傳感器在數控機床上的應用

裴杰　高林武

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

關鍵詞：數控機床 傳感器 應用

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

數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數控裝備是以數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造業的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域。數控系統和機床的測量系統是現代數控機床的關鍵部件，尤其是機床的測量系統，它是保證機床高精度的前提條件。而傳感器則是測量系統的重要組成部分。

1 傳感器簡介

傳感器是一種能感受規定的被測量，并按照一定的規律轉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，根據被測量的性質進行分類，可分為位移、力、力矩、轉速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。

2 數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，適合機床運行環境；（4）成本低。

不同種類數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高，中型和高精度數控機床以要求精度為主。

3 位置位移傳感器

數控機床應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控機床中的應用，使得機械產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、數字式位置傳感器等、接近式傳感器（接近開關）。

（1）位置傳感器，位置傳感器在數控機床上應用最多的是行程開關、接近開關、磁開關等，它們感應機械部件的位置向系統發出開關信號，是系統控制機械部件的工作。

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

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

（2）位移傳感器，位移傳感器在數控機床上的應用也很多，主要是用來檢測數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。數控機床很重要的一個指標就是進給運動的位置定位誤差和重復定位誤差，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；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。伺服電動機端部配有光電編碼器，用于角位移測量和數字測速。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，與數控系統運算獲得的位置指令進行比較，生成位置偏差信號，經信號轉換電路生成速度控制信號，并與速度反饋信號比較后，經信號調節和功率驅動拖動伺服電機，經滾珠絲杠螺母副帶動拖板繼續作直線運動。當拖板運動至位置反饋信號與數控系統運算獲得的位置相同時，伺服電動機停轉，于是拖板就停在位置指令Pc所規定的位置處。

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，從而影響到數控機床位置控制的精度。數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字測速，產生速度反饋信號。

4 壓力傳感器

數控機床涉及到機、電、液、氣和光等各方面技術，任何一個環節出錯就會影響到數控機床的正常運行。在數控機床上，壓力傳感器的應用保證了數控機床的正常運行。

數控機床工件夾緊力的檢測中使用壓力傳感器，數控機床加工前，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，當夾緊力小于設定值時，將導致工件松動，這時控制系統將發出報警信號，停止走刀。

在潤滑、液壓、氣動等系統中，均安裝有壓力傳感器，對這些輔助系統隨時進行監控，保證數控機床的正常運行。

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、負溫度系數熱敏電阻、集成溫度傳感器等。數控機床中應用有大量的電氣元件、電機等，在電氣元件工作的時候會產生大量的熱，溫度過高會燒毀電氣元件。比如說，伺服電機工作的時候，由于轉子的高速旋轉會產生大量的熱量，但溫度高到一定高度時將會燒毀電機，所以當溫度達到一定高度時必須讓電機停止工作，那么系統就需要通過電機內部的溫度傳感器來了解點技能不的溫度情況，在必要時產生報警。同樣數控系統內部、電氣柜內均要裝有溫度傳感器，在溫度過高時產生報警，防止燒毀電氣元件。所以在數控機床上，溫度傳感器用來檢測溫度，同時將信息傳遞給系統產生相應的報警，對數控機床起到保護作用。

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

參考文獻

[1] 梁森.自動檢測與自動轉換技術[M].機械工業出版社，2007.

[2] 裴培.傳感器技術[M].機械工業出版社，2001.endprint