CNC數（shù）控係統上（shàng）的傳感器（qì）

由於（yú）高精度、高速度、高效率（lǜ）及安全可靠的特點，數控係統在裝備（bèi）製造業中的應用越來越廣泛，數控（kòng）機（jī）床是一種裝有程序控製係統的自動化機床，能（néng）夠根據已編好的程序，使機床動作並加工零件。它綜（zōng）合了機械、自動化、計算機、測量等最新技術，使用了從位移、位（wèi）置、速度、壓力、溫度以（yǐ）及刀具磨損監控等方麵在數控機床控（kòng）製係統中的傳感器。

位移監測傳感（gǎn）器在數控機床中的應（yīng）用

在數控機床上應用的傳感器（qì）主要有光電編碼器、直線光柵、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳（chuán）感器、液位傳感器、旋轉變壓（yā）器、感應（yīng）同步器、速度傳（chuán）感器等,主要用來檢測位置、直線位移（yí）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（hù）方便，適合機床運（yùn）行環境；

    （4）成本低。

不同種類數控（kòng）機床對傳感器的要求也不盡相同，一般來（lái）說，大型機床要（yào）求速度響應高，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（chuán）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（bǎ）機械（xiè）轉角（jiǎo）變成電脈衝。脈衝編碼器（qì）可分為光（guāng）電式、接觸式和電磁式三種，其中，光電（diàn）式應用比較多。

在圖（tú）中，X軸（zhóu）和Z軸端部分別配有光電編碼（mǎ）器，用於角位移測量（liàng）和數字測速，角位移通過絲杠螺（luó）距能（néng）間接反映拖板或刀（dāo）架（jià）的直線位（wèi）移。

2、直線光柵（shān）的應用

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

在進給驅動中，光柵尺固定在床身（shēn）上，其產（chǎn）生的脈衝信號直接反映了拖（tuō）板的實際（jì）位置。用（yòng）光（guāng）柵檢測工作台位（wèi）置的伺服係統是全閉環控製係統。

3 、旋轉變壓器的應（yīng）用

旋轉變壓器是（shì）一種輸出（chū）電（diàn）壓（yā）與角位移量成連續（xù）函（hán）數關係的感應式微（wēi）電機。旋轉變壓器（qì）由定子和轉子組成，具體來說，它由一個鐵心、兩個定子（zǐ）繞組和兩個轉子繞（rào）組組成，其原、副繞組分別（bié）放置在定子（zǐ）、轉子上，原、副繞組之間的電磁（cí）耦合程度與轉（zhuǎn）子的轉角（jiǎo）有關。

旋轉（zhuǎn）變壓器在同步隨動係（xì）統及數字隨動係統中可用於傳遞轉角或電信號；在（zài）解（jiě）算裝置中可作為函數的解算之用，故也稱為解（jiě）算器。

旋轉變壓器一般有兩極繞組和四極繞組兩種結（jié）構形式（shì）。兩極繞組（zǔ）旋轉變壓（yā）器的定子（zǐ）和轉子各有一對磁極，四極繞（rào）組則各有兩（liǎng）對磁極（jí），主要用於高（gāo）精度的檢測係統。除此之外，還有多極式旋轉變壓器，用於（yú）高精度絕對式檢測係統。

4、感應同步器的（de）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。其功能是將角度或直線位移轉變成感應（yīng）電動勢的相位或幅值，可用來測量直（zhí）線或轉角位移。按其結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部（bù）分（fèn）組成，定尺安裝在機床床身（shēn）上，滑尺安裝於移（yí）動部件上，隨（suí）工作台一起移動；旋轉式感應同步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤（pán）。感應同步器（qì）具有較高的精度與分辨力、抗幹擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等優點。直線式感（gǎn）應同步器目前被廣泛地（dì）應用（yòng）於（yú）大位移靜態（tài）與動態測量中，例如用於三（sān）坐標測量機、程控數控機床、高精度重型機床及（jí）加工（gōng）中心（xīn）測量裝置等。旋轉式感應同步器則被廣泛地用於機床（chuáng）和儀器的轉（zhuǎn）台以及各（gè）種回轉伺服控（kòng）製係統中。

位置（zhì）的檢測

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

1、 接觸式傳感器的（de）應用

接（jiē）觸式（shì）傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行（háng）程（chéng）開（kāi）關、二維矩陣式（shì）位置傳感器等。行程（chéng）開關結構簡單、動（dòng）作可靠（kào）、價格低廉。當某個物體在運（yùn）動過程中，碰到行程開關時，其（qí）內部觸頭會（huì）動作，從而（ér）完成控（kòng）製，如在加（jiā）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內（nèi）側，用於檢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離時就可以發出“動作”信號的開關（guān），它無（wú）需和物體直接（jiē）接觸。接近開關有很多種類，主要有自感式、差動變壓器式、電渦流式（shì）、電容式、幹（gàn）簧管、霍爾式等（děng）。

接近開關在（zài）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（jià）選刀控製中，如圖（tú）所示，從左至右的四個凸輪與接近開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二進製編碼，每一個編碼對（duì）應一個刀位，如（rú）0110對應6號刀位；接近開關SQ5用於奇偶校驗，以減（jiǎn）少出錯。刀架每轉過一個刀（dāo）位，就發出（chū）一個信號，該信號與數控係統的刀位指令進行比較，當（dāng）刀架的刀位信號與指令刀位信號相符時，表示選刀完成。

霍爾傳感器是利用霍爾現象製成的傳感器。將鍺等半導體置於磁場中，在（zài）一個方向通以電（diàn）流（liú）時，則在垂直的方（fāng）向上會出現電位差，這就是霍爾現象。將小磁體固定在（zài）運動部件上，當部件靠（kào）近霍爾元件時，便產生霍爾現象（xiàng），從而判斷物體是否（fǒu）到（dào）位。

速度的檢測

速度傳感器是一種將速度轉變成電信號的傳（chuán）感器，既可以檢（jiǎn）測直線速度，也可（kě）以檢測角速度，常用的有（yǒu）測速發電機和脈衝編碼器等（děng）。

測速發電機具有的特點是：

（1）輸出（chū）電壓與轉速嚴格成線性關係；

（2）輸出電壓與轉速比的斜率（lǜ）大。可（kě）分成交流和直流（liú）兩類。

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

在數控機床中，速（sù）度傳感器一般用於（yú）數控係統伺服單元的速度檢測。

壓力的檢測

壓力傳感器是一種將壓力轉（zhuǎn）變成（chéng）電信號的傳感器。根（gēn）據（jù）工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感（gǎn）器和電容式傳感器。

它是檢測（cè）氣體、液體、固體等所有物質（zhì）間作用力能（néng）量的總稱（chēng），也包括測量高於大氣（qì）壓的壓力計以及（jí）測（cè）量低於大氣壓的真空（kōng）計。

電容式壓力傳感器的電容（róng）量是由電極麵積和兩個電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度（dù）穩定性好、壓（yā）力量程大等特點（diǎn）近（jìn）來得到了迅速（sù）發展。在數控（kòng）機床中（zhōng），可用它對工件夾緊（jǐn）力進行檢測，當夾緊力小於設定值（zhí）時，會導致工件鬆動，係統發出報警（jǐng），停止走刀。另外，還可用壓力傳感器（qì）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（yā）係統被用來檢測油路或氣路中的壓力，當油路或氣（qì）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統。

溫度的檢測

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

在加（jiā）工過程中，電動機的旋轉、移動部件的移動、切削等都會（huì）產（chǎn）生熱量（liàng），且溫（wēn）度分布（bù）不均勻（yún），造（zào）成溫差，使數控（kòng）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，可在數控機床上某些部位裝設溫度（dù）傳感器，感受溫度信號並轉換成電信號（hào）送給數控係（xì）統（tǒng），進行溫度補償。

此外，在電動機（jī）等需要過熱保護（hù）的地方，應埋設溫度傳感器，過熱時通過數控係統進（jìn）行過熱報警。

刀具磨損的監控

刀具磨損（sǔn）到一定程（chéng）度會影響到工件的尺寸精度和表麵（miàn）粗糙度，因此，對刀具磨（mó）損要進行監控。當刀具（jù）磨損時，機床主軸電動機負荷增（zēng）大（dà），電（diàn）動機的（de）電流（liú）和電壓也會變化，功率隨之改變，功率（lǜ）變（biàn）化（huà）可通過霍爾傳感器檢測。功率變（biàn）化到一（yī）定程度（dù），數控係統發（fā）出報警信號，機（jī）車（chē）停止運轉，此時，應及時進行刀具調整（zhěng）或更換。

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