CNC數控係統上的傳感器

由（yóu）於高精（jīng）度、高速度（dù）、高效率（lǜ）及安全可靠的特點，數控係統在裝備製造業中的應用越（yuè）來越廣泛，數控機床是一種裝有程序控製係統的自動化機（jī）床，能夠根據已編好的程序，使機床動（dòng）作並加工零件。它綜合了機械、自（zì）動化（huà）、計算機、測量等（děng）最新技術，使用了從位移、位置、速度、壓力、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中的應用

在（zài）數控機床上應用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵（shān）、接近開（kāi）關、溫度傳感器、霍爾（ěr）傳感器、電流傳感器（qì）、電壓傳感器、壓力（lì）傳感（gǎn）器、液位傳感器、旋轉變（biàn）壓（yā）器、感應同步器、速度傳感器等,主要用來檢測（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（chuáng）中的傳感（gǎn）器通常要滿足下列條件（jiàn）：

    （1）可靠性高和抗幹（gàn）擾性強；

    （2）滿足精度和速度的要求（qiú）；

    （3）使用維護方便，適合機床運行環境；

    （4）成本低。

不同種類（lèi）數控機床對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機床要求速度響應高，中型和高精度數控機床以要求精（jīng）度（dù）為主（zhǔ）。

位移的檢測

位（wèi）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、感應同步器等。

1、脈衝編碼器的應用

脈衝編碼器（qì）是一種角（jiǎo）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（kě）分為光電（diàn）式、接觸式和電磁式三種，其中，光電（diàn）式應用比（bǐ）較多。

在圖中，X軸和Z軸端（duān）部分別配有光電編（biān）碼（mǎ）器，用於角位移測量（liàng）和數字測（cè）速，角位（wèi）移通過絲杠（gàng）螺距能間接反（fǎn）映（yìng）拖板或刀架的（de）直線位移。

2、直線光柵（shān）的應用

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

在進給驅（qū）動中，光柵尺固定（dìng）在床身上，其產生的脈衝信號（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係統。

3 、旋轉變壓器的應用

旋轉變壓器是一種輸出電壓與（yǔ）角位移量成連續函數關係（xì）的感應式（shì）微（wēi）電機。旋轉變壓器由定子和轉子（zǐ）組成，具體來說，它由一個鐵心、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、轉子（zǐ）上，原、副繞組之（zhī）間的電磁耦合程度與轉子的轉角有關。

旋（xuán）轉變壓器在同（tóng）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（jiě）算之用，故也稱為解算器（qì）。

旋轉變壓器一般有兩極繞組和四（sì）極繞組兩種結構形式。兩極繞組旋轉變壓器的定子和轉子各有一對磁極，四極繞組則各（gè）有兩對磁極，主要用（yòng）於（yú）高精度的（de）檢測係統。除此（cǐ）之（zhī）外，還有多極式旋轉變壓器，用於高精度絕對（duì）式檢測係（xì）統。

4、感（gǎn）應同步器的應用

感應（yīng）同步器是（shì）利用兩個平麵形繞組的（de）互感隨位置不同而變化的原理（lǐ）製成的。其功能是將（jiāng）角度或直線位移（yí）轉變成感應（yīng）電動勢的相位或幅值，可用來測量直線或（huò）轉角位移（yí）。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尺（chǐ）和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機床床身上，滑（huá）尺安裝於移動部（bù）件（jiàn）上，隨工作台一起移動；旋轉（zhuǎn）式（shì）感應同步器定子為固定的圓盤，轉子為轉（zhuǎn）動的圓盤。感應同步（bù）器具有較（jiào）高的精度與分（fèn）辨（biàn）力、抗幹擾能力強、使用壽命長、維（wéi）護簡單、長距離位移測量、工藝性好（hǎo）、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（dà）位移靜態與動態測量中（zhōng），例如用於三坐標（biāo）測量機、程控數控機床、高精度重型機床及加（jiā）工中心測量裝置等。旋轉式（shì）感應同步器則被廣泛地用（yòng）於機床和儀器的轉台以及各種回轉（zhuǎn）伺服控製係統中。

位置的檢（jiǎn）測

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

1、 接觸式傳（chuán）感器的應用

接觸式傳感器的觸（chù）頭由兩個物體接（jiē）觸擠（jǐ）壓而動作，常見的有行程開關、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。當某個（gè）物體在運動過（guò）程中，碰到行程開關時，其內部觸頭會動作，從而完成控製，如在加工中心的（de）X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開（kāi）關，則（zé）可以控製移動範（fàn）圍。二（èr）維矩陣式位（wèi）置傳感器安裝於機械手掌內側，用於（yú）檢測自身與某個（gè）物體的接觸位置。

2、 接近開關（guān）的應用

接近開關是指當物體與其接近到（dào）設定距離時就可以發出“動作”信號的開關，它無需和物體直接接觸。接近開關有很多種類，主要有自感式、差動變壓器式、電渦流式、電容式、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（jià）選（xuǎn）刀控製、工作台行程控（kòng）製（zhì）、油缸及汽缸活塞行程控製等。

在刀架選（xuǎn）刀控製中（zhōng），如圖所示，從左至右的四個凸輪與接（jiē）近開關SQ4～SQ1相對應（yīng），組成四位二進製編碼，每（měi）一個編碼（mǎ）對應一個刀位（wèi），如0110對應6號刀位；接近開關（guān）SQ5用於（yú）奇偶校驗，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進行（háng）比（bǐ）較，當刀架的刀位信號與指（zhǐ）令刀位信號相符時，表示選刀完成（chéng）。

霍爾傳感器是利用（yòng）霍（huò）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（xiàn）象（xiàng）。將（jiāng）小磁體固定在運動（dòng）部件上，當部件靠近霍爾（ěr）元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體是否到（dào）位。

速度的檢測（cè）

速度傳感器是（shì）一種將速（sù）度轉變（biàn）成電信（xìn）號的傳感器（qì），既可以檢測直線速度，也可以（yǐ）檢測角速度，常（cháng）用的有測速發電機（jī）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（yǔ）轉速嚴格成線性關係；

（2）輸出（chū）電壓與轉速比的斜率大。可分成交流和直流兩類。

脈衝編（biān）碼器在經過一（yī）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。

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

壓力的檢（jiǎn）測

壓（yā）力（lì）傳感器是一種將壓力轉變成電（diàn）信（xìn）號的（de）傳感器。根（gēn）據工作（zuò）原理，可分（fèn）為壓（yā）電式傳感器（qì）、壓阻式（shì）傳感器和電容式傳（chuán）感器。

它是檢測氣體、液體、固體（tǐ）等（děng）所（suǒ）有物質間作（zuò）用力能（néng）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氣壓的真空計。

電容式壓力傳感器的電容量是由電極麵積和兩個電極（jí）間的距離決定（dìng），因靈敏度高（gāo）、溫度穩定性好、壓力（lì）量程大等（děng）特點近來得到了迅速發展。在數控機床中，可用它（tā）對（duì）工件夾緊力進行檢測，當夾緊力小於設定值時，會導致工件鬆（sōng）動，係統發出報警，停止走刀。另外，還可（kě）用（yòng）壓力傳感器檢測車刀切削力（lì）的變化。再者，它還在潤滑係統、液壓係（xì）統、氣壓係統被用來檢測油路或氣路中的壓（yā）力，當（dāng）油路或氣（qì）路中的壓力低於設（shè）定值（zhí）時，其觸點會動（dòng）作，將故障信（xìn）號送給（gěi）數控係統。

溫度的檢測

溫度傳感器是（shì）一種將溫度高低轉變（biàn）成電阻（zǔ）值大小或其它電信號的一種裝置。常見的有以（yǐ）鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導體材料為主的熱敏電（diàn）阻傳感器和熱電偶傳感器等（děng）。在數控機床上（shàng），溫（wēn）度傳感器用來檢測溫度從而進行溫度補償或過（guò）熱保護。

在加工過程中，電動機的（de）旋轉、移動部件的移動、切（qiē）削等都會產生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫差，使數控機床產生熱變形，影響零件加工精度，為了避免（miǎn）溫度產生（shēng）的影響，可（kě）在數控機床上某些部位裝設溫度傳感器，感受溫度信號（hào）並轉換成電（diàn）信號送給數控係統，進行溫度補償。

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

刀具磨損的監控

刀具磨損到一定程度（dù）會影響到工件的尺寸精（jīng）度和表麵粗糙度，因此，對刀（dāo）具磨損要進（jìn）行監控。當刀具磨損時，機床主軸電（diàn）動機（jī）負荷增大，電動機的電流和電壓也會（huì）變化，功率隨之改變，功率變化（huà）可通過霍爾傳感器檢測。功率變（biàn）化到一定程度，數控係統發出報警信號，機（jī）車停（tíng）止運轉，此時，應及時進行刀具（jù）調整或更換。

隨著傳感器和數控機床的發展，有些傳感器將被淘汰，如旋轉變壓器等，而新的傳感器將不斷出現，會使數控機床（chuáng）更加完（wán）善，自適應更強。