CNC數（shù）控係（xì）統上的傳感器

由（yóu）於高（gāo）精度、高速度、高（gāo）效率及安全可靠（kào）的（de）特點，數控係統在裝備製造業中的應用（yòng）越來（lái）越（yuè）廣泛，數控機床是一（yī）種裝有程序控製係統的自動化機（jī）床，能夠根據（jù）已編好的（de）程序，使機床（chuáng）動作並加工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量等最新技術（shù），使用了從位（wèi）移（yí）、位置、速度、壓力、溫度以及刀具磨損監控等方（fāng）麵在數控機床控製係統中的傳感器。

位移監測傳感器在數控機床中的應用（yòng）

在數控機床（chuáng）上應用的傳感器主（zhǔ）要有光電編碼器、直線光柵、接近（jìn）開關、溫度傳感器（qì）、霍爾傳感器、電流傳感器、電（diàn）壓傳感器、壓力傳感器、液位傳感（gǎn）器、旋轉變壓器、感應同步器、速度傳感器等,主要用來檢測位置、直線位移和（hé）角位移、速度、壓力、溫度等。

數控機床對傳感器的要求（qiú）

數控機床中的傳感器通常要滿足下列條件：

    （1）可靠性高和（hé）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（yùn）行環境；

    （4）成本（běn）低。

不同種類數控機床對傳感器的要求也（yě）不盡相同，一般來說，大（dà）型機床要求速度響（xiǎng）應高，中型和高精度數控機床以要求精度為主。

位移的檢測

位移檢測的傳感器主要有脈衝編碼器、直線（xiàn）光柵、旋（xuán）轉變壓器、感應同步器等。

1、脈衝編碼器的應用

脈衝（chōng）編碼器是一種角位移（轉速）傳感器，它（tā）能夠把機械轉角變成電脈衝。脈衝編碼（mǎ）器可分為光電式（shì）、接觸式和電磁式三種，其（qí）中，光電式應用比較多。

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

2、直線光柵的應用

直線光柵是利用光的（de）透射和（hé）反射現象製作而成，常用於位移測量，分辨力較高，測量精度比光電編碼（mǎ）器高，適應於（yú）動態測量（liàng）。

在（zài）進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其產生的脈衝信號直接反映了拖板的（de）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

旋轉變壓（yā）器是一種輸出電壓與角（jiǎo）位（wèi）移量成連續（xù）函數關係的感應式微電機。旋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（zhuǎn）子繞組組成，其原（yuán）、副繞組分別放置在定子、轉子上，原、副繞（rào）組之間（jiān）的電磁耦合程度與轉子的轉角有關。

旋轉變壓（yā）器在同步隨動係（xì）統及數字隨動係統中可用於傳遞轉角（jiǎo）或電信號；在解算裝置中可作為函數的解算之（zhī）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（jí）繞組旋轉（zhuǎn）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，主要用於高精度的檢測係統。除此之外（wài），還有多（duō）極式旋轉（zhuǎn）變壓器（qì），用於高精度絕對（duì）式檢測係統。

4、感應同步器的（de）應用

感應同步器是利用（yòng）兩個平麵形繞組的互感隨位置不同而變化的原理（lǐ）製成的。其功能是將角度或直線位移轉變成感應電動勢的相位或幅（fú）值，可用來測量直線或轉角位移。按其結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感（gǎn）應同步器由定尺和滑（huá）尺兩部分組成，定尺安（ān）裝在（zài）機床床身上（shàng），滑尺安裝於（yú）移動（dòng）部件上，隨工（gōng）作台一起移動（dòng）；旋轉式感應同步器定子為固定的圓（yuán）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（lì）、抗（kàng）幹擾能（néng）力強、使（shǐ）用壽命長、維護簡單、長距離（lí）位移測量（liàng）、工藝性好、成本（běn）較低等優點。直線式（shì）感應同步器目前（qián）被廣泛地應用於大位移（yí）靜態與動態測量中，例如用於三坐（zuò）標測量機、程控數控（kòng）機床、高精（jīng）度重型機床（chuáng）及加工中（zhōng）心測量（liàng）裝置（zhì）等。旋轉式感應同步器則被廣（guǎng）泛地用於機床和儀器的轉台以及各種回轉伺服控（kòng）製係（xì）統中。

位置的檢測

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

1、 接觸式傳感器的應用

接觸式傳感器的觸（chù）頭由兩個物體接觸（chù）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（gé）低廉。當（dāng）某個物（wù）體在運動過程中，碰（pèng）到行程開關時，其內部觸頭（tóu）會動作，從而完成控製，如（rú）在加工中心的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（zhǎng）內側，用於檢（jiǎn）測自身與某個物體的接觸位置。

2、 接（jiē）近（jìn）開關的（de）應用

接近開關是指當物體與其接近到設定距離（lí）時（shí）就可以發出“動作”信號的開關，它無需和（hé）物體直接接觸。接近開關有很多種類，主要有（yǒu）自感式、差動變（biàn）壓器式、電渦流式、電容式、幹簧管、霍爾式等。

接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（kòng）製、油（yóu）缸及汽缸活塞行程控製等。

在刀架選（xuǎn）刀控製中，如圖所示，從左至右（yòu）的四個凸輪與接近開關SQ4～SQ1相對應（yīng），組成四位二進製編碼（mǎ），每（měi）一個編碼對應一個刀位，如0110對應6號（hào）刀（dāo）位；接近開關SQ5用於（yú）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進行比較，當（dāng）刀架（jià）的刀位信號與（yǔ）指令刀位信號相符時，表示選（xuǎn）刀完成。

霍爾傳感器是利（lì）用（yòng）霍爾現象（xiàng）製成的傳感器（qì）。將鍺等半導體置（zhì）於磁場中，在一個方向通（tōng）以電流時，則在垂（chuí）直的方向上（shàng）會出現電位（wèi）差，這就是霍爾現（xiàn）象（xiàng）。將小磁體固定在（zài）運動部件上，當部件靠近霍爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物（wù）體是否到位。

速度的檢測

速度（dù）傳感（gǎn）器（qì）是（shì）一種將速度轉變成電信（xìn）號的傳感器，既可以檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用（yòng）的有測速發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（yǔ）轉速嚴格成線（xiàn）性（xìng）關係；

（2）輸（shū）出電壓（yā）與轉（zhuǎn）速比的（de）斜率大。可（kě）分成交流和直流兩類。

脈衝編碼器在經（jīng）過一個單位角位移時，便產生一個脈衝，配以定時器（qì）便可檢測出角（jiǎo）速度。

在數控機床中，速度傳感器一般用於數控係統伺服單元的速度檢測。

壓力的（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，可分為壓（yā）電式傳感器、壓阻式傳（chuán）感器和（hé）電容式傳感器（qì）。

它是檢測氣（qì）體、液體、固（gù）體等所有物質間作（zuò）用力能量的總稱，也包括測量高於（yú）大氣壓的壓力計以及測量低於大（dà）氣壓的真空計。

電容式壓力（lì）傳感器的電容量是由電極麵積和兩個電極間（jiān）的距離決定，因（yīn）靈敏度高、溫度穩定性好、壓力量程大等特點近來得到了迅速發展（zhǎn）。在（zài）數控機（jī）床中，可用它對工件夾緊力進行檢測，當夾緊力小於設定值（zhí）時，會（huì）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（xuē）力的（de）變化。再者，它還在潤（rùn）滑係統、液壓係統、氣壓（yā）係統被用來檢測油路或氣路中的壓力，當油路或氣路（lù）中的壓力低於設定值時（shí），其觸點會動作（zuò），將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低轉變成電阻值大小（xiǎo）或其（qí）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、以半導體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數控機（jī）床上，溫（wēn）度（dù）傳感器用來檢測溫度從而進（jìn）行溫度（dù）補償或過熱保護。

在（zài）加工過程（chéng）中，電動機的旋轉、移動部件的移（yí）動（dòng）、切（qiē）削等都會產生熱量，且溫度分布不均勻，造（zào）成溫差，使數控機床產生熱變形，影（yǐng）響零件加工精（jīng）度，為了避免溫度產生的影響，可在數控機（jī）床上某（mǒu）些部位裝設溫度傳感（gǎn）器，感受溫（wēn）度信（xìn）號並轉換成電信號送給數控係（xì）統，進行溫（wēn）度補償。

此外，在電動機等需要過熱（rè）保護的地方，應埋設（shè）溫度傳感器，過熱時（shí）通過數控係統進行過熱（rè）報警。

刀（dāo）具磨損的監控

刀具磨損到一定程（chéng）度會影響到工件的尺寸精度和表麵粗糙（cāo）度，因此（cǐ），對刀具磨損要進行監控（kòng）。當刀具磨損時，機床主軸電動機負荷增大，電動機的電流（liú）和電壓（yā）也（yě）會變化（huà），功（gōng）率隨之改變，功率變化（huà）可通過霍爾傳感器檢測。功（gōng）率變化到（dào）一（yī）定程度，數控係統發出報（bào）警信號，機車停止（zhǐ）運轉，此時，應及時進行刀具調整或更換。

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