CNC数（shù）控系统上的传感器

由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特点（diǎn），数控系统在装备制造业中（zhōng）的应用越（yuè）来（lái）越广泛，数控机床（chuáng）是一种装有程序控制系统的自动化机床，能够根据已编好的程序，使机床动作并加工零件。它综合了机（jī）械、自动化、计算机（jī）、测量等最新技术，使用了从位移、位置、速度、压力、温度以及刀具磨损监控等方面在数（shù）控机床（chuáng）控制系统中的传感器。

位移监测传感（gǎn）器在数控机床（chuáng）中的应用

在数控机床上应用的传感器主（zhǔ）要有光电编码器（qì）、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器、电（diàn）流传感器、电压传感器、压力传感器、液位传感器、旋转变压器、感应同步器、速度传感器等,主要（yào）用来（lái）检（jiǎn）测（cè）位置、直线位移和角位移、速度、压力、温度等。

数控机床对传感器的要求

数控机床中的传感器通常要满足下列条件：

    （1）可靠性高和抗干扰性强；

    （2）满足精度（dù）和速度的要求；

    （3）使用维护方便，适合机床运行环境；

    （4）成本低。

不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大（dà）型机床要求速度响应高，中型和高精度数控机床以要求精度为主。

位移的检测

位（wèi）移检测的传感器主要有脉（mò）冲编码器、直线光栅、旋转变压器、感应同步器等（děng）。

1、脉冲编码器的（de）应用

脉冲编码器是（shì）一种角位移（转速）传感器，它（tā）能够（gòu）把机械转角（jiǎo）变成电脉冲。脉冲编码器可分为光电式（shì）、接触式和电磁式三种，其中，光电式应用比较多。

在图中，X轴和Z轴端部分别配有光电编码（mǎ）器，用于角位移（yí）测量和数字测速，角（jiǎo）位移通过丝杠螺距能间（jiān）接反映拖板或刀架的直线位移。

2、直线光栅的应用

直线光栅是（shì）利用光的（de）透射（shè）和反射现（xiàn）象制作而成，常用于位移测量，分（fèn）辨（biàn）力较高，测（cè）量（liàng）精（jīng）度（dù）比光电（diàn）编码器高，适应于动态测量。

在进给驱动中，光栅尺固定在床身上，其产生的脉冲信号直接反映了拖板的实（shí）际位置（zhì）。用光栅检测工作台位置的伺服系统是全闭环控制（zhì）系统。

3 、旋（xuán）转变（biàn）压器的应用（yòng）

旋转变压器（qì）是一种输出电压与角位（wèi）移量成连续（xù）函数关系的感应式微电机。旋转变压器由定子和转子组成，具体来说，它由一个铁心、两个定（dìng）子绕组和两个转子绕组组成，其原、副绕组分（fèn）别放置在（zài）定子、转子上，原、副绕组（zǔ）之间的电磁耦合程度与转子的转角有关。

旋转变压（yā）器在同步随动系统及数字随（suí）动系统中可（kě）用（yòng）于传递转角（jiǎo）或电信号；在解算装置中可作（zuò）为函数的解算之用，故也称为解算器。

旋转变（biàn）压器一般（bān）有两（liǎng）极绕组和（hé）四极绕组两种结构形式。两极绕组旋（xuán）转变压器（qì）的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。除（chú）此之外，还有多极（jí）式旋转变压器，用于高精（jīng）度绝对式检测系统。

4、感应同步器的应（yīng）用（yòng）

感应同步器（qì）是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变（biàn）化的原理制成的。其（qí）功能是（shì）将角度（dù）或直线位移转变成感应电动势的相（xiàng）位（wèi）或（huò）幅值，可用来测量直（zhí）线（xiàn）或转角（jiǎo）位移。按其结构可分为直线（xiàn）式和旋（xuán）转式两种。直线式感应同步器由定尺（chǐ）和滑尺两部（bù）分组成，定尺安装在机床床身上，滑尺安装于移动部（bù）件上，随工作台一起移动；旋转式感应同步器定子为固定的圆盘，转子为转动的圆盘。感应同步器具有较高的精度与分（fèn）辨力、抗干扰能（néng）力强（qiáng）、使用寿（shòu）命长、维护简单（dān）、长距离（lí）位（wèi）移测（cè）量、工艺性好、成本较低等优点。直线（xiàn）式感应（yīng）同步器目前被广泛地（dì）应（yīng）用于大位移静态与动态测量中，例如用于三坐标测量机、程（chéng）控数控机床（chuáng）、高精度（dù）重型机床及加工中心测量装置等。旋转式感应同步器则被广泛地用于机（jī）床和仪器的（de）转台以及各种回转伺服控制系统中（zhōng）。

位（wèi）置的检测

位置传感器（qì）可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位（wèi）移传（chuán）感器（qì）不（bú）同。位置传感器有接触式和接近式两种。

1、 接触式传感器的应用（yòng）

接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而（ér）动作，常见的有行程开关、二维矩（jǔ）阵式位置传感器等。行（háng）程开关结构简单、动作（zuò）可靠、价格低廉。当某（mǒu）个物体在（zài）运动（dòng）过程中，碰到行（háng）程开关时，其内部触头会动作，从而完成控制，如在加（jiā）工中心的X、Y、Z轴方向两（liǎng）端分别装有行程开关，则可以控制（zhì）移动范围。二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内侧，用于检测自身与某个物体（tǐ）的接触（chù）位置。

2、 接近开关的应（yīng）用（yòng）

接近开关是指当物体与其接近到设定距离时（shí）就可以发出“动作”信号的开关，它无（wú）需（xū）和物体直接接触。接近开关有很多（duō）种类，主要有自感式、差（chà）动（dòng）变压器（qì）式、电涡流式、电容式、干簧管、霍尔式等。

接近开关在（zài）数（shù）控机床上的（de）应用主要是刀架（jià）选（xuǎn）刀控制、工作台行程控制、油缸（gāng）及汽缸活塞行程控制等（děng）。

在刀架选刀（dāo）控制中，如图所示，从左至右的四个凸轮与接近开关SQ4～SQ1相对应，组成四位二进制编码（mǎ），每一个编码对应一个刀位，如0110对应6号刀位；接近开关SQ5用于奇（qí）偶（ǒu）校验，以减（jiǎn）少出错。刀架每转过一个刀位，就发出一个信号，该信号与数控（kòng）系统的刀位指（zhǐ）令进行比较，当刀架的刀位信号与指令刀位（wèi）信号相（xiàng）符时，表示选刀完成。

霍尔传感器是利用霍尔现象制成的传感器。将锗等（děng）半导体置于磁场中，在一个方向通以电流时，则在垂直的（de）方向上会（huì）出现电位差，这就是霍尔现象。将小磁体固定在运动部件上，当（dāng）部件靠近霍尔元件时，便产生霍尔现象，从而判断物体（tǐ）是否到位。

速度的检测

速度传感（gǎn）器是（shì）一种将（jiāng）速度转（zhuǎn）变成（chéng）电信号的传感器（qì），既可以检测直线速度，也可以检测角速度，常用的有（yǒu）测速发（fā）电机和脉冲编码器（qì）等。

测（cè）速发电机具有（yǒu）的（de）特点是：

（1）输出电压与（yǔ）转速严格成线性关系；

（2）输出电压与转速比的斜（xié）率大。可分（fèn）成交流和直流两类。

脉冲编码器（qì）在经过一个单位角位移时，便产生一个脉冲，配以定（dìng）时器便可检测出角速度。

在数控（kòng）机床中，速度传感（gǎn）器一般（bān）用于（yú）数控系统伺服单元的速度检测（cè）。

压力的检测

压力传感器是一（yī）种将压力转（zhuǎn）变成电信号的传感器。根据工作原理，可分为压电式传感器、压阻式传感器和电容（róng）式传感器。

它是检（jiǎn）测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量（liàng）的总称，也包括测量高于大气压的压力计以及测（cè）量低于大气压的真（zhēn）空计。

电容式压力传感器的电容量是由电极面积和两个电（diàn）极间的距离决定，因灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点近来得到了迅（xùn）速发展。在数控机床中，可（kě）用它对工件夹紧力进行检（jiǎn）测（cè），当（dāng）夹紧力小于设定值时（shí），会导致工（gōng）件松动，系统（tǒng）发出报警，停止走刀。另外（wài），还可用压力传感器检测车（chē）刀切削力的变化。再者，它还在润滑系统、液压系统、气压系统被用来检测油路或气路（lù）中的压力，当油路或气路中的压力低（dī）于设定（dìng）值时，其触（chù）点会动作（zuò），将故（gù）障信号送给数控系统。

温度的检测

温度传感器是一种将温度高低转变成电阻值大小或其它电信号的一种装置（zhì）。常见的有以铂、铜为主的热电（diàn）阻传感（gǎn）器、以（yǐ）半导体材料为主的热（rè）敏电阻传感器和热电偶传（chuán）感器等。在数控（kòng）机床上，温度传感（gǎn）器用来检测（cè）温度从而进行温度补偿或过热保护。

在加工过程中，电动机的旋转、移动部件（jiàn）的（de）移动、切削等都会产生热量（liàng），且温度分布不均匀，造成温差，使数控机床产生热变形，影响零件加工精度，为了避免温度产生（shēng）的影（yǐng）响，可在数控机床上某些部位装（zhuāng）设温度传感（gǎn）器，感受温度（dù）信号并转换成电信号送给（gěi）数控系统，进行温度（dù）补（bǔ）偿。

此（cǐ）外，在电动机等需要过热保护的地（dì）方（fāng），应埋设温度传感器，过热（rè）时通过（guò）数控系统进行（háng）过热报警。

刀具磨（mó）损的监控

刀具磨损到一（yī）定程（chéng）度会影响到工件的尺寸精度和表面（miàn）粗糙度（dù），因（yīn）此，对刀具磨（mó）损要进行监控。当（dāng）刀具磨损时，机床主轴电动机负荷增大，电动机的电流和电压也会变化，功率随之改变，功率变化可通过霍尔传感器检测。功（gōng）率变化（huà）到（dào）一定程度，数（shù）控系统发出报警信号，机车停止运转，此时，应及（jí）时进行刀具调整（zhěng）或更（gèng）换。

随（suí）着（zhe）传感器和数控机床的发展，有些传感器将被淘汰，如旋（xuán）转变压器等，而新的传感器将不断出现，会使（shǐ）数控机（jī）床更加完善，自适应更强。