CNC數控係統上的傳感器（qì）

由於高精（jīng）度、高速度、高效率及安全可靠的特點，數控（kòng）係統在裝備製造業中的應用越來越廣泛，數控機床是一種（zhǒng）裝有程序控製係統的（de）自動（dòng）化機床，能夠根據已（yǐ）編好的程序，使機床動作並加工零件。它綜合（hé）了機械、自動化、計算機、測量等最新技術，使用了從位移（yí）、位置、速度、壓力、溫度（dù）以及刀具磨損監控等方麵在數控（kòng）機床控製係統中的傳感器。

位移監測傳感器在數控（kòng）機床中的應用

在（zài）數控機床上應用（yòng）的傳感器主要有（yǒu）光電編碼器、直線光（guāng）柵（shān）、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓傳（chuán）感器、壓力傳感器、液位（wèi）傳感器、旋（xuán）轉變壓器、感應同步器、速度傳感器（qì）等（děng）,主要用來檢（jiǎn）測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。

數控機床對傳感器的要求

數控機床中的傳感（gǎn）器通常要滿足下（xià）列條件：

    （1）可靠性高和抗（kàng）幹擾性強；

    （2）滿足（zú）精度和速度的要求；

    （3）使用維護方便，適合機床運行環（huán）境；

    （4）成本低。

不（bú）同種類數控機床對傳感器的要（yào）求也不盡相同，一般來說，大型（xíng）機（jī）床要求速度響應高，中（zhōng）型和高精度數控機床以要求精度為主。

位（wèi）移的檢（jiǎn）測（cè）

位移檢測的傳感器主要有脈衝編碼（mǎ）器、直線光柵、旋轉變壓器、感應同步器（qì）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，它能夠把機械轉角變成電（diàn）脈衝。脈衝編碼器可分為光電式、接觸式和電磁式三種，其中，光（guāng）電式應用比較多。

在圖中，X軸和Z軸端部（bù）分別配有光電（diàn）編碼器，用於角位移測量和數字測（cè）速，角位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（guāng）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，測量精度比光（guāng）電編碼器高，適應於動態測量。

在進（jìn）給驅動中，光柵（shān）尺固定在床身上，其產生的脈衝信號直接反（fǎn）映了（le）拖板的實際位置。用光柵檢測工作台位置的伺服係統是全閉環（huán）控製係統。

3 、旋轉變壓器的應用（yòng）

旋轉變壓（yā）器是一（yī）種輸出電壓與角位移量成連續函（hán）數關係的感應式微電機（jī）。旋轉變壓器（qì）由定子（zǐ）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（zhuǎn）子繞組組成，其原、副繞組分別放（fàng）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（zhuǎn）變（biàn）壓（yā）器在同步隨動係統及數（shù）字（zì）隨動係統中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之用，故也稱為解算器。

旋轉變壓器一（yī）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和轉子各有一對磁極（jí），四極繞（rào）組則各有兩對磁極，主要用於高精度的（de）檢測係統。除此之外，還有多極式旋轉變壓器，用於高精度絕對式檢測（cè）係統。

4、感應同步器的應用

感應同步器是利用兩個平麵形繞（rào）組的互感隨位（wèi）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變成感應（yīng）電動勢的相位或幅值，可用來（lái）測量直線或轉角位移。按其結（jié）構可分為直線式和旋轉（zhuǎn）式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分（fèn）組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝於（yú）移動部件上，隨工作台一起移動；旋轉式感應同步器定子為固定（dìng）的（de）圓盤，轉子為轉動的圓盤。感（gǎn）應同步器具有較（jiào）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、成本較低等優點。直（zhí）線式感（gǎn）應同步器目前被廣泛地應用於大位移靜態與動態測量中（zhōng），例如用於（yú）三坐標測量（liàng）機、程控數控機床、高精（jīng）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泛地用於機床和儀器的轉台以及各種回轉伺服控製係統中。

位置的檢（jiǎn）測

位置（zhì）傳感器可用來檢測位（wèi）置，反映某種狀態的開（kāi）關，和（hé）位移傳（chuán）感器不同。位置傳感器有接觸式和接近式兩種。

1、 接觸式傳（chuán）感器的應用

接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接（jiē）觸擠壓（yā）而動作，常見的有行程開關、二（èr）維矩陣式位置傳感器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關（guān）時，其內部觸頭會動作，從而完（wán）成（chéng）控製，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端（duān）分別裝有行（háng）程開關，則可以控製移動（dòng）範圍。二維矩陣式位（wèi）置傳感器安裝於機械手掌內（nèi）側（cè），用於檢測自（zì）身（shēn）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離時就可以發出“動作”信號的開關，它無需和物體直（zhí）接接觸。接近（jìn）開關有很（hěn）多種類，主要有自感式、差動變壓器式、電渦流（liú）式、電容式、幹簧管、霍爾式（shì）等。

接近（jìn）開關在數控機床上的應用主要是刀架選刀（dāo）控製、工作台行（háng）程（chéng）控製、油缸及（jí）汽缸活塞（sāi）行程控製等。

在刀架選刀控（kòng）製中，如圖所示，從左至（zhì）右的四個凸輪與接近開關SQ4～SQ1相對（duì）應，組成四位二進製編碼，每一個編（biān）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。刀架每轉過一個刀位，就發出一個信號，該信（xìn）號（hào）與數控係統的刀（dāo）位指令進行（háng）比較，當刀架的刀（dāo）位（wèi）信號與指（zhǐ）令刀位信號相符時，表示（shì）選刀完成。

霍爾傳感器是利用霍爾現象製成的傳（chuán）感器。將鍺等半（bàn）導體置於磁場中（zhōng），在一個（gè）方向通以電（diàn）流時，則在（zài）垂（chuí）直的方向上會出現電（diàn）位差，這就（jiù）是（shì）霍爾（ěr）現（xiàn）象。將小磁體固定在運動部件上，當（dāng）部件靠近（jìn）霍爾元件時，便產生霍爾現象，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度轉變成（chéng）電信號的（de）傳感器，既可以檢（jiǎn）測直線速度，也可以檢測角速度，常用的（de）有測速發電機和脈衝編碼器等。

測速發（fā）電機具有的特點是：

（1）輸出電壓與轉速嚴格成線（xiàn）性關（guān）係；

（2）輸出電壓與轉速比的斜率大。可分成交流和直流兩類。

脈衝編碼器在經過（guò）一個（gè）單位角位移時，便產生一個脈衝，配以定時器便可（kě）檢測（cè）出角速度。

在數控機床中，速度傳感器一般用於數控係（xì）統伺服（fú）單元的速度檢（jiǎn）測。

壓力的檢測

壓力（lì）傳感（gǎn）器是一種（zhǒng）將壓力轉（zhuǎn）變成（chéng）電信號（hào）的傳感器。根據工作原理，可（kě）分為壓電式（shì）傳感器、壓阻式傳感器和電容（róng）式傳感器。

它是檢測氣體、液體、固體等所有物質間作用力能量的總稱，也包括測量高於大氣壓的壓力（lì）計以及測量低於大氣壓的（de）真空計（jì）。

電容式壓力（lì）傳感器的電容量是由電極麵積（jī）和（hé）兩個電極間（jiān）的距離決定，因靈敏度高、溫度穩（wěn）定性好（hǎo）、壓力量程大等特點近來得到了迅速發展。在數（shù）控機床中，可用它對工件夾緊力進行檢測（cè），當夾緊力小於設（shè）定值時，會導致工件鬆動，係統發出報警，停止走刀。另外，還可用壓力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（xì）統、氣（qì）壓係（xì）統被（bèi）用來檢測油路或氣路中的壓力，當（dāng）油路（lù）或（huò）氣路中的壓力低於設定值時，其觸點會動作，將故障信號送給數控係（xì）統。

溫度的檢測

溫度傳感器（qì）是一種將溫（wēn）度高低轉變成電阻值（zhí）大小或其它電（diàn）信號的一種裝置。常見的（de）有以鉑（bó）、銅為主的熱電阻傳感器、以半導體材料為主的（de）熱敏（mǐn）電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數（shù）控（kòng）機床上，溫度傳（chuán）感器用來檢測溫度（dù）從而（ér）進行溫度補償或過（guò）熱保護。

在加工過程中，電動機的旋（xuán）轉、移動部件（jiàn）的移（yí）動、切削等都會產生熱量，且（qiě）溫度分布不均勻，造（zào）成溫（wēn）差，使數控機床產生熱變形，影響零（líng）件加工精（jīng）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（xìn）號並轉換成電（diàn）信號（hào）送給數控係統，進行溫度補償。

此（cǐ）外，在電動機（jī）等（děng）需要過熱保護的地（dì）方，應埋（mái）設溫度傳感器，過熱時通過數控係統（tǒng）進行過熱報警。

刀具磨損的監控

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（duì）刀具磨損要進行監控。當刀具磨損時，機床主軸電動機負荷增大，電動機的電（diàn）流和（hé）電壓也會變化，功（gōng）率隨之（zhī）改變，功率變化可通（tōng）過霍爾傳感器檢（jiǎn）測。功率（lǜ）變化到一定程度，數（shù）控係統發出報（bào）警信號，機車停止運轉，此時，應及時進行刀（dāo）具調整或更換。

隨著（zhe）傳感器和數控機床的發展，有些傳感器將被淘（táo）汰，如旋轉變壓（yā）器等，而新的傳感器將不斷出現，會使數控機床更加完善，自適（shì）應更強。