CNC數控係統上的傳感器

由於（yú）高精度、高速（sù）度、高效率及安全可靠的特點，數（shù）控係統在裝備製造業中的應用越來越廣泛，數控機床是一種裝有程序控製係統的自動化機床，能夠根（gēn）據已編好的程序，使機床動作並加工零（líng）件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量等最新技術，使用了從位移（yí）、位（wèi）置、速（sù）度、壓力、溫度以及（jí）刀具磨損監控等方麵在數（shù）控機床控製係（xì）統中的傳感器。

位移監測傳感器在數控機床（chuáng）中的應用

在數控（kòng）機床上應用的傳感器主要（yào）有光電編碼器、直線光柵（shān）、接近開關、溫度傳感器、霍（huò）爾傳（chuán）感器、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、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（lái）檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。

數控機床對傳感（gǎn）器的要求

數控機床中的傳感器（qì）通常要滿足下列條件：

    （1）可靠性高和抗幹擾性強；

    （2）滿（mǎn）足精（jīng）度和速度的（de）要求；

    （3）使（shǐ）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（tóng），一般（bān）來說，大型（xíng）機床要求速度響應高，中（zhōng）型和高精度數（shù）控機床以要求精度為主。

位移的檢測（cè）

位移檢測的傳感器主要有脈衝編碼器、直（zhí）線光柵、旋轉變壓器、感應同步器等。

1、脈衝編碼器的應用

脈衝編碼器是一種角位移（轉速）傳感器，它能夠把機械轉角變成電脈衝。脈衝編碼器可分為光電式、接觸式和電磁式三種，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，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（tuō）板或刀（dāo）架的直線位移。

2、直線光柵的應用

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

在進給（gěi）驅動中，光柵尺固定在床身上，其（qí）產生（shēng）的脈（mò）衝信號直接反映（yìng）了拖板的（de）實際位置。用光柵檢測工作台位置的伺服係（xì）統是全閉環控製係統（tǒng）。

3 、旋轉變（biàn）壓器的應（yīng）用（yòng）

旋轉變壓器是一種輸出電壓與角位移量成（chéng）連續（xù）函數關（guān）係的感應式微電機。旋（xuán）轉變壓器由定子和轉子組成，具體來說，它由一個鐵心、兩個定子（zǐ）繞（rào）組和兩（liǎng）個轉子繞組組成，其原、副繞組分（fèn）別放置在定子、轉子上，原、副繞組之間的（de）電磁耦合程度與（yǔ）轉子的轉角有關（guān）。

旋轉變壓器在同（tóng）步隨動係統及數字（zì）隨動係統中可用於傳遞轉角或電信號；在解算裝置中可（kě）作為（wéi）函數的解（jiě）算之用，故也稱為解算器。

旋轉變壓器一般有兩極繞（rào）組和四極繞組兩（liǎng）種結構形式。兩極繞組旋轉變壓器的定（dìng）子（zǐ）和轉子各有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主要用於高精度的（de）檢測係統。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（xì）統。

4、感（gǎn）應（yīng）同步器的（de）應用

感應（yīng）同步器（qì）是利用兩個平麵（miàn）形繞組的互感隨（suí）位置不同而變化的原（yuán）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位或幅值，可用來測量直線或轉角位移。按其結構可分為直線式和旋轉式兩（liǎng）種。直線式感應（yīng）同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安（ān）裝在機床床身上（shàng），滑尺安（ān）裝於移（yí）動部件上，隨工作台一起（qǐ）移動；旋轉式感應同（tóng）步器定子為固定的圓（yuán）盤，轉（zhuǎn）子為轉動的圓盤。感應同步器具有較高的（de）精度（dù）與分辨力、抗幹擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等（děng）優點（diǎn）。直線式感應同（tóng）步器目前被廣泛（fàn）地應用於大位（wèi）移靜態與動（dòng）態測量中，例如用於三坐（zuò）標測量機、程控數控機（jī）床、高精度重型機（jī）床（chuáng）及加工中心測量裝置等。旋轉式感應同步器則被廣泛地用於機床和儀器的轉台以及各種回（huí）轉伺服控製係統中。

位置的檢測

位置傳感器可用來檢測位置，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、 接觸式傳感器的應用

接觸（chù）式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行（háng）程開關、二維矩陣式（shì）位置（zhì）傳感（gǎn）器等。行程開關結構簡單、動作可（kě）靠、價格低廉。當某個物體在運動過（guò）程中，碰到行程開關時，其內部觸頭會動作，從而完（wán）成控製，如在（zài）加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分（fèn）別裝有行程開關，則可以控（kòng）製移動範圍。二維矩（jǔ）陣（zhèn）式位置傳感器（qì）安裝於機（jī）械手掌內側，用於檢測（cè）自身與某個物體的接觸位置。

2、 接近開關的應（yīng）用

接近開關是指當物體與其接近到設定距離時就（jiù）可以發出（chū）“動（dòng）作”信號的開關，它無需和物（wù）體直接接觸。接（jiē）近開關（guān）有很多種類，主要有自感式、差動變壓器式、電渦流式、電容（róng）式、幹簧管、霍爾式等（děng）。

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

在刀架選刀控製中，如圖所示，從左至右的四（sì）個（gè）凸輪與接近開關SQ4～SQ1相（xiàng）對應，組成四（sì）位（wèi）二進製編碼，每一個編碼對應一個刀位（wèi），如0110對應6號刀位；接近開關SQ5用於奇偶校驗，以減少出錯（cuò）。刀（dāo）架每轉過一個刀位，就（jiù）發出一個信號，該信號（hào）與數控係統（tǒng）的刀位（wèi）指令進行比較，當刀架的刀位信號與指令刀（dāo）位信號相符時，表示選刀完成。

霍爾傳感器（qì）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（gè）方向（xiàng）通以電流（liú）時，則在垂直的方向上會（huì）出現電（diàn）位差，這就是霍爾現象。將（jiāng）小磁體固定（dìng）在運動部（bù）件（jiàn）上，當部件（jiàn）靠近霍爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體是否到位（wèi）。

速度的檢測

速度傳感器是一種將速（sù）度轉變成電信號（hào）的傳感器，既可以檢測直線速度，也（yě）可以檢測角速度，常用（yòng）的有測速發電機和脈衝編碼器（qì）等。

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（de）斜率大。可分成交流和直流兩類。

脈衝（chōng）編碼器在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（jiǎn）測出角速度。

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

壓力（lì）的檢測

壓力傳感器是（shì）一種將壓力轉（zhuǎn）變成電信號的傳感器（qì）。根據工作原（yuán）理（lǐ），可分（fèn）為壓電式傳感器（qì）、壓阻式（shì）傳感器和電容式傳感器。

它（tā）是檢測氣（qì）體、液體、固體等所有物質間作用力能量的（de）總稱，也（yě）包括測量（liàng）高於大氣壓的壓力計以及測量低於（yú）大氣壓的真空計。

電容式（shì）壓力傳感器（qì）的電（diàn）容量是由電極麵積和兩個電極間（jiān）的距離（lí）決定，因靈敏度高、溫度穩定性（xìng）好、壓力量程大等特點近來得（dé）到了迅速發展。在數控機床中，可用它對工件夾（jiá）緊力進行檢測，當夾緊力小於設定值時（shí），會導致工（gōng）件鬆動，係統發出報警，停（tíng）止（zhǐ）走刀。另（lìng）外（wài），還可用壓（yā）力傳感器檢測車刀切削力的變化。再者，它還在潤滑係統（tǒng）、液壓係統、氣壓（yā）係統被用（yòng）來檢測油路或氣路中的壓力（lì），當油路或氣路中的壓力低於設定值時，其（qí）觸點會動（dòng）作，將故障信號送給（gěi）數控（kòng）係統。

溫度（dù）的檢測

溫度傳感器是（shì）一種（zhǒng）將溫度高低轉變成電阻（zǔ）值大小或其它電信（xìn）號的一種裝置。常見（jiàn）的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感（gǎn）器、以半導體（tǐ）材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數控機（jī）床上（shàng），溫度傳感器用（yòng）來檢測溫度從而進行溫度補償或過熱保護。

在（zài）加工過程中，電動機的旋轉、移動部件的（de）移動、切削等都會產生熱量，且溫度分布（bù）不均勻，造（zào）成溫差，使數控機床產生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫（wēn）度產生的影響（xiǎng），可在數控（kòng）機（jī）床上某些部位裝設（shè）溫度傳感器，感受溫度（dù）信號並轉換成電信號送給（gěi）數控係統，進（jìn）行溫度補償（cháng）。

此外，在電動機等（děng）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（jìn）行過熱報警。

刀具磨損的監控

刀具磨損到一定程度會影（yǐng）響到工件的尺寸精度和表麵粗糙度，因此，對刀具磨損要進行監控。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，功率隨之改變，功率變化可通（tōng）過霍爾傳感器檢測。功率變化到一（yī）定程度，數控係統發出報警信號，機車停（tíng）止運轉，此時，應及時進行刀具調整或更換。

隨著傳感器和數控機（jī）床的發展，有些傳感器將被淘汰（tài），如（rú）旋轉變壓器等，而新的（de）傳感器（qì）將不斷出現，會使數控機床更加完善，自適應更（gèng）強。