CNC數（shù）控係（xì）統上的傳感器

由於高精度、高速度、高效（xiào）率及安全可靠的特點，數控係統在（zài）裝備製造業中的應用越來越廣泛，數控機床是一種裝有程序（xù）控（kòng）製（zhì）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（zì）動（dòng）化、計算機、測量等（děng）最新技術，使用了從位移、位（wèi）置、速度、壓力、溫度以及刀具磨損監控等（děng）方（fāng）麵在數控機床控製係統中的傳感器（qì）。

位移（yí）監測傳感器在數控機床中的應用

在數控機床（chuáng）上（shàng）應用的傳感器主要有光電編（biān）碼器、直線光柵、接近開關、溫度傳感（gǎn）器、霍爾傳感器（qì）、電流（liú）傳感器、電壓傳感器、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（yòng）來檢測位置、直線位移和角位移、速度（dù）、壓力、溫度等。

數控機床對傳感器的要求

數控機床中（zhōng）的傳感器通（tōng）常要滿足下列條件：

    （1）可靠性（xìng）高和抗幹擾性強（qiáng）；

    （2）滿足精度和速度的要求；

    （3）使用維護（hù）方便，適合機床運行（háng）環境；

    （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（dù）響應高，中型和高精度數控機（jī）床以要求精度（dù）為主。

位移的檢測

位移檢測的（de）傳感器主（zhǔ）要有脈衝（chōng）編碼器、直線光柵、旋轉變壓器、感應同步器等。

1、脈衝（chōng）編碼器的應用

脈衝編碼器是一種角位移（yí）（轉速）傳感器，它（tā）能夠把（bǎ）機械轉角變成電（diàn）脈衝。脈衝編碼器可分為光電式、接觸（chù）式和電磁式三種，其中（zhōng），光電式（shì）應用（yòng）比較多。

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

2、直線光（guāng）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（cháng）用於位（wèi）移（yí）測量（liàng），分辨力較（jiào）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（xìn）號直接反映了拖板（bǎn）的（de）實際位置。用（yòng）光柵檢測工作台位置的伺服係統是全（quán）閉環控製係統。

3 、旋（xuán）轉變（biàn）壓器的應用

旋轉變壓器是一（yī）種輸（shū）出電壓與角位移量成連續（xù）函數關係的感（gǎn）應式微電機。旋轉變壓器由定子和轉子組成（chéng），具體來說，它由一（yī）個鐵心、兩個定子繞組和兩個轉子繞組組成，其原、副繞組（zǔ）分別放置在定子（zǐ）、轉子上，原、副繞組之間（jiān）的電磁耦合程度與轉子的轉角有關（guān）。

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

旋轉變壓器一般有兩極繞組和（hé）四極繞組兩種結構形式。兩極（jí）繞組旋轉（zhuǎn）變壓器（qì）的定子和轉子各有一對磁極，四極繞組則（zé）各（gè）有兩對磁（cí）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（biàn）壓器，用於高精度（dù）絕對式（shì）檢測係（xì）統。

4、感應同步器的應用

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（gōng）能是將角度或直線位移轉變成感應電動勢的相位或幅值（zhí），可用（yòng）來測（cè）量（liàng）直線或轉角（jiǎo）位（wèi）移。按其結構可分為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，定尺安裝在機床床身上，滑尺安（ān）裝於移動部（bù）件上，隨工作台一（yī）起移動；旋轉（zhuǎn）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、抗幹擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長（zhǎng）距離位移測量、工藝性好、成本較（jiào）低等優點。直線（xiàn）式感應同步器目前被（bèi）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（jī）、程控數控機床（chuáng）、高精度重型機床及加工中心測量裝置等。旋轉式感應同步器則被廣（guǎng）泛地用於機床和儀器（qì）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（qì）可用來（lái）檢測位置，反映某種狀態的開關（guān），和位移傳感（gǎn）器不同。位置傳感器有接（jiē）觸式和接近式兩（liǎng）種。

1、 接觸式傳感器的應（yīng）用

接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接（jiē）觸（chù）擠（jǐ）壓而動作，常見的有行（háng）程開關、二維矩陣式位置傳感（gǎn）器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動（dòng）過程中，碰到行程開（kāi）關時，其內部觸頭會動作，從而完成控製（zhì），如在加工（gōng）中心（xīn）的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關，則可以控製（zhì）移動範圍。二維矩陣式位置傳感器安裝於機械（xiè）手（shǒu）掌內側，用於檢測自身與某個物體（tǐ）的接觸（chù）位置。

2、 接近開關的應用

接近開（kāi）關是指當物（wù）體與其接近到設定（dìng）距離時就可以發出“動作”信號（hào）的開關，它無需和物體直接接觸（chù）。接近開關有很多種類，主要有自（zì）感（gǎn）式、差（chà）動變壓器（qì）式（shì）、電渦流式、電容（róng）式、幹簧管、霍爾式（shì）等。

接近開關在數控機（jī）床上（shàng）的應用主要（yào）是刀架選刀控（kòng）製、工作台行程控製（zhì）、油缸及汽缸活（huó）塞行程控製等。

在刀（dāo）架選刀（dāo）控製中，如圖所示，從左至右（yòu）的四個凸輪與接近開（kāi）關SQ4～SQ1相對應，組（zǔ）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。刀架每轉過（guò）一個刀位，就發出（chū）一個信號，該信號與數控係（xì）統的刀位指令進（jìn）行比較，當刀架（jià）的刀位（wèi）信號與指令刀位（wèi）信號相（xiàng）符時，表示選刀完成。

霍爾傳感器是利用霍爾現象製（zhì）成的傳感器。將鍺等半導（dǎo）體置於磁場中，在一（yī）個方向通以電流時，則（zé）在垂直的方向上會出（chū）現電位差，這就是霍（huò）爾現象。將（jiāng）小磁體固定在運（yùn）動部件上，當（dāng）部件靠近霍爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體（tǐ）是否到位。

速度的檢測

速度傳（chuán）感器（qì）是一（yī）種（zhǒng）將（jiāng）速度轉變成電信號的傳感器，既（jì）可以檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用的有測速發（fā）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（xì）；

（2）輸出電壓與轉速比的斜率（lǜ）大。可分成交流和直流兩類。

脈衝編碼器在經過一個（gè）單位角位移時，便產生一個脈衝，配（pèi）以定時器便（biàn）可（kě）檢測出角速度。

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

壓力的檢測

壓力傳感器是一（yī）種將（jiāng）壓力轉變成電（diàn）信號的傳感器。根據工作原理，可分為壓電（diàn）式傳感器、壓阻式傳感器和電容式（shì）傳感器。

它是檢測（cè）氣體（tǐ）、液體、固體等所有（yǒu）物（wù）質間作用力（lì）能量的總稱（chēng），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。

電容式壓力傳感器的電容量是由電極麵積和兩個電極間的（de）距離決定，因靈敏度高、溫度穩定性好、壓力量（liàng）程（chéng）大等特點（diǎn）近來（lái）得到了迅速發展。在（zài）數控機床中，可用它對（duì）工件夾緊力（lì）進行檢測，當夾緊力小於設定（dìng）值時（shí），會導致（zhì）工件鬆動，係統（tǒng）發出報警，停止走刀。另外（wài），還可用（yòng）壓力傳（chuán）感（gǎn）器檢測車刀切削力（lì）的變化。再者，它（tā）還在潤滑係統、液壓係統、氣壓係統被用來（lái）檢測油路或氣（qì）路（lù）中（zhōng）的壓力（lì），當油路或氣（qì）路中的壓力低於設（shè）定（dìng）值時，其（qí）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）將溫度高低轉變成電阻值（zhí）大小或其（qí）它電信號的一種裝置。常見的有以鉑、銅為主（zhǔ）的熱電阻傳（chuán）感器、以（yǐ）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（yòng）來（lái）檢測溫度（dù）從（cóng）而（ér）進行（háng）溫（wēn）度補償或過熱保護。

在加工過（guò）程中，電動機的旋（xuán）轉、移動（dòng）部件的移動、切削等都會產生熱（rè）量，且溫度分布不均勻（yún），造成溫差，使數控機床產生熱變（biàn）形，影響零件加工精度，為了避免（miǎn）溫度產生的影響，可在數控機床上某些部位裝設溫度傳感（gǎn）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（zài）電動（dòng）機（jī）等需（xū）要過熱保護的地方，應埋設溫度傳感器，過熱時通過數控係統進行過熱（rè）報警。

刀具磨損的監控（kòng）

刀具磨損到一定程度會影響到（dào）工件的尺寸精（jīng）度和（hé）表麵粗糙度，因此，對刀具磨損要進行監控。當刀（dāo）具磨損時（shí），機床主軸電動（dòng）機負荷（hé）增大，電動機的電流和電（diàn）壓也會變化，功（gōng）率隨之改（gǎi）變，功率變化可通過霍爾傳感器檢測。功率變化到（dào）一定程度，數控係（xì）統發出報警信號，機（jī）車停止運轉，此時，應及（jí）時進行刀（dāo）具調整或更換。

隨著傳感器和數控機床的發展，有些傳感器將被淘汰，如旋轉變壓器等（děng），而新的傳（chuán）感器將不斷出現，會使數控機床更加完善，自（zì）適應更強。