傳感器在數(shù)控機床上的應(yīng)用

裴杰　高林武

摘 要：隨著機械加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的應(yīng)用越來越廣泛，在數(shù)控機床應(yīng)用了大量的先進技術(shù)，其中一個重要技術(shù)就是傳感器技術(shù)，那么，數(shù)控機床上的大量傳感器在發(fā)揮著重要的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床 傳感器 應(yīng)用

中圖分類號：TP212 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0034-01

數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。數(shù)控系統(tǒng)和機床的測量系統(tǒng)是現(xiàn)代數(shù)控機床的關(guān)鍵部件，尤其是機床的測量系統(tǒng)，它是保證機床高精度的前提條件。而傳感器則是測量系統(tǒng)的重要組成部分。

1 傳感器簡介

傳感器是一種能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。常用傳感器的輸出信號多為易于處理的電量，如電壓、電流、頻率等。傳感器的種類名目繁多，根據(jù)被測量的性質(zhì)進行分類，可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。

2 數(shù)控機床對傳感器的要求

（1）可靠性高和抗干擾性強；（2）滿足精度和速度的要求；（3）使用維護方便，適合機床運行環(huán)境；（4）成本低。

不同種類數(shù)控機床對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機床要求速度響應(yīng)高，中型和高精度數(shù)控機床以要求精度為主。

3 位置位移傳感器

數(shù)控機床應(yīng)用的傳感器最多的就是位置位移傳感器。由于位置位移傳感器在數(shù)控機床中的應(yīng)用，使得機械產(chǎn)品的在加工效率和加工精度方面都有了飛躍性的提高。位置與位移的檢測方法有許多種，目前在市場上的位置及位移傳感器主要有以下幾種：模擬式位置傳感器、數(shù)字式位置傳感器等、接近式傳感器（接近開關(guān)）。

（1）位置傳感器，位置傳感器在數(shù)控機床上應(yīng)用最多的是行程開關(guān)、接近開關(guān)、磁開關(guān)等，它們感應(yīng)機械部件的位置向系統(tǒng)發(fā)出開關(guān)信號，是系統(tǒng)控制機械部件的工作。

在數(shù)控機床上，對于每個進給軸都安裝有三個行程開關(guān)控制機床的行程以及機床零點的位置，比如說數(shù)控銑床的X軸，在X軸的兩端各有一個行程開關(guān)，當(dāng)X軸象征向移動的時候，當(dāng)撞塊壓上行程開關(guān)的觸頭，行程開關(guān)的常開觸點閉合，將信號送給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)會發(fā)出讓X軸停止的指令，X軸將停止移動。行程開關(guān)的位置決定了X軸在這個方向上的最遠(yuǎn)移動位置，同時保護機床。在X軸上還安裝有一個負(fù)責(zé)機床X軸回零時的減速信號的行程開關(guān)，當(dāng)機床在回參考點時，當(dāng)X軸快速移動到這個行程開關(guān)位置，行程開關(guān)觸點被壓下，向系統(tǒng)發(fā)出減速信號，并發(fā)出指令尋找Z脈沖，當(dāng)找到后停止移動，并認(rèn)定本位置點就是X軸的機床零點。對于安裝在X軸上的這三個行程開關(guān)，分別在機床的三個重要位置給出信號，使機床對于坐標(biāo)及限位的位置有了準(zhǔn)確的定位。

接近開關(guān)、磁開關(guān)在數(shù)控機床上的應(yīng)用也很多，主要是在刀庫上的應(yīng)用，將刀庫的位置、機械手的位置、刀庫的數(shù)刀信號等這些位置信號傳遞給數(shù)控系統(tǒng)，是數(shù)控系統(tǒng)能夠精確的控制刀庫的自動換刀。

（2）位移傳感器，位移傳感器在數(shù)控機床上的應(yīng)用也很多，主要是用來檢測數(shù)控機床床移動的直線位移量或者角度位移量。其中常見的有光電編碼器、光柵尺、磁柵尺等。數(shù)控機床很重要的一個指標(biāo)就是進給運動的位置定位誤差和重復(fù)定位誤差，要提高位置控制精度就必須采用高精度的位置檢測裝置。下面以數(shù)控車床上的位移傳感器為例，拖板的橫向運動為Z軸，由Z軸進給伺服電動機通過Z軸滾珠絲杠來實現(xiàn)；拖扳上刀架的徑向運動為X軸，由X軸進給伺服電動機通過X軸滾珠絲杠來實現(xiàn)。伺服電動機端部配有光電編碼器，用于角位移測量和數(shù)字測速。角位移通過絲杠螺距能間接反映拖板或刀架的直線位移。

隨著伺服電動機帶動拖板運動，光電編碼器產(chǎn)生與直線位移S成正比的脈沖信號，該信號反映了拖板的實際位置值，并作為位置反饋信號，與數(shù)控系統(tǒng)運算獲得的位置指令進行比較，生成位置偏差信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路生成速度控制信號，并與速度反饋信號比較后，經(jīng)信號調(diào)節(jié)和功率驅(qū)動拖動伺服電機，經(jīng)滾珠絲杠螺母副帶動拖板繼續(xù)作直線運動。當(dāng)拖板運動至位置反饋信號與數(shù)控系統(tǒng)運算獲得的位置相同時，伺服電動機停轉(zhuǎn)，于是拖板就停在位置指令Pc所規(guī)定的位置處。

由此可見，光電編碼器的分辨力決定了工作臺實際位移值的精度，從而影響到數(shù)控機床位置控制的精度。數(shù)控機床中的角編碼器多采用光電編碼器，一般位置測量選用增量式，重要的測量選用絕對式。

另外，與伺服電動機同軸聯(lián)接的光電編碼器一方面用于測量絲杠的角位移；另一方面也可用于數(shù)字測速，產(chǎn)生速度反饋信號。

4 壓力傳感器

數(shù)控機床涉及到機、電、液、氣和光等各方面技術(shù)，任何一個環(huán)節(jié)出錯就會影響到數(shù)控機床的正常運行。在數(shù)控機床上，壓力傳感器的應(yīng)用保證了數(shù)控機床的正常運行。

數(shù)控機床工件夾緊力的檢測中使用壓力傳感器，數(shù)控機床加工前，自動將毛坯送到主軸卡盤中并夾緊，夾緊力由壓力傳感器檢測，當(dāng)夾緊力小于設(shè)定值時，將導(dǎo)致工件松動，這時控制系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，停止走刀。

在潤滑、液壓、氣動等系統(tǒng)中，均安裝有壓力傳感器，對這些輔助系統(tǒng)隨時進行監(jiān)控，保證數(shù)控機床的正常運行。

5 溫度傳感

溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換成其他物理量的變化后再進行測量的一種裝置。如熱電偶、金屬熱電阻、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、集成溫度傳感器等。數(shù)控機床中應(yīng)用有大量的電氣元件、電機等，在電氣元件工作的時候會產(chǎn)生大量的熱，溫度過高會燒毀電氣元件。比如說，伺服電機工作的時候，由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生大量的熱量，但溫度高到一定高度時將會燒毀電機，所以當(dāng)溫度達到一定高度時必須讓電機停止工作，那么系統(tǒng)就需要通過電機內(nèi)部的溫度傳感器來了解點技能不的溫度情況，在必要時產(chǎn)生報警。同樣數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部、電氣柜內(nèi)均要裝有溫度傳感器，在溫度過高時產(chǎn)生報警，防止燒毀電氣元件。所以在數(shù)控機床上，溫度傳感器用來檢測溫度，同時將信息傳遞給系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的報警，對數(shù)控機床起到保護作用。

傳感器在數(shù)控機床中占據(jù)重要的地位，它監(jiān)視和測量著數(shù)控機床的每一步工作過程，保證數(shù)控機床的正常運行。

參考文獻

[1] 梁森.自動檢測與自動轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2007.

[2] 裴培.傳感器技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2001.endprint