CNC數控係統（tǒng）上的傳（chuán）感器

由於高精度、高速度、高效率及安（ān）全（quán）可靠的特點，數控係（xì）統在裝備（bèi）製造業中的應用越來越廣泛，數控機床（chuáng）是一種裝有程（chéng）序控製係統（tǒng）的（de）自動化機床，能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（zì）動化、計算機（jī）、測量等最新技術（shù），使用了從（cóng）位移、位（wèi）置、速度、壓力、溫度（dù）以及刀具磨（mó）損監控等方麵在數（shù）控機床控製係統中的傳感器。

位（wèi）移監測傳感器在數控機（jī）床中的應用

在數（shù）控機床上應用的傳感器主要有光電編碼器、直（zhí）線（xiàn）光柵、接近開關、溫度傳感器、霍爾（ěr）傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳（chuán）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（yí）和角（jiǎo）位移、速度、壓力、溫度等。

數控機床對傳感器的要求

數控機床中（zhōng）的傳感器（qì）通常要（yào）滿足（zú）下列（liè）條件：

    （1）可靠性高和抗幹擾性強；

    （2）滿足精（jīng）度和速度的要求；

    （3）使用維護方（fāng）便，適合機床運行環（huán）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，一般來說，大型機床要求速度響應高，中型和高精（jīng）度數控機床以要求精度為主。

位移的檢測

位移檢（jiǎn）測的傳感器主要有（yǒu）脈衝編碼器、直線（xiàn）光柵（shān）、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（yī）種角（jiǎo）位移（轉速（sù））傳感器，它能夠把機械轉角變（biàn）成電脈衝。脈衝編碼（mǎ）器可分為光電式、接觸式和電磁（cí）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（pèi）有（yǒu）光電編碼器，用於角位移測量（liàng）和數字測速，角位移通過絲杠螺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（guāng）柵是利用光的透射和反（fǎn）射現象製作而成，常用於（yú）位（wèi）移測量，分（fèn）辨力較高，測量（liàng）精度比光電編碼器高，適應於動態測量。

在進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其產生（shēng）的脈衝（chōng）信號（hào）直接反（fǎn）映了拖板的實際位置。用光柵檢測工作台位置（zhì）的伺服係統是全閉環控製係統。

3 、旋（xuán）轉變壓器（qì）的應用

旋轉變壓器是（shì）一種輸出電壓與角（jiǎo）位移量成連續函數關係的感應式微電（diàn）機。旋轉變壓器由定子（zǐ）和轉子組成，具（jù）體來說，它由一個鐵心、兩（liǎng）個定子繞組和兩個（gè）轉子繞組組成，其原、副繞組分別放置在（zài）定子、轉子上，原、副（fù）繞組之間的電磁耦合（hé）程度（dù）與轉子的轉角有關。

旋轉（zhuǎn）變壓器（qì）在同步隨動係統及數字（zì）隨動係統中可用於傳遞轉角或電信號；在解（jiě）算裝置中可（kě）作為函（hán）數的解算之用，故也稱（chēng）為解算器。

旋轉變壓器一般有（yǒu）兩極繞組和四極繞組兩種結（jié）構形式。兩極繞組旋（xuán）轉變壓器的定子（zǐ）和轉子（zǐ）各有一對磁極，四極繞組（zǔ）則各有兩對（duì）磁極，主要用於高精度的檢測係統。除此之外（wài），還有（yǒu）多極式旋轉變壓器，用於高精度絕對式（shì）檢測係統（tǒng）。

4、感應同步器的應用（yòng）

感應同步器是利（lì）用兩個平麵（miàn）形繞組的互感隨（suí）位置不同（tóng）而變化的（de）原理製（zhì）成的。其功能是（shì）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（jié）構可分為（wéi）直線式和旋轉式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成（chéng），定尺安裝在機（jī）床床（chuáng）身（shēn）上，滑尺安裝於移動（dòng）部件（jiàn）上，隨工作台（tái）一起移動；旋轉式感應同步器定子為固定（dìng）的圓盤，轉子為轉動的圓（yuán）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（qiáng）、使（shǐ）用壽命長、維護（hù）簡單、長（zhǎng）距離位移測量、工藝性（xìng）好、成本（běn）較低等優點。直線式感應同步器目（mù）前被廣泛（fàn）地應用於大位移靜態與（yǔ）動態測量中，例如（rú）用於三坐標（biāo）測（cè）量機、程控（kòng）數控機床、高精（jīng）度重（chóng）型機床及加工中心測量裝置等。旋轉式感應同步（bù）器則被廣泛（fàn）地用於機床和儀器的轉台（tái）以及各種回轉伺服控製（zhì）係統中（zhōng）。

位置的檢測

位置傳感器可用來檢測位置，反映某種狀態（tài）的開關，和位（wèi）移傳感器不同（tóng）。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

接觸式傳（chuán）感器的觸頭（tóu）由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開（kāi）關（guān）、二維矩陣式位置傳感器等。行程（chéng）開關結構簡（jiǎn）單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在（zài）運動過程中，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X、Y、Z軸（zhóu）方向兩端分別裝有行程開關，則可以控（kòng）製移動範圍。二維矩陣式位置傳感器安（ān）裝於機械手掌內側（cè），用於檢測自身與某個物體的接觸位置。

2、 接（jiē）近（jìn）開關的應用

接近開關是指當物體與其接近到設定距離（lí）時就可以發（fā）出（chū）“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（gǎn）式、差動（dòng）變壓器式（shì）、電渦流式、電容式、幹簧管、霍爾式等。

接近開關（guān）在數控機床上的（de）應用主要是刀架選刀控製、工作台行程控製、油缸（gāng）及（jí）汽缸活塞行程控製等。

在刀架選刀控（kòng）製中，如圖所示，從左至右的四個凸輪與接近開關（guān）SQ4～SQ1相對應（yīng），組成四位二進（jìn）製編碼（mǎ），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（jiǎn）少出（chū）錯。刀架每轉過（guò）一（yī）個刀位，就發出一個信號，該信號與數控（kòng）係（xì）統的刀位指令進行（háng）比較，當刀架的刀位信號與指令刀（dāo）位信號（hào）相符時，表示選刀完成。

霍爾傳感器是利用（yòng）霍爾現象製成的傳感器。將鍺等半導體置於磁場中，在一（yī）個方向通以電流時，則在垂直的方向上會出現電（diàn）位差，這就是霍爾現象。將（jiāng）小磁體固定在運動部件上，當部件靠近（jìn）霍爾（ěr）元件時，便產生霍爾現象，從而判斷（duàn）物體是否到（dào）位。

速度的檢測

速度傳（chuán）感器是（shì）一種將速度轉變成電信號的（de）傳感器，既可以（yǐ）檢（jiǎn）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。

測速發電機具有（yǒu）的特點是：

（1）輸出電（diàn）壓與（yǔ）轉速嚴格成線性關（guān）係（xì）；

（2）輸（shū）出電壓與轉速比的（de）斜（xié）率大。可分成交流和直流兩類。

脈衝編碼器在（zài）經（jīng）過一個單位角位移時，便（biàn）產生一個脈（mò）衝，配以定時器便可檢測出角速度。

在數控機床中，速度傳感器一般用於（yú）數（shù）控係統伺（sì）服單元的速度檢測。

壓力的檢測

壓力傳感器（qì）是一種將壓力（lì）轉變成電信號的傳感器。根據工作原（yuán）理，可（kě）分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。

它是檢測氣體、液體、固體等所（suǒ）有（yǒu）物質間作用力能量的總稱，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（diàn）容式壓力傳感器的電容（róng）量是由（yóu）電極麵積（jī）和兩個電極間的距離決（jué）定，因靈敏度高、溫度穩定性好、壓力量程大等特點近來（lái）得到了迅速發展（zhǎn）。在數控機（jī）床中，可（kě）用它對工件夾緊力進行（háng）檢測，當夾緊力（lì）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，還可用壓（yā）力傳感器檢測車刀切削力的變化（huà）。再者，它還在潤滑係統、液壓係統、氣壓係（xì）統被用來（lái）檢（jiǎn）測油（yóu）路或氣路中的壓（yā）力，當油路或氣路中的壓力低於設定值時，其觸點會動作，將故障信（xìn）號送給數控係統。

溫度的檢測

溫度傳感器是（shì）一種（zhǒng）將溫度（dù）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（yǐ）鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導體材料為主的熱敏（mǐn）電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數控機床上（shàng），溫度傳（chuán）感器用來檢（jiǎn）測溫度從而進行溫度補償或（huò）過熱保護。

在加工（gōng）過程中，電動機的旋轉、移動部（bù）件的（de）移動、切削等都會產生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫（wēn）差，使數控機床產生熱變形，影響零（líng）件加工精度，為了避免溫度產生的影（yǐng）響，可在數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（hào）送給數控係統，進行溫（wēn）度補償（cháng）。

此外，在電（diàn）動機等需（xū）要過熱保護的地（dì）方，應（yīng）埋設溫度傳感器，過熱時（shí）通過（guò）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會影響到工件的尺寸精度和表麵粗糙度，因此，對刀具磨（mó）損要進（jìn）行監控。當刀具磨損時，機床主軸電動機負荷增（zēng）大，電（diàn）動機（jī）的電流和（hé）電壓也會變化，功率隨之（zhī）改變，功率變化可通過霍爾傳感器檢測。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（zhuǎn），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（xiē）傳感器將被淘汰，如旋轉變壓器等，而新的傳感器將不斷（duàn）出現，會使數控機床更加完善，自適應更強。