CNC數控係（xì）統上的傳感器

由於高（gāo）精度、高速度、高效率及安全可靠的特點，數（shù）控（kòng）係統在裝備製造業中的應用越來越廣泛（fàn），數控機床是一種裝有程序控（kòng）製係統的自動化（huà）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（jī）械、自動化、計算機、測量等最新技術，使用了從位移、位置（zhì）、速度、壓力、溫度以及刀具磨損監控等方麵在數（shù）控機床控製係統中的傳感器。

位移（yí）監測傳感器在數（shù）控機床中的應用

在數控機床上應用的傳感器（qì）主要有光電編碼器、直線（xiàn）光柵、接近開關（guān）、溫度傳感器、霍爾傳（chuán）感器（qì）、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、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

數控機床中的傳感器通常要滿足下列條件：

    （1）可靠（kào）性高和抗幹擾性強；

    （2）滿足精度和速度的要求；

    （3）使用維（wéi）護方便（biàn），適合機床運行環境；

    （4）成本低。

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

位移的（de）檢測

位移檢測的傳感器主要有脈衝編碼器、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（轉速）傳感器，它能夠把機械轉角變成電（diàn）脈衝（chōng）。脈衝編碼器可分（fèn）為光電式、接觸式和電磁（cí）式三種（zhǒng），其中，光電式應用比（bǐ）較多。

在圖中，X軸和Z軸端部分別配有光電編碼器，用於角位移測量和數字測速，角（jiǎo）位移通過絲（sī）杠螺距能間（jiān）接反映拖板或刀架的直線位移。

2、直線（xiàn）光柵的應用

直線光柵是利用光的透射和反射現（xiàn）象製作而成，常用於位移測量，分辨力較高，測量精度比（bǐ）光電編碼器高，適應於動態測量。

在進（jìn）給驅動中，光柵尺固定在（zài）床身上，其產生的脈（mò）衝信號直接反映了拖（tuō）板的實際（jì）位置。用光柵檢測工作台位置的伺服係統是全閉環控（kòng）製係統。

3 、旋轉變壓（yā）器的應用

旋轉變（biàn）壓器是一（yī）種輸出電壓與角位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（hé）轉子組成，具（jù）體（tǐ）來說，它由一個鐵心、兩個定（dìng）子繞組和兩（liǎng）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（biàn）壓器在同步隨動係統及數字隨動係統中可用於傳遞轉角或電（diàn）信號；在解算裝置中可作（zuò）為函數的解算之用，故也稱為解算器。

旋轉變（biàn）壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種（zhǒng）結（jié）構形式。兩極繞組旋轉變壓器（qì）的定子和轉子各有一對磁極（jí），四極繞組則各有兩對磁極，主要用於高精度的檢測係統。除此之外，還有多極式（shì）旋轉變壓器，用於高精度絕對（duì）式檢測係統。

4、感應同步器的應用

感應同步器是（shì）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。其功能是將角度（dù）或直線位移（yí）轉變成感應電動（dòng）勢的相位或幅值（zhí），可用來測（cè）量（liàng）直（zhí）線或轉角位移（yí）。按其結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定（dìng）尺安裝在機床床身上，滑尺安裝於移動部件上，隨工作台一起移動；旋轉式感（gǎn）應同步器定（dìng）子為（wéi）固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤。感（gǎn）應同步器具有較高的精度與（yǔ）分辨（biàn）力、抗幹擾能（néng）力強、使用壽命長、維護簡（jiǎn）單（dān）、長距離位（wèi）移測量、工藝性好、成本較低等優點。直線式感應同步器目前（qián）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、高精度重型機床及加工中心測量裝置等（děng）。旋轉式感應同步器則（zé）被廣泛地用於機床和儀器的轉台（tái）以及各種回轉伺服控製係統中。

位置的檢測（cè）

位置傳感器可用來檢測位置，反映某種（zhǒng）狀態的開關（guān），和（hé）位移傳感器不同。位（wèi）置傳感器有接觸式（shì）和接近式兩種。

1、 接觸式傳（chuán）感（gǎn）器的（de）應用（yòng）

接觸式傳感器的（de）觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行（háng）程開關、二維矩陣式位置傳感器等。行程（chéng）開關結構簡單、動作可靠、價（jià）格低廉。當某（mǒu）個物體在運動過程（chéng）中，碰到行程開關（guān）時，其內部觸頭會動作，從而（ér）完成（chéng）控製，如在加工中心的（de）X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關，則可以控製移動範圍。二維矩陣式位置傳感器安裝於機械手掌內側，用於檢（jiǎn）測自身與某個物體的接觸位置。

2、 接近開關的應用

接近開關是指當物體與其接近到設定距（jù）離時就可以發出“動作”信號的開關，它（tā）無需和物體直接接（jiē）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（guǎn）、霍爾式（shì）等（děng）。

接（jiē）近開關在數控機床上的應用主要是刀架選刀控製（zhì）、工作台行程控製、油缸及汽缸活（huó）塞（sāi）行程控製等（děng）。

在刀架選刀控製中，如圖所示，從左至右（yòu）的四個凸輪與接近（jìn）開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二進製編碼，每一個編碼對應一個（gè）刀位，如（rú）0110對應6號刀（dāo）位（wèi）；接近開（kāi）關SQ5用於奇偶校驗，以減少出錯。刀架每轉過一個刀位，就發出一個信號，該信號與數控係統的刀位指令（lìng）進行比較，當刀架的刀（dāo）位信號與指（zhǐ）令刀位信號相符時（shí），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。將鍺等半導體置於（yú）磁場中，在（zài）一個方（fāng）向（xiàng）通以電流時，則在垂直的方向上會（huì）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（jìn）霍爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體是（shì）否到位。

速（sù）度的檢測

速度傳感（gǎn）器是一種將速（sù）度轉變成電信號的傳感器，既可以檢測直線速度，也可（kě）以檢（jiǎn）測角速度（dù），常用的有測速發電（diàn）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；

（2）輸出（chū）電壓與（yǔ）轉速比的斜率大。可分成交（jiāo）流和直流兩類。

脈衝編碼器在經過一個單位角位移（yí）時，便產生一個脈衝，配以定時器便可檢測出角速（sù）度。

在數（shù）控機床中（zhōng），速度傳感器一（yī）般用於數控係統伺服（fú）單（dān）元的速度檢測。

壓（yā）力的（de）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（gōng）作原理，可（kě）分（fèn）為壓電（diàn）式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。

它是檢測氣體、液體、固體等所有物（wù）質間作用力能量（liàng）的總稱，也包括測量（liàng）高於大氣壓的（de）壓力計以及測量低於大氣壓（yā）的真（zhēn）空計。

電容式壓力傳（chuán）感器的電容（róng）量是由電極麵積和兩個電極間的距（jù）離決定，因靈敏度高、溫度穩定性好、壓（yā）力量程大等特點近來得（dé）到了迅速發展。在數控機床中，可用它對工件夾緊力（lì）進（jìn）行檢測，當夾緊力（lì）小於設定值時，會導致（zhì）工件鬆動，係統發出報警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感（gǎn）器檢測車刀（dāo）切削（xuē）力的變（biàn）化。再（zài）者，它還（hái）在潤滑係統（tǒng）、液壓係統、氣壓係統被用來檢（jiǎn）測油路或氣路中（zhōng）的壓力，當油路或氣路（lù）中的壓力低於設（shè）定值時，其觸點會動作，將故障信（xìn）號送給數控係統（tǒng）。

溫度的檢測

溫度（dù）傳感器是一種將溫度高低轉變成電阻（zǔ）值大小或其它電信號的一種裝置。常見的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導體（tǐ）材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電（diàn）偶傳（chuán）感器等（děng）。在數控機床上，溫度傳感器（qì）用來檢測溫度從而進行溫度補償或過熱（rè）保護。

在加工過程中，電（diàn）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（bù）不均勻，造成（chéng）溫差，使數控機床產生熱變（biàn）形，影響零件加工精度，為了避免溫度產生的（de）影響，可在數控機床（chuáng）上某些部位（wèi）裝設（shè）溫度傳感器，感受溫度信（xìn）號（hào）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，過熱時通過數控係統進行過熱報警。

刀具（jù）磨損（sǔn）的監控

刀具磨損到一定（dìng）程度（dù）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（yào）進行監控。當刀具磨（mó）損時，機床主軸電動機負荷（hé）增大，電（diàn）動機的電流和電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化（huà）可（kě）通過霍爾傳感器檢測。功率變化到一定程度，數控係統發出報警信號，機車停止（zhǐ）運轉，此時（shí），應及時進行刀具調整或更換。

隨著（zhe）傳感器和（hé）數控機床的發展，有些傳感器將被淘汰，如旋轉變壓器等，而新的傳感器（qì）將（jiāng）不斷出現，會使數控機床更加完善，自適應更強。