CNC數控（kòng）係統上的傳感器

由於高精（jīng）度、高速度、高效率及安（ān）全可（kě）靠的（de）特點，數控係統在裝備製造業中的應用越來越廣泛，數控機床是一種裝有程序控製係（xì）統的自動化（huà）機床，能（néng）夠根據已編（biān）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（zuì）新技術，使用了從位移、位置、速度、壓（yā）力、溫度以及刀具磨損監控等（děng）方麵在數控機床控（kòng）製係（xì）統中的傳感器。

位移（yí）監測傳感器（qì）在數控機床中的應用

在數控（kòng）機床上應用（yòng）的傳感（gǎn）器（qì）主要有光電編碼器（qì）、直線光柵（shān）、接（jiē）近開關、溫（wēn）度傳（chuán）感器（qì）、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓（yā）傳感器、壓力傳感器、液（yè）位傳感器、旋轉變壓器、感應同步器、速度傳感器等（děng）,主要用來（lái）檢測位置、直線位移和角位（wèi）移（yí）、速度、壓力、溫（wēn）度（dù）等。

數控機床對傳感器的要求

數控機床（chuáng）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。

不同種類數控機床（chuáng）對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型（xíng）機（jī）床要求（qiú）速度響（xiǎng）應高，中型和（hé）高精（jīng）度數控機床以要求精度為主。

位移的檢測

位移檢測的傳感器（qì）主要有脈衝編碼器、直線光柵、旋轉變壓（yā）器（qì）、感（gǎn）應同步器等（děng）。

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，它能夠把機械轉角變（biàn）成電脈衝。脈衝編碼器可（kě）分為光（guāng）電式、接觸式和（hé）電磁式三種，其中，光電式應用比較多。

在圖中，X軸和Z軸端部分別配有光電編碼（mǎ）器，用於角位移測量和數（shù）字測速，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。

2、直線光柵的應用

直線光柵是（shì）利（lì）用光的透射和反射（shè）現象製作而成，常（cháng）用於位移測量，分辨力較（jiào）高，測量（liàng）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（zhí）接反映（yìng）了拖（tuō）板的實際（jì）位置。用光（guāng）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（yā）器的應用

旋轉變壓器是一種輸出電壓與角位移量成（chéng）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，它由一個鐵心、兩個定子繞組和兩個轉子繞組組（zǔ）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（zài）同步隨動係（xì）統及數字隨（suí）動係（xì）統（tǒng）中（zhōng）可用於傳遞轉角或電信號；在解算裝置（zhì）中可作為函數的解算（suàn）之用，故也稱為解算器。

旋轉變壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結構形式。兩極繞組旋轉變壓器的定子（zǐ）和轉子各有（yǒu）一對磁極，四極繞組則各（gè）有兩對磁極（jí），主要用於高精度的檢（jiǎn）測係統。除此之外，還有多極式旋轉變壓器，用於高精（jīng）度絕對式檢測係統。

4、感應同（tóng）步器的應用

感應同步器是利用兩個平（píng）麵形繞（rào）組的互感隨位置不同而變化的原理製成的。其功能是將角度或直線位移轉（zhuǎn）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（ān）裝在機床床身上，滑尺安裝於（yú）移動部件上，隨工作台一起移動；旋轉式感應同（tóng）步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤（pán）。感應同步器具有較高的精度與（yǔ）分辨力、抗幹擾能（néng）力強、使用壽命長、維護簡單（dān）、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（bù）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（dù）重型機（jī）床（chuáng）及加工中心測量裝置等。旋（xuán）轉式感應同步器（qì）則被廣泛地用於機（jī）床和儀器的轉台以（yǐ）及各種回轉伺（sì）服控製係統中。

位置的檢測（cè）

位置傳感（gǎn）器可用來檢測位置，反映某種狀態的開（kāi）關，和位移傳感器（qì）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（shì）傳（chuán）感（gǎn）器的觸頭由兩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（jié）構簡單、動（dòng）作（zuò）可靠、價格低廉。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關時，其內部（bù）觸頭（tóu）會動作，從而完成控製，如在加工中心的X、Y、Z軸方向（xiàng）兩端分別裝有行程開（kāi）關，則可以控製移動範圍。二維（wéi）矩陣式位置傳感器安裝於機械（xiè）手掌內側，用於檢測自（zì）身與（yǔ）某個物體的接觸位（wèi）置。

2、 接近開關的應用

接近開關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（xū）和物體直接接觸。接近開關有很（hěn）多種類，主要有自感式、差動變（biàn）壓（yā）器式、電渦流式、電容式、幹（gàn）簧管、霍爾式等。

接（jiē）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（tú）所示（shì），從左至右的（de）四個（gè）凸輪與接近開關（guān）SQ4～SQ1相對應（yīng），組成四位二進製編碼，每一個編碼（mǎ）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（shǎo）出錯（cuò）。刀架（jià）每轉過一個刀位（wèi），就發出一個（gè）信號，該信號與數控係統的刀位指令進行比較，當刀架的刀位信號（hào）與指（zhǐ）令刀（dāo）位信號相符時，表示選刀完成。

霍爾（ěr）傳感器是利用霍爾現象製成的傳感器。將（jiāng）鍺（zhě）等（děng）半導體置（zhì）於磁場中（zhōng），在一個方向通（tōng）以電（diàn）流時，則在垂直的方向上會出現電位差，這就（jiù）是霍爾現象。將小（xiǎo）磁體固定在運動部件上，當部件靠近霍（huò）爾元件時，便產生霍爾現象（xiàng），從而判斷物體是否到位。

速度的檢測

速度傳感器是一種將速度轉變成電信號（hào）的傳感器，既可（kě）以檢測直線速度，也可以（yǐ）檢測角速度，常用的有測速（sù）發電機和脈（mò）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（chū）電（diàn）壓與轉速比的斜（xié）率大。可分成交流和直流兩類。

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

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

壓力的檢測

壓力傳感器是一種將壓力轉變成電信號的傳感器。根據工作原理（lǐ），可分（fèn）為壓電式傳感器、壓阻式（shì）傳（chuán）感（gǎn）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）用力能量的總稱，也包括測量高於大（dà）氣（qì）壓的壓（yā）力計以及測量低於大氣壓的（de）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距（jù）離決（jué）定，因靈敏度高、溫（wēn）度穩（wěn）定性好、壓力量程大等特點近（jìn）來得（dé）到了（le）迅速發展。在數控機床（chuáng）中，可用（yòng）它對工件夾（jiá）緊力進行（háng）檢測，當夾緊力小於設定值時，會導致工件鬆動（dòng），係統發出報警，停止走刀。另外，還可用壓力（lì）傳感器檢測車刀切削力的變化。再者，它還在潤滑係統、液壓係統、氣壓係統（tǒng）被用來（lái）檢測油（yóu）路或氣路中的（de）壓力，當油路或氣路中的壓力低於設定值時（shí），其觸點會動作（zuò），將（jiāng）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（gāo）低轉變成電阻值大小或其它電信號的一種（zhǒng）裝置。常見的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱（rè）電偶傳感（gǎn）器等。在數控機床上，溫度傳感器用來檢測溫度（dù）從而進行溫度補償或過熱保護。

在加工過程（chéng）中，電（diàn）動機的旋（xuán）轉、移動部件的移動、切削等都（dōu）會產生（shēng）熱（rè）量，且溫度分布不均勻，造（zào）成溫差，使數控（kòng）機床產生熱變形，影（yǐng）響零件加（jiā）工精度，為了避（bì）免溫（wēn）度產生（shēng）的影（yǐng）響，可在數控機床上某些（xiē）部（bù）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（kòng）係統，進行溫度補償。

此外，在電動機等（děng）需要過（guò）熱保護的地方，應埋設溫（wēn）度傳感器，過熱時通過數控係統進（jìn）行過熱報警。

刀具磨損的監控（kòng）

刀具磨損到一定程度會影響到工件的尺寸（cùn）精度和表麵粗糙度，因此，對刀具（jù）磨損要進行監控（kòng）。當刀具磨損時，機床（chuáng）主軸電（diàn）動機負荷增大，電動機的電流和電壓也會變化，功（gōng）率隨之改變，功（gōng）率變化（huà）可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，機車停止（zhǐ）運轉，此時，應及時進行刀具調整或更換（huàn）。

隨著傳感器和數控機（jī）床的發展，有些傳感器將被淘（táo）汰，如旋轉變壓器等，而（ér）新的傳感器將（jiāng）不（bú）斷出現，會使數控（kòng）機床更加（jiā）完善，自適應更強。