CNC數控係統上的傳感器（qì）

由於高精度、高速度、高效率及安全可靠的特點，數控係統在裝備（bèi）製造業中（zhōng）的應用越來越廣泛，數控機床是一種裝有程序控製係統的自動化（huà）機床（chuáng），能夠根（gēn）據已編好的程序，使（shǐ）機床動（dòng）作並加工零件。它綜合了機械、自動化、計（jì）算機、測量等最新技術，使用了從位移、位（wèi）置、速度、壓力、溫度以及刀具磨損監控（kòng）等方麵在數控（kòng）機床控製係統中的（de）傳感器（qì）。

位移監測傳感器在數控機床中的應（yīng）用（yòng）

在數控機床上應用的傳感器主要有光電編碼器（qì）、直線光柵、接近開（kāi）關、溫度傳（chuán）感器、霍（huò）爾傳感器、電流傳感器、電壓（yā）傳感（gǎn）器、壓（yā）力傳感器（qì）、液（yè）位傳感器、旋轉變壓器（qì）、感（gǎn）應（yīng）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（yí）、速度、壓（yā）力、溫度等。

數控機床對傳感器（qì）的要求

數控（kòng）機床中的傳感器通常要滿足下列條件：

    （1）可靠性高和抗幹擾（rǎo）性（xìng）強；

    （2）滿足精度和速度的（de）要求；

    （3）使用維護方便，適（shì）合機床運行環境；

    （4）成本低。

不同種類數控機床對傳感器（qì）的要（yào）求（qiú）也不盡相同，一（yī）般來說，大（dà）型機床要求速（sù）度響應高，中型和高精度數控（kòng）機床以要求精度為主。

位移的檢測

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（bù）器等。

1、脈衝（chōng）編碼器的應用

脈衝編碼器是一種角（jiǎo）位移（轉速）傳（chuán）感器，它能夠把機械轉角變成電脈衝。脈衝編碼器（qì）可分為光電（diàn）式、接觸式和電磁（cí）式三種（zhǒng），其中，光電（diàn）式應用（yòng）比較多。

在圖（tú）中，X軸和Z軸端部分別（bié）配有光電（diàn）編碼器，用於角（jiǎo）位（wèi）移測量和數字測速，角位移通過絲杠螺距（jù）能（néng）間接反映拖板或刀架的直線位移。

2、直線光柵的應用

直線光柵是利用光的透（tòu）射和反射現象製作而成，常用（yòng）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（cè）量。

在進（jìn）給驅動中，光柵（shān）尺固定（dìng）在床身（shēn）上，其產（chǎn）生的脈衝信號直接反映了拖板的（de）實際位（wèi）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壓與角位移量（liàng）成連續函數關係的感（gǎn）應（yīng）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（zǔ）和兩個轉子繞組組成，其原、副繞組（zǔ）分（fèn）別放（fàng）置在定子（zǐ）、轉子上（shàng），原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉（zhuǎn）子的轉角有關。

旋轉變壓器在同步隨動係統及數字隨動係統中可用（yòng）於傳遞（dì）轉角或電信號；在解算裝置（zhì）中可（kě）作為函數的解（jiě）算之用，故也稱為解算器。

旋轉變壓器一般（bān）有兩極繞（rào）組（zǔ）和四極繞組兩種結構形式。兩極繞組（zǔ）旋轉變壓器的定子和轉子各有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主（zhǔ）要用於高精度的檢測係統。除此之（zhī）外，還有多極式旋轉變（biàn）壓器（qì），用於高精度絕對（duì）式檢測（cè）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。其功能是將角度（dù）或直線位移轉變成感（gǎn）應（yīng）電動勢的相位或幅值，可用（yòng）來測量直線或轉角位移。按其結構（gòu）可分為直線式和（hé）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，滑尺安裝於移動部件上，隨工作台一起移動；旋轉式感應同步（bù）器定子為固定的圓盤，轉（zhuǎn）子為轉動的圓盤。感應（yīng）同步器具有較高的精（jīng）度與分辨力（lì）、抗幹（gàn）擾能力強、使用（yòng）壽命長、維護簡單、長距（jù）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（yú）大（dà）位移靜態（tài）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（jí）加工中心測量裝置等。旋轉式感應同步器則被廣泛地用（yòng）於機（jī）床和儀器的（de）轉台以及各種回轉伺服控製係統中。

位置的檢測

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

1、 接（jiē）觸式傳感器（qì）的應用

接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的（de）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（zhōng），碰到行程（chéng）開關時，其內（nèi）部觸頭（tóu）會動（dòng）作，從而（ér）完成控製，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分（fèn）別裝有行程開（kāi）關，則可以控製（zhì）移動範圍（wéi）。二（èr）維矩陣式位置傳感器（qì）安裝於機械手（shǒu）掌內側，用於檢測（cè）自身與某（mǒu）個物體的接觸位置（zhì）。

2、 接近開關的應用

接近開關是指（zhǐ）當物體與其接近到設定（dìng）距離時就可以發出“動作”信號的開（kāi）關，它無需和物體直接接觸。接近（jìn）開關有很多（duō）種類，主要有自感式、差動變壓（yā）器式、電渦流式、電容式、幹簧管、霍爾式等。

接近（jìn）開關在數控機床上的應用（yòng）主要是刀架選刀控製、工作台行程控製、油缸及汽缸（gāng）活塞行程控製等。

在刀架選（xuǎn）刀控（kòng）製（zhì）中，如圖所示，從左至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，每一個編碼對應一個刀位，如0110對應6號刀位；接（jiē）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（gè）信號，該信號與數控係統的刀位指令（lìng）進行比較，當刀架的刀位信號與指令刀位信號相符（fú）時，表示選（xuǎn）刀完成。

霍爾傳感器（qì）是利（lì）用霍（huò）爾現象製成的傳感器。將鍺等半導體置於磁場中，在一個方向通以電流時，則在垂直的方向上會出現電位（wèi）差，這就（jiù）是霍爾現象。將小磁體固定（dìng）在運動部件（jiàn）上，當部件靠近霍爾元件時，便產生霍爾現（xiàn）象，從而判斷物（wù）體是否到位。

速度的檢測

速度（dù）傳（chuán）感器是一種將速度轉變成電信號的傳（chuán）感器，既可以檢測直線速度，也可（kě）以檢測角速度，常用的有測速發（fā）電機和脈衝（chōng）編（biān）碼器等。

測速發（fā）電（diàn）機具有的特點是（shì）：

（1）輸出（chū）電壓（yā）與轉（zhuǎn）速嚴格成線性關係；

（2）輸出電壓與轉（zhuǎn）速比的斜率大。可分成交流（liú）和直流兩類。

脈衝編碼器在經過一個單位角位移時，便（biàn）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，速度傳感器一般用於數控係統伺服（fú）單元的速（sù）度檢測。

壓力的檢測

壓力傳感器是一種將壓（yā）力（lì）轉變成電信號的傳感器。根據工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。

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

電容式壓力傳感（gǎn）器的電容量是由電極麵積和兩個電極（jí）間的距（jù）離決定，因（yīn）靈敏度（dù）高（gāo）、溫度（dù）穩（wěn）定性好（hǎo）、壓力量程大等特點近來得到（dào）了迅速發展。在數控機床中，可用（yòng）它（tā）對工件夾緊力進行（háng）檢測，當夾緊力小於設定值時，會導致工（gōng）件鬆動，係（xì）統發出報警，停止走刀。另外，還可用壓力（lì）傳感（gǎn）器（qì）檢測車刀切削力的變化。再者，它（tā）還在潤（rùn）滑係統、液壓（yā）係統、氣壓係統被用來檢測油路或氣路中的壓力，當油路或氣路中的壓力低於設（shè）定值時，其觸點會動作，將故障信號（hào）送給數（shù）控係統。

溫度的檢（jiǎn）測

溫（wēn）度傳感器是一種將溫度高（gāo）低轉變成電阻值大（dà）小或其它電信號的一種裝置。常（cháng）見的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感（gǎn）器、以半（bàn）導體（tǐ）材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電（diàn）偶傳感器等。在數控（kòng）機床上，溫度（dù）傳感器用來檢測溫（wēn）度從（cóng）而（ér）進行溫度補償或過熱保護。

在加工過程中，電動機的旋轉、移動部件的移動（dòng）、切削（xuē）等都會產生熱量，且溫度分布不均勻，造（zào）成溫差，使數控機床產生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫度產生的影響，可在（zài）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（diàn）動機（jī）等需要過熱保護的地方（fāng），應埋設溫度傳感器，過熱時通過數控係統進行過熱報警。

刀具磨損的監控

刀具磨損（sǔn）到（dào）一定程度會影響到工件的（de）尺寸精度和表麵粗糙度，因此，對刀具磨損（sǔn）要進行（háng）監（jiān）控。當刀（dāo）具磨損時，機（jī）床主（zhǔ）軸電動機負荷增大，電動機（jī）的電流和電壓也（yě）會變化，功率隨之改變，功率變化可通過霍爾傳感（gǎn）器檢測。功率變化到一定程度，數控係統發（fā）出報警信號，機車停止運轉（zhuǎn），此（cǐ）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（de）發展，有（yǒu）些傳感器將被淘汰，如旋轉變壓器等，而新的傳感（gǎn）器將不斷出現（xiàn），會使數控機（jī）床更加完善（shàn），自適應更強。