裴杰　高林武

摘 要：隨著機械加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的應用越來越廣泛，在數(shù)控機床應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(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)控機床上應用最多的是行程開關(guān)、接近開關(guān)、磁開關(guān)等，它們感應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X軸象征向移動的時候，當撞塊壓上行程開關(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(guān)，當機床在回參考點時，當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(guān)，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(guān)、磁開關(guān)在數(shù)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(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(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，當夾緊力小于設(shè)定值時，將導致工件松動，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、負溫度系數(shù)熱敏電阻、集成溫度傳感器等。數(shù)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(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