同步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤。感（gǎn）應同步器具有較高的精度與分（fèn）辨力、抗幹擾能力強、使用壽命長（zhǎng）、維護（hù）簡單（dān）、長距離（lí）位移測量、工藝性（xìng）好、成本較低等優點。直線式感應同步器目前被廣泛地應用於大位（wèi）移靜態與動態測量中，例如用於三坐標測（cè）量機、程控數控機床、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（bèi）廣泛地用於機床和儀器的轉台（tái）以及各種回轉伺服控製係統中。

位置的檢測

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

1、 接觸式傳感器的應（yīng）用

接觸式傳感（gǎn）器的觸（chù）頭（tóu）由兩個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。行程開關結構簡（jiǎn）單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動過程中（zhōng），碰到行程開關（guān）時，其內部觸頭會動（dòng）作，從而完成控製，如在加工中心的X、Y、Z軸（zhóu）方向兩端分別裝有行程（chéng）開關，則可以控製移動範（fàn）圍。二維矩（jǔ）陣式位置傳（chuán）感器（qì）安裝於機械手掌內側，用於檢測（cè）自身與某個物體（tǐ）的接觸位置。

2、 接近開關的應用

接近開關是指當物體與其接近到設定（dìng）距（jù）離時就可以發出“動作（zuò）”信號（hào）的開關，它無需和物體（tǐ）直接接觸。接近開關有很多種類，主要有自感式（shì）、差動變（biàn）壓器式、電渦流式、電容式、幹簧管、霍爾（ěr）式等。

接近開關在數控機床（chuáng）上（shàng）的應用主要（yào）是（shì）刀架選（xuǎn）刀控製、工作（zuò）台行程控製、油缸及汽缸活塞行程控製等。

在刀（dāo）架選刀控製中，如圖所（suǒ）示，從左至右的四（sì）個凸（tū）輪與接近開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二（èr）進製編碼，每一個（gè）編碼對應一（yī）個刀位，如0110對應（yīng）6號刀位；接近開關SQ5用於奇偶校驗（yàn），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進行比較，當（dāng）刀架的刀位信號與指（zhǐ）令刀位（wèi）信號（hào）相符時（shí），表示選（xuǎn）刀完成（chéng）。

霍爾傳感器是利用霍爾（ěr）現象製成的傳感器。將鍺等半導體置於磁場中，在一個方向（xiàng）通以電流時，則在垂（chuí）直的方向上會出現電位差，這（zhè）就是霍爾（ěr）現象。將小磁（cí）體固定在運動（dòng）部件上，當部件靠近霍（huò）爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體（tǐ）是否到（dào）位。

速度的檢測

速度（dù）傳（chuán）感（gǎn）器是一種將速度轉變成電信號的傳感器，既可以檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用的有測速發電機和脈衝編碼器（qì）等。

測速發（fā）電機具（jù）有的特點是：

（1）輸出電壓與轉（zhuǎn）速嚴格成線性關係；

（2）輸出電壓與轉速比（bǐ）的斜率大。可分成交流和直流兩類。

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

在數（shù）控機床中，速度（dù）傳感器一般用於數控係統伺服（fú）單元的速度檢測。

壓力的檢測

壓力傳感器是一種將壓力轉變成電信號的傳感器。根據工作原理，可分為壓（yā）電式傳感器、壓阻（zǔ）式傳感器和電容（róng）式傳感器。

它（tā）是檢測氣體、液體（tǐ）、固體（tǐ）等所有物質間作用力（lì）能量的總稱，也（yě）包括（kuò）測量高於大氣壓的壓力計以及測量低於大氣壓的真空計。

電容式壓（yā）力傳感器的電容量是由電極麵積和兩個電極間的距離決定，因靈（líng）敏度高、溫度穩定性好、壓力量程大等特點近來得到了迅（xùn）速發展（zhǎn）。在數控機（jī）床中，可用它對工件夾緊力（lì）進（jìn）行檢測，當夾緊力小於設定值時，會導致工件鬆動，係統發出報警，停止走刀。另外，還可用（yòng）壓力傳感器檢測（cè）車刀切削力的變化。再者，它還在潤滑係統、液壓（yā）係統、氣（qì）壓係統被用來檢測（cè）油路或氣路中的壓力，當油路或氣路中的壓力低於設（shè）定值（zhí）時，其觸點會動作，將故障信號送（sòng）給數控係統。

溫度的檢測

溫（wēn）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器、以半導體材料為主（zhǔ）的熱敏電阻傳感器（qì）和熱電偶傳感器等。在數控機床上，溫度傳感器用來檢測溫度（dù）從而進行溫度補償（cháng）或過熱保護。

在（zài）加工過程中，電動機的旋（xuán）轉、移動部件的移動、切削等都會產生熱量，且（qiě）溫（wēn）度分布（bù）不均勻，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，可在數控機床上某些部位（wèi）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（diàn）動機等需要過熱保護的地方，應埋設溫度傳感器，過熱（rè）時通過數控係統進行過熱報警。

刀具磨損的監控（kòng）

刀具（jù）磨損到一定程度會影響到工（gōng）件（jiàn）的尺寸精度和表麵粗糙度，因此，對刀具（jù）磨損（sǔn）要進行監（jiān）控。當刀具磨損時，機床主軸電動機負荷增大，電（diàn）動機的電流和電壓（yā）也會變化（huà），功率隨之改變，功率變化可通過霍（huò）爾傳感器檢測。功率變（biàn）化到一（yī）定程度，數控係統發（fā）出報警信號，機（jī）車停止運轉，此時，應及時進行刀具調整或更換。

隨著傳感器（qì）和數控機床的發展（zhǎn），有些傳感（gǎn）器將被淘（táo）汰，如旋轉變壓器等，而新的傳感器將（jiāng）不斷出現，會使數控（kòng）機（jī）床更加完善，自適應更強。