CNC數控係（xì）統上的傳感器

由於高精度、高速度（dù）、高效率及安全可靠的特點，數控係統在裝備製造業（yè）中的（de）應用越來越廣（guǎng）泛，數控機床是一種裝有（yǒu）程序控製係統的自動化（huà）機床（chuáng），能夠根（gēn）據（jù）已編好的程序，使機床動作並（bìng）加工零件（jiàn）。它綜合了機械、自動（dòng）化、計算機、測量等最（zuì）新技術，使用了從位移、位（wèi）置、速度、壓力、溫度以及刀具磨損監控等方麵在數控機床（chuáng）控製係（xì）統中的傳感器。

位移監測傳感器在數控機床中的應用

在數控機床上應用的傳（chuán）感器主要有光電編碼器、直線（xiàn）光柵、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳感（gǎn）器、電流傳感（gǎn）器、電壓傳感器（qì）、壓力傳感器、液位傳感器、旋轉變壓器、感應同步器、速度傳感器等,主要用來檢測（cè）位置、直線位移（yí）和角位移、速度、壓力、溫度等。

數控機床對傳感器的要求（qiú）

數（shù）控機床（chuáng）中的傳（chuán）感器通常要滿足（zú）下列條件：

    （1）可（kě）靠性高和抗幹擾性強；

    （2）滿足精度和速（sù）度的要求；

    （3）使用維護方便，適合機床運行環境；

    （4）成本低。

不同種類數控（kòng）機床對傳感器（qì）的要求也不盡相同，一般來說（shuō），大型機（jī）床（chuáng）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（wéi）主。

位移（yí）的（de）檢測

位移檢（jiǎn）測的傳感器主（zhǔ）要有脈衝編碼器（qì）、直線光柵、旋轉變壓器、感（gǎn）應同步器等。

1、脈衝編碼器的應用

脈衝編碼器是一種角位移（轉速）傳感器（qì），它能夠把機械轉角（jiǎo）變成電脈（mò）衝。脈衝編碼器可分為光電（diàn）式、接觸式和電磁（cí）式（shì）三種，其中（zhōng），光電式應用比較多。

在圖中，X軸和（hé）Z軸端部分別配有光電編碼器，用於角（jiǎo）位移測量和數（shù）字測（cè）速，角位移通過絲杠螺距能間接反映拖（tuō）板或刀架的直線位移（yí）。

2、直線光柵的應用

直線光柵是利（lì）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，測量精度比光電編碼器高，適應於動態測量。

在進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其產生的脈衝信號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（xì）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（diàn）壓與角（jiǎo）位移量成連續函數關係的感應式微電機。旋轉變壓器由定子和轉子組（zǔ）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（zài）定（dìng）子、轉子上，原、副繞組（zǔ）之間的電磁耦合程度與轉子（zǐ）的轉角有（yǒu）關。

旋轉變壓器在同（tóng）步隨（suí）動係統及數字隨動係統中可用於（yú）傳遞轉角（jiǎo）或電信號；在解算裝置中可作為函數的解算之用，故也稱為解算器。

旋轉（zhuǎn）變壓器一般有兩極繞組和四極（jí）繞組兩種結構形式。兩極繞組旋轉變壓器的定子和轉子各（gè）有一對磁極，四極繞（rào）組則各有兩（liǎng）對磁極，主要用（yòng）於高精度的檢測係統。除此之外，還有多（duō）極式旋轉變壓器，用於高精度絕對（duì）式檢測係統。

4、感應（yīng）同步器的應用

感（gǎn）應同步器是利用兩個平（píng）麵形繞組的互感隨（suí）位置不同而變化的原理製成的。其功能是將角度或直線位（wèi）移轉變成感應電動勢的相位或幅值，可（kě）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。直線式感應同（tóng）步器由（yóu）定尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝於移動部（bù）件（jiàn）上，隨工作台（tái）一起移（yí）動；旋轉式感應同（tóng）步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動（dòng）的圓盤。感應同步器具有較高的精度與分辨力、抗幹擾能力強、使用壽命長、維（wéi）護簡單、長距離位移（yí）測（cè）量、工藝性好、成本較低等優（yōu）點。直（zhí）線式感應同步器（qì）目前被廣泛地（dì）應用於大位移靜態與動態測量中，例如（rú）用於三坐標（biāo）測量機、程控數控（kòng）機床、高精度重型機床及（jí）加工中心測量裝置等。旋轉式感應同步器則被廣泛（fàn）地用於機床和儀（yí）器的轉台以及各種回轉伺服控製係統中（zhōng）。

位置（zhì）的檢測

位置傳感器可用（yòng）來檢測位置（zhì），反映某種狀態（tài）的開關，和位移傳感器不同。位置傳感器有接觸式和接近（jìn）式兩種。

1、 接觸式傳感器的應用（yòng）

接觸式傳感（gǎn）器（qì）的觸頭由兩（liǎng）個物體接觸擠壓（yā）而動作，常見的有行程開關、二維矩陣（zhèn）式位（wèi）置傳感器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉（lián）。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關時（shí），其（qí）內部觸頭會動作，從而完（wán）成控製，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端（duān）分別裝有行程開關，則可以控製移動範圍。二維矩陣式位置傳感器安（ān）裝於機械手掌內（nèi）側（cè），用於檢測自身與某個物體的接觸位置。

2、 接近開關的應用

接近開關（guān）是指當物體與其接近到設定距離時就可以發出“動（dòng）作”信號的開關，它無需和物體直接接觸。接近開（kāi）關（guān）有很多種類，主要有自感式、差動變壓器式（shì）、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（háng）程控製等。

在刀架選刀控製中，如圖所示（shì），從（cóng）左至右的四（sì）個凸輪與接近開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二進製編碼，每一（yī）個編碼對應一個（gè）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（jià）每轉過一個刀位，就發出一個信號，該信號與數控（kòng）係統的（de）刀位指（zhǐ）令進行比較，當刀架的刀位（wèi）信號與指令刀位信號（hào）相符時，表示（shì）選刀完成。

霍爾傳（chuán）感器是利用霍爾（ěr）現象製成的傳感器。將鍺（zhě）等半導（dǎo）體（tǐ）置於（yú）磁場中，在一個方向（xiàng）通以電流時，則在（zài）垂直的方向（xiàng）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件（jiàn）上，當（dāng）部（bù）件（jiàn）靠近霍爾元件時，便產生（shēng）霍爾現象，從而判斷物體是否到位。

速度（dù）的檢測

速度（dù）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，常用的有測速發電機和脈衝編碼器等。

測（cè）速（sù）發電機具有的特點是：

（1）輸出電壓與轉速嚴格成線性關（guān）係；

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

脈衝編碼器在經過一個單位角位移時，便產生一個脈衝，配以定時（shí）器便可（kě）檢測（cè）出角（jiǎo）速度。

在數控機床中，速度傳（chuán）感器一般用於數控係（xì）統伺服單（dān）元的速度檢測。

壓力的檢測

壓力傳感器是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（yā）電式傳感器、壓阻式傳感器和電容（róng）式傳（chuán）感（gǎn）器。

它是檢測氣體、液體、固體等所有物質（zhì）間作用力能量的總稱，也包（bāo）括測量高於大氣壓的壓力計以及（jí）測量低於大氣壓的真空計。

電容式（shì）壓力傳感器的電容量是由電極麵積和兩個電極間（jiān）的距離決定，因靈敏度高、溫度穩定性好、壓力（lì）量程大等特點近來（lái）得（dé）到了迅速（sù）發展。在（zài）數控機床中，可用它對工件夾緊力進行（háng）檢（jiǎn）測，當夾緊（jǐn）力小於設定值時，會導致工件鬆動（dòng），係統發出（chū）報警，停止走刀（dāo）。另外，還（hái）可用壓力傳感器檢測車刀切削力（lì）的變化。再（zài）者，它還在潤滑（huá）係統、液壓係統、氣壓係統被用來檢測（cè）油路或氣路中的壓力，當油路或氣路中的壓（yā）力低於設（shè）定值時，其觸點會動作，將故障信號送給數控係統。

溫度的檢測

溫度傳感器是一種（zhǒng）將溫度高（gāo）低轉變成電阻值大小或其它電信（xìn）號的一種裝置（zhì）。常見的（de）有以鉑、銅為主（zhǔ）的熱電阻傳感器（qì）、以半導體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等（děng）。在數控機床上，溫（wēn）度傳感器用來檢測溫度從而進行溫度補償（cháng）或過熱保護（hù）。

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（rè）量，且溫（wēn）度分布不均勻，造成（chéng）溫差，使數（shù）控機（jī）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送給數控係統，進行溫度補償。

此外，在電動機等需要過熱（rè）保護的地方，應（yīng）埋設溫度傳感器，過熱時通過數控（kòng）係統進（jìn）行過熱報警。

刀具磨（mó）損（sǔn）的監控（kòng）

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，對刀具磨損要進行監控（kòng）。當刀具磨損時，機床主軸電動機負荷增大，電動機的電流和電壓也會變（biàn）化，功率隨之改變，功率變化可（kě）通過霍爾傳感器檢測。功率變化到一定（dìng）程度，數控係統發出報警信號，機車停（tíng）止運轉，此時，應及時進行刀具調整或更換。

隨（suí）著傳感器和數控機床的發展，有些傳（chuán）感器將被淘（táo）汰，如旋轉變壓器等，而（ér）新的傳感器（qì）將不（bú）斷出現（xiàn），會使（shǐ）數控機床更加完善，自適應更強。