CNC數控（kòng）係統上的（de）傳感器

由於高精度、高速（sù）度、高效率及安全可靠的特點（diǎn），數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（zhuāng）有（yǒu）程序控製係統（tǒng）的自動化機床，能夠根據已編好的程序，使機床動作並加（jiā）工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量等最新（xīn）技術，使（shǐ）用了從位移、位置、速度、壓力（lì）、溫度以及刀具磨損監控（kòng）等方麵（miàn）在數控機（jī）床控製係統中（zhōng）的傳感器（qì）。

位移監測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光電（diàn）編（biān）碼器（qì）、直線光（guāng）柵（shān）、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳（chuán）感器、電壓傳感器、壓力傳感器、液位傳感器（qì）、旋轉變壓器、感應（yīng）同步器、速度傳感器等,主要用來檢測位置、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（kòng）機床中的傳感器通（tōng）常要滿足下列條件：

    （1）可靠性高和抗幹擾性強；

    （2）滿足精度和速度的要求；

    （3）使用維護方便，適合機床運行環境；

    （4）成本低（dī）。

不同（tóng）種類數控機床對傳感器的要求（qiú）也（yě）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（cè）

位移檢測的傳感器主要有脈衝編碼器、直線光柵、旋轉變壓器、感應同步器等。

1、脈衝（chōng）編碼器的應（yīng）用

脈衝編碼器是一種角位移（轉速）傳感器，它能夠把機械轉（zhuǎn）角變成電脈衝。脈衝編碼（mǎ）器可分為光電式、接觸式和電磁式三種，其中，光電式（shì）應用比較多。

在圖中，X軸和Z軸端部（bù）分別配有光（guāng）電編碼器，用於（yú）角位移測量和（hé）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

直線光柵是利用光的透射和（hé）反射現象（xiàng）製作而（ér）成，常用（yòng）於位移（yí）測量（liàng），分辨（biàn）力（lì）較高，測（cè）量精度比光電編碼器高，適應（yīng）於動態測量。

在進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其產生的脈衝信號直接反映了（le）拖板的實際位置。用光柵檢測工作台位置的伺服係統是全（quán）閉環控製係統（tǒng）。

3 、旋轉變壓器（qì）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（zǐ）組成，具（jù）體來說，它（tā）由一個鐵心、兩（liǎng）個（gè）定子繞組和兩個轉子繞組組成，其原、副繞（rào）組分別放置在（zài）定子、轉子上，原、副繞組之間的電（diàn）磁耦合程度與轉子的轉角有關。

旋轉變壓器（qì）在（zài）同步隨動係統及數字隨動係（xì）統中可用於傳遞（dì）轉角或電信（xìn）號（hào）；在解算裝置中可作（zuò）為函數的（de）解（jiě）算之用，故也稱為解算器。

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

4、感應同（tóng）步器的應用

感應（yīng）同（tóng）步器是利用兩（liǎng）個平麵形繞組（zǔ）的互感隨位置不同而變化的原理製成的。其功（gōng）能是將角度或（huò）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（wèi）移。按其結構（gòu）可分為（wéi）直線式和旋轉式（shì）兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部（bù）分組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝於移動（dòng）部件上，隨工作台一起移動；旋轉式感應（yīng）同步器定子為固定的圓（yuán）盤，轉子為轉動的圓盤。感應同步器（qì）具有較高的精度與分辨力（lì）、抗幹擾能（néng）力強、使用壽命長（zhǎng）、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、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移靜態與動態測量中，例如用於三坐標測量機、程控數控機床、高精度重型機（jī）床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（zhǒng）狀態的（de）開關，和位移傳（chuán）感器不同（tóng）。位置傳感器有接觸式和接（jiē）近式兩種。

1、 接觸式傳感器的應用

接觸式傳（chuán）感器的觸頭由兩個物體（tǐ）接觸擠壓而動作，常見（jiàn）的有（yǒu）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）物體在運動過程中，碰到行程開關時，其內部觸頭會（huì）動作，從而完（wán）成控製，如（rú）在加工中心的X、Y、Z軸方向（xiàng）兩端分別裝有行程開關，則可以控製移動（dòng）範圍。二維矩陣式位置傳感（gǎn）器安裝於機械手掌內（nèi）側，用於檢測自身與某（mǒu）個物體的接觸位置。

2、 接近開關的應用

接近開關是指當物體與其接近（jìn）到設定距離時就可以發出“動作”信號的開關，它無（wú）需和物體（tǐ）直（zhí）接接觸。接近開關有很多（duō）種類，主（zhǔ）要有自感（gǎn）式、差動變壓（yā）器式、電渦流式、電容式、幹簧管、霍（huò）爾式等。

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

在刀（dāo）架選刀控製中，如圖（tú）所示，從左至右的四個凸輪與（yǔ）接近開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二進製（zhì）編碼，每一個編碼對應一個刀位，如0110對應（yīng）6號刀位；接近開關SQ5用（yòng）於奇偶校驗（yàn），以減少出錯。刀架（jià）每轉過一個刀位（wèi），就發出一個信（xìn）號，該信號與（yǔ）數控係統的（de）刀位指令進行比較，當刀架的刀位信號與（yǔ）指令刀位信號相符（fú）時，表示選（xuǎn）刀完（wán）成。

霍爾傳感器是利用霍（huò）爾現象製成的傳（chuán）感器。將（jiāng）鍺等半導體置於磁場（chǎng）中（zhōng），在一個方向通以（yǐ）電流時，則在垂直的方向上會出現電位差，這就是霍爾現象（xiàng）。將小磁體固定在運動部（bù）件上，當部件靠近霍爾元件時，便產（chǎn）生霍爾現象（xiàng），從而判斷物體是否到位。

速度的檢測

速度傳感器（qì）是一種將速度轉變成電信號的傳感器，既可以檢（jiǎn）測直（zhí）線速度，也可以檢測角速度，常用（yòng）的有測速發電機和脈衝編碼器等。

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斜率大。可分成交流和直流兩類。

脈衝編碼器（qì）在經過一個單位角位移時（shí），便（biàn）產生一個脈衝，配以定時器便可檢測出角速度。

在（zài）數控機（jī）床（chuáng）中，速度傳感器一般用於數控係統伺服單元的速度檢（jiǎn）測。

壓（yā）力的檢測

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

它是檢測氣體、液體、固體等所有物質間作（zuò）用力（lì）能量的總稱，也包括測量（liàng）高（gāo）於大氣（qì）壓的壓力計（jì）以及測量低於大氣壓的真空計。

電（diàn）容式（shì）壓力傳感器的（de）電容量是由電極（jí）麵積和兩個（gè）電極（jí）間的距離決定，因靈敏度（dù）高、溫度穩定（dìng）性好、壓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（jǐn）力小於設定值時（shí），會導致工件鬆動，係統發出報警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感器檢測車刀切削力的變化。再者（zhě），它還在潤滑係統、液壓係統、氣（qì）壓係統被用（yòng）來檢測油路或氣路中的壓力，當油路或氣路（lù）中的壓力低於設定值時，其觸點會動作，將故障（zhàng）信號送給數控係統。

溫度的檢測

溫度傳感器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（tóng）為主的熱電阻傳感器、以半導體材料為主的熱（rè）敏電阻傳（chuán）感器和熱電偶傳感器等。在數控機床上，溫度傳（chuán）感器用來檢測溫度從而進行溫度補償或（huò）過熱保護。

在加工過程中，電動（dòng）機（jī）的旋轉、移（yí）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，造成溫差（chà），使數（shù）控機床（chuáng）產生熱變形，影響零件加（jiā）工精度，為了避免溫度（dù）產生的影響，可（kě）在數控機床上某些（xiē）部位裝設溫（wēn）度傳感器，感受溫度（dù）信號並轉換（huàn）成電（diàn）信號送給數控係統，進行溫度補償。

此外，在電動機等需要過熱保護的地方，應埋設溫度傳（chuán）感器（qì），過熱時（shí）通過（guò）數控係統進行過熱報警。

刀具磨（mó）損的監控

刀具磨損到一定程度（dù）會影響（xiǎng）到工件的尺寸精度和表麵粗糙度，因（yīn）此，對刀具磨損（sǔn）要進行監控。當刀具磨損時，機床主軸電動（dòng）機負荷增大，電動機的電流和電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化可通過霍爾傳感器檢測（cè）。功率變化到一定程度，數控係統發出報（bào）警信號，機車停止運（yùn）轉，此時，應及時進行刀具調整或更換（huàn）。

隨著傳感器和數控機床的發展，有些傳感（gǎn）器（qì）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（shù）控機床（chuáng）更加完善，自適應更強。