試述接近開關在機床改造中的應用

滕飛

摘 要：隨著工業化的發展，舊機床的數控化改造始終是一個難以解決的問題，機床的陳舊不僅會降低企業生產的效率，造成過多的生產成本浪費，還會對企業未來的發展造成嚴重阻礙。接近開關是一種理想型的電子開關量化傳感器，雖然在使用中會存在著一定的局限性。但是，只需對其進行適當的改進與優化，就可以順利的將其應用與機床改造當中，實現舊機床的數控化改造。因此，本文采用實驗測試的方法研究了接近開關在機床改造中的應用。

關鍵詞：接近開關；機床改造；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.028

近年來，國內企業的舊機床故障較多，一旦將舊機床淘汰，購置新機床的費用便會超出企業財務預算的范圍，對企業造成經濟壓力，不利于資金的正常運轉。因此，許多企業致力于研究舊機床的數控化改造技術，使舊機床可以重新發揮作用，不僅節約了企業采購新設備的成本，還促進了舊機床的廢物利用。

1 系統結構原理

接近開關是一種新型的電子開關量化傳感器，具有體積小、響應速度快、頻率高、抗干擾能力強等特點，對工作環境要求較低，可以在各種惡劣的環境下進行工作，尤其是在機床改造的中作用十分明顯。接近開關在使用過程中不會增加各被感應元件的力矩，也不會與其他元件產生摩擦。本次機床改造實驗的對象是一臺進口的大型加工中心，該設備在主軸位置上的反饋原件已經徹底損壞，若要安裝主軸編碼器，在空間上略微擁擠。因此，無法實現刀庫的自動換刀，如果不對該設備進行更換，就必須使用數控化的改造技術，對舊設備進行改造，使其可以重新發揮作用。由于本次實驗的目的在于研究接近開關在機床改造中的應用，因此，采用在主軸上安裝一個接近開關的方法，間接實現了主軸的精確定位，達到刀庫自動換刀的目的。如圖1所示：

此圖1就是接近開關在機床改造中應用的原理圖，電動機通過自身的運動拖動主軸產生運動，接近開關則安裝早主軸的另一端，主軸的每次旋轉都會使進階開關輸出一次信號，系統可以根據接近開關輸出的信號，來決定刀庫換刀的位置。

2 接近開關輸出信號改進

雖然，接近開關在使用的過程中優勢較為明顯，是一種理想的電子開關量傳感器。但是，接近開關在數控機床改造的應用中，還是存在著明顯的不足。例如：開關相應的頻率、定位精度等方面。因此，必須要對接近開關的信號輸出系統進行技術改進，使其工作電壓、響應頻率以及信號的穩定性方面都可以滿足實際工作的要求。接近開關在信號傳輸系統改進后的特征如下：

首先，接近開關要采用三線制，其中兩根電線接DV24V的電源，第三根電線接伺服驅動單元，用來輸出信號。接近開關在工作的過程中，工作電流不能大于50Ma。其次，接近開關信號感應的距離在2～3mm之間，感應面的直徑和寬度不能超過12mm。接近開關的信號輸出系統，可以以NPN或者是PNP兩種型號的信號進行輸出，參數可以靈活的進行選擇。最后，在調試接近開關信號傳輸的穩定性時，由于接近開關輸出信號鏈接了伺服驅動單元，因此，減少了其對伺服驅動單元的干擾，進一步對接近開船的傳輸信號進行了濾波和調理，確保信號輸出的穩定性。

3 接近開關改進信號實驗

（1）實驗方法。本次實驗的目的在于研究接近開關改進信號的方法，實驗使用了虛擬儀器軟件平臺和配套的數據采集板卡、信號調理設備等實驗器材，以實現對改進信號的測試。實驗中，以一個電動機帶動一個普通的光電編碼器，而接近開關便是連接在這臺普通的光電編碼器上，通過編碼器的轉動，近接開關將編碼器轉動產生的信號發送給測試平臺，與此同時，測試平臺也會受到編碼器傳來的信號，通過這個虛擬儀器軟件平臺，記錄它們在不同的速度、旋轉方向下的信號特征，并將其進行比較。如圖2所示。從圖2中我們可以看出，PA、PB、PZ是編碼器傳出的信號，而IO則是改進后的接近開關傳出的信號，將它們同時輸入上位機測試系統進行測試實驗，系統分別將PA、PB的數值以及PZ、IO的信號上升沿與下降沿間的數值進行了記錄，用來確定改進后的接近開關，在信號輸出方面的一致性與穩定性。

（2）測試結果。此次測試實驗，分別按照順時針以及逆時針的兩個方向，以四種不同的速度進行了測試。并記錄下編碼器輸出信號PA、PB運行一圈的上升沿與下降沿的個數，以及PZ和改進后接近開關輸出信號IO的計數值。以及IO信號自身兩個沿間PA、PB的計數值。數值記錄完成以后，虛擬測試平臺又分別在不同的轉速以及運行方向下，分別記錄下不同的波形，并以次為依據對測試結果展開了分析。

（3）結果分析。從實驗結果來看，接近開關輸出信號和編碼器一圈信號間的計數值受電動機轉速及運動方向的影響較小，最大脈沖數量可以達到六個。在對接近開關進行改造以后，信號自身的最大脈沖偏差數為五個，考慮到此次實驗使用的編碼器屬于普通編碼器。因此，可以適當的方框定位偏差，但必須保證其高于普通機床所用編碼器的定位精度。如此一來，改造后的接近開關信號傳輸的質量與穩定性方面效果都不錯。作為一款用于改造的數控機床，其作用在與滿足客戶對定位精度及重復定位精度的要求，使刀庫的自動換刀工作得以實現。

（4）接近開關的改良。在機床改造中使用接近開關，雖然實現了機床的數控化改造，使舊機床重新投入到生產一線中，大大提高了加工中心的生產效率。但是，接近開關在使用中還是存在著一定的缺陷與問題。例如：在使用的過程中，接近開關會時常發生故障，導致信號響應方面出現問題；由于接近開關缺乏保護裝置，生產中的粉塵或油污也會對接近開關的使用造成一定的影響。為了排除接近開關在使用中存在的問題，除了使用實驗測試中的方法以外，還可以通過減少接近開關磨損的方法對接近開關進行使用，確保其使用質量及壽命。

4 總結

綜上所述，通過對接近開關在機床改造中應用的研究實驗，證明了使用接近開關實現舊機床數控化改造的可能性。針對實驗測試中，接近開關存在的問題與缺陷，對接近開關進行了改良，使其在使用的過程中，效果更佳。實踐證明，接近開關可以在機床改造中進行使用，大大提高了加工中心的生產效率，具有廣泛的應用意義。

參考文獻：

[1]何林萍.電感式接近開關在礦山自動控制系統中的應用[J].科技傳播，2012（04）.