CNC數控係統（tǒng）上的傳感器

由於高精度、高速度、高效（xiào）率及（jí）安全可靠（kào）的特點，數控係統在（zài）裝（zhuāng）備製造業中的應用越來越廣泛，數控機床是一種裝有（yǒu）程（chéng）序控製（zhì）係統（tǒng）的自動化機床，能夠根據已編好（hǎo）的程序，使機床動作並加（jiā）工零件（jiàn）。它綜合（hé）了機械、自動化、計算機、測量等最新技術，使用（yòng）了從位移、位置、速度、壓力、溫度以及刀具磨損監控（kòng）等方麵在數控機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

在數控機（jī）床上應用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵、接近開關（guān）、溫度傳感器、霍（huò）爾傳感器、電（diàn）流（liú）傳感器、電壓傳感器、壓（yā）力傳感器（qì）、液位傳感器、旋轉變壓器（qì）、感應同步器、速度傳感器等,主要用（yòng）來檢測位置、直線位移和角位移、速（sù）度、壓力、溫度等（děng）。

數控機床對傳感器的（de）要求

數控機（jī）床中的傳（chuán）感器通常要滿足下列條件：

    （1）可靠性高和抗幹擾性強；

    （2）滿（mǎn）足精度和速度（dù）的要求；

    （3）使用維護（hù）方（fāng）便，適合機床運行環境（jìng）；

    （4）成（chéng）本低。

不同種類數控（kòng）機床對（duì）傳感（gǎn）器的要求也不盡相同（tóng），一般來說，大型機（jī）床要求速度響應高，中型和高精度數控機床以（yǐ）要求精度為主（zhǔ）。

位移的檢測

位（wèi）移（yí）檢測的傳（chuán）感器主（zhǔ）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（mò）衝編碼器的應用（yòng）

脈衝編碼器（qì）是一（yī）種角位（wèi）移（轉速）傳感器，它能夠把機械（xiè）轉（zhuǎn）角變成電脈衝。脈（mò）衝編碼器可分為光電式、接觸式（shì）和電磁式三種，其中，光電式應用比較多。

在圖中（zhōng），X軸和Z軸端部分別配有光電編碼器，用於角位移測量（liàng）和數字測速，角位（wèi）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（biān）碼器高，適應於動（dòng）態測量。

在進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其產（chǎn）生的脈衝信號直（zhí）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（shì）全閉環（huán）控製係統。

3 、旋轉變壓器的應用

旋轉變（biàn）壓器是一（yī）種輸出電壓與角位（wèi）移量（liàng）成（chéng）連續函數關係的感應式微電機。旋轉變壓器由定（dìng）子和轉子組成，具體來說（shuō），它由一個鐵心、兩個定子繞組和兩個轉（zhuǎn）子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子（zǐ）、轉子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉（zhuǎn）子的轉角有關。

旋轉變壓器在（zài）同步隨動係統及數字隨動係（xì）統中可用於傳遞轉角或電信號；在解（jiě）算裝置中可作（zuò）為函數的解算之（zhī）用，故也稱為解算器。

旋轉變壓（yā）器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結構形式。兩極繞（rào）組旋轉變壓器的定子和轉子各（gè）有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主要用於高精度的檢測（cè）係統。除（chú）此之外，還有多極式旋轉變壓（yā）器，用於高精度絕對式檢測係（xì）統。

4、感應同步器的應用（yòng）

感應同步器是利用兩個平麵形繞（rào）組的互感隨位置不同而變（biàn）化的原理製（zhì）成的。其功能是將角度或直線位移轉變成感應電動（dòng）勢的相位或幅值，可（kě）用來測量直線或轉角位（wèi）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（qì）由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安（ān）裝在機床床身上，滑尺安裝於移動部件上，隨工作台一起移動；旋轉式感應同步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤。感應同步器具有較高的精度與分辨力、抗（kàng）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、成本較低等優點。直線式（shì）感應（yīng）同步器目前被廣泛地應用於大位移靜態與動態測量（liàng）中，例如用於三坐標測（cè）量機、程控數控機床、高精度重型機床（chuáng）及加工中心測（cè）量裝置等。旋轉式感應（yīng）同（tóng）步器則被廣泛地用於機床和（hé）儀器的（de）轉台以及（jí）各種回轉伺服控製係統中。

位置（zhì）的檢測（cè）

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（chuán）感器不同。位置傳（chuán）感（gǎn）器有（yǒu）接觸式和接近式兩種。

1、 接觸式（shì）傳感（gǎn）器的應用

接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有（yǒu）行程開關、二維矩陣式位（wèi）置傳感器等。行程（chéng）開關結構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在（zài）運動過程中，碰到（dào）行程開關時，其（qí）內部觸（chù）頭（tóu）會動作，從而完成控製，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關，則可以控製移動（dòng）範圍。二維矩陣式（shì）位置傳感器安裝（zhuāng）於機（jī）械手掌內側，用於檢測自身與某個物體的接觸位置（zhì）。

2、 接近開關的應用

接近開關是指當物體與其接近到設定（dìng）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（chù）。接近開關有很多種（zhǒng）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。

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、油缸及汽缸活塞行程控製等。

在刀架選刀控製中，如圖所示，從（cóng）左至右的四個凸（tū）輪與接（jiē）近開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二進製編碼，每一個編（biān）碼對（duì）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。刀架每轉過一個刀位（wèi），就發出一（yī）個信號，該信號與數控係統的刀位指令進行比較，當刀架的刀位（wèi）信號與指（zhǐ）令刀（dāo）位信號相符時，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（děng）半（bàn）導體置於磁（cí）場中，在一（yī）個方向通以電流（liú）時，則在垂直的方（fāng）向（xiàng）上會出現電位差，這就是霍爾現象。將小磁體固定在運（yùn）動部件上，當部件靠近霍爾元件時，便產（chǎn）生霍爾現象，從而判斷物體是否到位。

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（cháng）用的有測速發電機和脈衝編碼器等。

測速發電機具有（yǒu）的（de）特（tè）點是：

（1）輸出電壓與轉速嚴格成線性關係；

（2）輸出電壓與（yǔ）轉速比的斜率大。可分成交（jiāo）流和直流兩（liǎng）類。

脈衝編（biān）碼器在經過一個單位角位（wèi）移時，便產生一個脈衝（chōng），配以定時器（qì）便可檢測出角速度。

在數控機床中，速度傳感（gǎn）器一般用於數控係統伺服單元的速度檢測。

壓力的檢測

壓力傳感器是（shì）一種將壓力轉變成電信號的傳感器。根據工作原理，可（kě）分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容（róng）式傳感器。

它是檢測（cè）氣（qì）體、液體、固體等所有物質間（jiān）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（yú）大氣壓的（de）真空計。

電容式壓力（lì）傳感器的電容量是由（yóu）電極（jí）麵積和兩個電極間的（de）距離決定，因靈敏度（dù）高、溫度穩（wěn）定性（xìng）好、壓力量程大等特點近來得到了迅速發展。在數（shù）控（kòng）機床中（zhōng），可用它對工件夾緊力進行檢測，當夾緊力小（xiǎo）於設定值時，會導（dǎo）致（zhì）工件鬆（sōng）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（xì）統、氣壓係統被用來檢測油（yóu）路或氣（qì）路中的壓力，當油路或氣路中的（de）壓力（lì）低於設定值時，其觸（chù）點會動作，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（wēn）度高低轉變成電阻值大小或其它（tā）電信號的一種裝（zhuāng）置。常見的有以鉑、銅為主（zhǔ）的（de）熱電阻傳感器、以半導體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數控機床上，溫度傳感器用來檢測（cè）溫度從而進行溫度補償或過熱保護。

在加工過程中，電動機的旋轉、移動部件的移動、切削等都會產生熱量，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（jīng）度，為了避免溫度產生的影響，可在數控機（jī）床上某些部位裝設溫度傳（chuán）感器，感受溫度（dù）信號（hào）並轉換成電信號送給數控係統，進行溫度補償。

此外（wài），在電（diàn）動機等（děng）需要過熱保護（hù）的（de）地方，應埋（mái）設溫度傳感器，過（guò）熱時通（tōng）過數控係統進（jìn）行過（guò）熱報警。

刀具磨損（sǔn）的監控

刀具磨損到一定（dìng）程度會影響到工件的尺寸精度和表麵粗糙度，因此，對刀具磨損要進行監控。當刀具磨損時，機床主軸電動機負（fù）荷增大，電動機的（de）電流和電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化（huà）可通（tōng）過霍爾傳感器檢測。功率變化到一定程度，數（shù）控係統發出報警信號，機（jī）車停止（zhǐ）運（yùn）轉，此時，應及時進行刀具調整或更換。

隨著傳（chuán）感器和（hé）數控機床的發展，有些傳感（gǎn）器將被淘汰，如旋轉變壓器等，而（ér）新的傳感（gǎn）器（qì）將（jiāng）不斷出現，會（huì）使數控（kòng）機床更加完善，自適（shì）應更強。