熊建華+李聰

摘 要：文章主要是研究傳感器在數(shù)控機(jī)床上面的實(shí)際應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床在各種自動(dòng)化加工中充分發(fā)揮了自身的優(yōu)勢(shì)，在新的形勢(shì)下，傳感器技術(shù)的發(fā)展為數(shù)控機(jī)床的加工提供了一個(gè)新的技術(shù)更新，將傳感器應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床將是制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)新的里程碑。

關(guān)鍵詞：傳感器 數(shù)控機(jī)床 傳感器的作用

數(shù)控機(jī)床由于本身具備了高精度、高速度、高效率以及加工安全可靠的特點(diǎn)因而得以在制造業(yè)發(fā)展中得到普及，我們很熟悉數(shù)控加床的加工原理即通過(guò)編程控制機(jī)器的自動(dòng)化加工，在其自動(dòng)化加工中包括了很多的新型技術(shù)，比如機(jī)械、電子等，在這里應(yīng)用比較多的就是傳感器技術(shù)。

一、傳感器在數(shù)控機(jī)床的主要應(yīng)用

1.位移的檢測(cè)，常見(jiàn)的用于位移檢測(cè)的傳感器有脈沖編碼器、直線光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。不同的傳感器操作的原理以及方法又有差異。

1.1 脈沖編碼器的應(yīng)用

脈沖編碼器是一種角位移（轉(zhuǎn)速）傳感器，它能夠把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。其中包括光電式、接觸式和電磁式，在實(shí)際應(yīng)用中光電式應(yīng)用最為廣泛。具體的感應(yīng)原理是角位移通過(guò)絲杠螺距能間接反映拖板或刀架的直線位移。

1.2 直線光柵傳感器的數(shù)控應(yīng)用

工作原理是利用光的透射和反射現(xiàn)象制作，常用于位移測(cè)量，其主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的分辨力較高，測(cè)量精度比光電編碼器高，比較適合不平衡狀態(tài)的測(cè)量也就是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，拖板的實(shí)際位置可以通過(guò)固定在床身上的光柵尺的脈沖信號(hào)直接反映。一般而言選擇用光柵檢測(cè)工作臺(tái)位置的伺服系統(tǒng)要去是全閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1.3 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用

輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系是旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理，在使用上就是利用了這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。定子和轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)變壓器的組成部件，通俗一點(diǎn)解釋就是它由一個(gè)鐵心、兩個(gè)定子繞組和兩個(gè)轉(zhuǎn)子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉(zhuǎn)子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。

1.4 感應(yīng)同步器的應(yīng)用

我們熟悉的有直線式和旋轉(zhuǎn)式，直線式感應(yīng)同步器主要由定尺和滑尺組成，定尺安裝在機(jī)床床身上，滑尺安裝于移動(dòng)部件上，隨工作臺(tái)一起移動(dòng)；旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器定子為固定的圓盤，轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤。不管是哪種類型的感應(yīng)同步器，其主要工作原理是將角度或直線位移轉(zhuǎn)變成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的相位或幅值，間接測(cè)量直線或轉(zhuǎn)角位移。

感應(yīng)同步器的制造是用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制成的，特點(diǎn)是感應(yīng)同步器具有較高的精度與分辨力、抵抗外界干擾能力較強(qiáng)、一般來(lái)說(shuō)使用壽命長(zhǎng)且維護(hù)簡(jiǎn)單，特別適用于長(zhǎng)距離位移測(cè)量，另外還具備工藝性好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。直線式和旋轉(zhuǎn)式各自具備獨(dú)特之處，應(yīng)用的領(lǐng)域也有所不同，比如直線式感應(yīng)同步器被廣泛地應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)量中，例如用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、程控?cái)?shù)控機(jī)床等，旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器則被廣泛地用于機(jī)床和儀器的轉(zhuǎn)臺(tái)以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中。

2.位置的檢測(cè)

檢測(cè)位置主要有接觸式傳感器，接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用以及霍爾傳感器三種。

3.速度的檢測(cè)

速度傳感器的原理是把被測(cè)物體的速度轉(zhuǎn)變成相關(guān)的電信號(hào)，通過(guò)觀察電信號(hào)的輸出來(lái)測(cè)量速度的變化，檢測(cè)的內(nèi)容包括直線速度，也可以是角速度等，一般我們選擇測(cè)速發(fā)電機(jī)和脈沖編碼器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。兩種型號(hào)的傳感器都有各自的特點(diǎn)，測(cè)速發(fā)電機(jī)主要是輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格成線性關(guān)系，輸出電壓與轉(zhuǎn)速之比的斜率大，根據(jù)發(fā)電機(jī)的電流不同可分成交流和直流兩類。 脈沖編碼器的特點(diǎn)是經(jīng)過(guò)一個(gè)單位角位移時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，通過(guò)我們配置的定時(shí)器就可以計(jì)算出速度的變化量。數(shù)控機(jī)床中速度傳感器一般用于數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測(cè)，這也是速度傳感器在數(shù)控加工的主要應(yīng)用。

4.壓力的檢測(cè)

壓力傳感器的工作原理是將外界收到的壓力通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，進(jìn)而觀察電信號(hào)的變化測(cè)量壓力的變化。應(yīng)對(duì)不同加工需要，壓力傳感器又分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和兩個(gè)電極間的距離決定，我們?cè)谝恍┪锢碇R(shí)中也可以接觸到，這種壓力傳感器由于靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、壓力量程大等特點(diǎn)得到了迅速發(fā)展，在數(shù)控機(jī)床中，不僅可以利用其對(duì)工件夾緊力進(jìn)行檢測(cè)，還可用壓力傳感器檢測(cè)車刀切削力的變化。除此之外，在潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)被用來(lái)檢測(cè)油路或氣路中的壓力，當(dāng)油路或氣路中的壓力低于設(shè)定值時(shí)，其觸點(diǎn)會(huì)動(dòng)作，將故障信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)，由于本身具備了很大的實(shí)踐價(jià)值，在數(shù)控加工中越來(lái)越多的被采用，目前壓力傳感器以及保準(zhǔn)化和專業(yè)化。

5.溫度的檢測(cè)

溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償或過(guò)熱保護(hù)，在數(shù)控加工中發(fā)揮了很大的作用，其工作原理是將溫度高低轉(zhuǎn)變成電阻值大小或其它電信號(hào)，間接進(jìn)行測(cè)量。此種傳感器的制造材料一般是以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導(dǎo)體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。溫度傳感器的主不僅用于檢測(cè)加工過(guò)程中的溫差變化，還可以自動(dòng)進(jìn)行溫差補(bǔ)償，及時(shí)解決加工過(guò)程因?yàn)闇夭钭兓瘜?dǎo)致的各種誤差。此外在需要過(guò)載保護(hù)的場(chǎng)合一般都會(huì)設(shè)置溫度傳感器，只要溫度超過(guò)設(shè)定值就會(huì)自動(dòng)報(bào)警或者切斷電源。

6.刀具磨損的監(jiān)控

刀具磨損會(huì)制造很大的加工誤差，我們可以利用傳感器進(jìn)行檢測(cè)。刀具磨損會(huì)造成機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大，繼而影響電流和電壓的變化，根據(jù)P=uv，功率P就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，這個(gè)時(shí)候我們就可以利用霍爾傳感器進(jìn)行檢測(cè)，最后準(zhǔn)確掌握刀具的磨損情況，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)?shù)毒吣p導(dǎo)致的功率變化超過(guò)一定的數(shù)值，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)切斷電源，方便及時(shí)更換刀具，確保加工不因?yàn)榈毒叩膯?wèn)題影響其精度。

二、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床和傳感器都是制造加工現(xiàn)代化的重要技術(shù)，只有將兩者最大程度的組合才能推動(dòng)制造技術(shù)的自動(dòng)化發(fā)展，隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的革新，文章中的有一些傳感器已經(jīng)慢慢的退出了制造業(yè)加工的舞臺(tái)，這是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，不管如何，準(zhǔn)確利用傳感器在數(shù)控技術(shù)加工的應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)制造業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展具有不可替代的作用。

參考文獻(xiàn)

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