CNC數控係統上的傳（chuán）感器

由於高精度、高速度、高效（xiào）率及安全（quán）可（kě）靠的特點，數控係統在裝備（bèi）製造業中（zhōng）的應用越來越廣泛，數控機（jī）床是一（yī）種裝有程序控（kòng）製係統的自動化機床，能夠根據已編好的程序，使（shǐ）機床動作並加工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量等最新技術，使用了從位（wèi）移、位置、速度、壓力、溫（wēn）度以及刀具磨損（sǔn）監控等方（fāng）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（gǎn）器主要有光（guāng）電編碼器、直線（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（lì）傳感器、液位傳感器、旋轉變壓器、感應同步器、速（sù）度傳感（gǎn）器等,主要用來檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫（wēn）度等。

數控機床對傳感器的要求

數控（kòng）機床中的傳感（gǎn）器通常要滿足下列條件：

    （1）可靠性高和抗（kàng）幹（gàn）擾性強；

    （2）滿足精度和速度的（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（lèi）數控機床對傳感器的要（yào）求也不盡相同，一般（bān）來說，大型機床要求（qiú）速度響應高（gāo），中型和高精度數控機床以要求精度為主。

位移的檢測

位移檢測的傳感（gǎn）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（qì）的應用（yòng）

脈衝（chōng）編碼器是一種角位移（轉速）傳感器，它能夠把（bǎ）機械轉角（jiǎo）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（zhōng），光電式應用比較多。

在圖中，X軸和Z軸端部分別配（pèi）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板或刀架的直線位（wèi）移。

2、直線光柵的應用

直線光柵是利用光的透射和反射現象製作而成，常用於位移測量，分辨力較高（gāo），測量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（shēn）上，其產生的脈衝信號直（zhí）接反映（yìng）了拖板的實際位置。用光柵檢測工作台位（wèi）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角（jiǎo）位（wèi）移量成連續函數關係的感應式微電機。旋（xuán）轉變壓器由定子和轉子組成，具體來說，它由（yóu）一個鐵（tiě）心、兩個定子繞（rào）組和兩個轉子繞（rào）組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉子上，原、副繞組之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（jí）數字隨動係統中可用於傳遞轉角或電信（xìn）號；在解算裝置中可作為函數的解算（suàn）之用，故也稱為解算器。

旋轉（zhuǎn）變壓器（qì）一般（bān）有兩極繞組和四極繞組（zǔ）兩種結構形式。兩極繞組旋轉變壓器的定子和轉（zhuǎn）子各有一對磁極，四極繞（rào）組則各有兩對磁極，主要用於高精度的檢測係統。除此之外，還有多極式旋轉變壓器，用於（yú）高精度（dù）絕對式檢測係統。

4、感應同步器的（de）應用

感應同步器是利用兩個平麵形繞組的互感隨位置不同而變化的原理製成的。其功能是將（jiāng）角度或直線（xiàn）位移轉變成（chéng）感應電動勢（shì）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種。直線式感（gǎn）應同步器由定尺和（hé）滑尺兩部分組（zǔ）成，定尺安裝在（zài）機床床身（shēn）上，滑尺安裝於移動（dòng）部件上，隨工作台一起（qǐ）移動；旋（xuán）轉式感應同步器定子為固定的圓盤，轉（zhuǎn）子為轉動的圓盤。感應同步器具有較高的精度與分辨力（lì）、抗（kàng）幹擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離（lí）位移測量、工（gōng）藝性好、成本較低等優點。直線式感應同（tóng）步器目前被廣泛（fàn）地（dì）應用於大位移靜（jìng）態與動態測量中，例如用於三坐標測量機、程（chéng）控數（shù）控機床、高精度重型機（jī）床及加（jiā）工中（zhōng）心測量裝置等。旋轉式感應同步器則被廣泛地用於機床（chuáng）和儀器的轉台以及各種回轉伺（sì）服控製係統中（zhōng）。

位置的檢測

位（wèi）置傳感器（qì）可用來檢（jiǎn）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（jiē）觸式傳感器的應用

接觸式傳感器（qì）的觸頭由兩（liǎng）個物體接觸擠壓而動作，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（zuò）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（shí），其內部觸頭會動（dòng）作，從而完成控製（zhì），如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關，則可（kě）以控製（zhì）移動範（fàn）圍（wéi）。二（èr）維（wéi）矩陣式位置傳感器（qì）安裝於機械手掌內（nèi）側（cè），用於檢測自身與某個物（wù）體（tǐ）的接觸位置。

2、 接近開關的應用

接近開關（guān）是指當物體（tǐ）與其接近到設定距離時就可以發出（chū）“動作”信號的開關，它（tā）無需和物體直接接觸。接近開關有（yǒu）很多（duō）種類，主要有自感式、差動變壓器式、電渦流式（shì）、電容式、幹簧管、霍爾式等。

接近開關在數控機床上的應用主要是刀架（jià）選刀控製、工作台行程控製、油缸及汽缸（gāng）活塞行程控製（zhì）等。

在（zài）刀架選刀（dāo）控製中，如圖所示，從左至右的四個凸（tū）輪與接近開關SQ4～SQ1相對（duì）應，組成四位二進製編碼，每一個編碼對應一個刀位，如0110對應6號刀位；接近開關SQ5用於奇偶校驗，以減少出錯。刀（dāo）架每轉（zhuǎn）過一個刀位，就發出一個信（xìn）號，該信號與數控係統的刀位指（zhǐ）令進行比較，當刀架的刀位信號與指令刀位信號（hào）相符時，表（biǎo）示選刀（dāo）完成。

霍（huò）爾傳感器是利用霍爾現象製（zhì）成的（de）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（shàng）會出現電位差，這就是霍爾現象。將小磁體固定在運動部件上（shàng），當部件靠近（jìn）霍爾元件時（shí），便產生霍爾現（xiàn）象，從而判（pàn）斷物體是否到位。

速度的檢測

速度傳感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（de）有測速發電機和（hé）脈衝編碼器等。

測速發電機（jī）具有的特點是：

（1）輸（shū）出（chū）電壓與（yǔ）轉速嚴格成線性關係；

（2）輸出電壓（yā）與轉速比的斜率大（dà）。可分成（chéng）交流和直流（liú）兩類。

脈衝編碼器在經過一個單（dān）位角位移時，便產生一個脈衝，配以定時器便可（kě）檢測出角速度。

在數控機床中，速度傳感器一般用（yòng）於數控係統伺服單元（yuán）的速度檢測。

壓力的檢（jiǎn）測

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

它是檢測（cè）氣（qì）體（tǐ）、液體、固體等所有物質間作用力能量的總（zǒng）稱，也包括測（cè）量高於大氣（qì）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量是由電極麵積和（hé）兩個電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度（dù）穩定性好（hǎo）、壓力量程大等特點（diǎn）近來得到了迅速發展。在數控機床中，可（kě）用它對工件夾緊力進行檢測，當夾緊力小於設定值時，會導致工件鬆動，係統發出報（bào）警，停止走刀。另外（wài），還可用壓力傳感器檢測車刀切（qiē）削（xuē）力的變化。再者，它還在潤滑係統、液（yè）壓係統、氣壓係統被用來檢測油路或氣路中的壓（yā）力，當油路或（huò）氣路中的壓力低於設定值時，其觸點會動作（zuò），將故障信號送給數控係統。

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（jiàn）的有以鉑、銅為主（zhǔ）的熱電阻傳感器、以半導體材料為主的熱（rè）敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數控機（jī）床上，溫度傳感器（qì）用來檢測溫度從（cóng）而進行溫度補償或過熱保護。

在加工過程（chéng）中，電動機的旋轉、移動部件的移動、切削（xuē）等都會（huì）產生熱量，且（qiě）溫度分布不均勻，造成溫差，使數（shù）控機床產生熱變（biàn）形，影響（xiǎng）零件加工精度，為了（le）避免溫度產（chǎn）生的影響，可在（zài）數（shù）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，在電動機等需要過熱保（bǎo）護的地方，應埋設溫度傳感器，過（guò）熱時通過數（shù）控係統進行過熱（rè）報警。

刀（dāo）具磨損的監（jiān）控

刀具磨損（sǔn）到一定程度會影響到（dào）工件的尺寸精度和表麵粗糙度，因此，對刀具磨損要進行監（jiān）控。當刀具磨損時（shí），機床主軸電動機（jī）負荷增大，電動機的電流和電壓也會變化，功率（lǜ）隨之改變，功率變化可通過霍爾傳感器檢測。功率變化到（dào）一定程（chéng）度，數（shù）控係統發出報（bào）警信號，機車停止運轉，此時，應及時進行刀具調整或更換。

隨著傳感（gǎn）器（qì）和（hé）數控機床的發展，有些傳（chuán）感器將被（bèi）淘汰，如旋轉（zhuǎn）變壓器等，而新的（de）傳感器將不斷出現，會使（shǐ）數控機床更加完善，自適應更強。