論傳感器在數控機床上的應用

熊建華+李聰

摘 要：文章主要是研究傳感器在數控機床上面的實際應用，數控機床在各種自動化加工中充分發揮了自身的優勢，在新的形勢下，傳感器技術的發展為數控機床的加工提供了一個新的技術更新，將傳感器應用到數控機床將是制造業自動化技術新的里程碑。

關鍵詞：傳感器 數控機床 傳感器的作用

數控機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因而得以在制造業發展中得到普及，我們很熟悉數控加床的加工原理即通過編程控制機器的自動化加工，在其自動化加工中包括了很多的新型技術，比如機械、電子等，在這里應用比較多的就是傳感器技術。

一、傳感器在數控機床的主要應用

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

1.1 脈沖編碼器的應用

脈沖編碼器是一種角位移（轉速）傳感器，它能夠把機械轉角變成電脈沖。其中包括光電式、接觸式和電磁式，在實際應用中光電式應用最為廣泛。具體的感應原理是角位移通過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控應用

工作原理是利用光的透射和反射現象制作，常用于位移測量，其主要優點是測量的分辨力較高，測量精度比光電編碼器高，比較適合不平衡狀態的測量也就是動態監測。在進給驅動中，拖板的實際位置可以通過固定在床身上的光柵尺的脈沖信號直接反映。一般而言選擇用光柵檢測工作臺位置的伺服系統要去是全閉環控制系統。

1.3 旋轉變壓器的應用

輸出電壓與角位移量成連續函數關系是旋轉變壓器的工作原理，在使用上就是利用了這個特點進行檢測。定子和轉子是旋轉變壓器的組成部件，通俗一點解釋就是它由一個鐵心、兩個定子繞組和兩個轉子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉子的轉角有關。

1.4 感應同步器的應用

我們熟悉的有直線式和旋轉式，直線式感應同步器主要由定尺和滑尺組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝于移動部件上，隨工作臺一起移動；旋轉式感應同步器定子為固定的圓盤，轉子為轉動的圓盤。不管是哪種類型的感應同步器，其主要工作原理是將角度或直線位移轉變成感應電動勢的相位或幅值，間接測量直線或轉角位移。

感應同步器的制造是用兩個平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制成的，特點是感應同步器具有較高的精度與分辨力、抵抗外界干擾能力較強、一般來說使用壽命長且維護簡單，特別適用于長距離位移測量，另外還具備工藝性好、成本較低等優點。直線式和旋轉式各自具備獨特之處，應用的領域也有所不同，比如直線式感應同步器被廣泛地應用于大位移靜態與動態測量中，例如用于三坐標測量機、程控數控機床等，旋轉式感應同步器則被廣泛地用于機床和儀器的轉臺以及各種回轉伺服控制系統中。

2.位置的檢測

檢測位置主要有接觸式傳感器，接近開關的應用以及霍爾傳感器三種。

3.速度的檢測

速度傳感器的原理是把被測物體的速度轉變成相關的電信號，通過觀察電信號的輸出來測量速度的變化，檢測的內容包括直線速度，也可以是角速度等，一般我們選擇測速發電機和脈沖編碼器來進行測量。兩種型號的傳感器都有各自的特點，測速發電機主要是輸出電壓與轉速嚴格成線性關系，輸出電壓與轉速之比的斜率大，根據發電機的電流不同可分成交流和直流兩類。 脈沖編碼器的特點是經過一個單位角位移時，就會產生一個脈沖，通過我們配置的定時器就可以計算出速度的變化量。數控機床中速度傳感器一般用于數控系統伺服單元的速度檢測，這也是速度傳感器在數控加工的主要應用。

4.壓力的檢測

壓力傳感器的工作原理是將外界收到的壓力通過傳感器轉變成對應的電信號，進而觀察電信號的變化測量壓力的變化。應對不同加工需要，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電極間的距離決定，我們在一些物理知識中也可以接觸到，這種壓力傳感器由于靈敏度高、溫度穩定性好、壓力量程大等特點得到了迅速發展，在數控機床中，不僅可以利用其對工件夾緊力進行檢測，還可用壓力傳感器檢測車刀切削力的變化。除此之外，在潤滑系統、液壓系統、氣壓系統被用來檢測油路或氣路中的壓力，當油路或氣路中的壓力低于設定值時，其觸點會動作，將故障信號送給數控系統，由于本身具備了很大的實踐價值，在數控加工中越來越多的被采用，目前壓力傳感器以及保準化和專業化。

5.溫度的檢測

溫度傳感器用來檢測溫度從而進行溫度補償或過熱保護，在數控加工中發揮了很大的作用，其工作原理是將溫度高低轉變成電阻值大小或其它電信號，間接進行測量。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加工過程中的溫差變化，還可以自動進行溫差補償，及時解決加工過程因為溫差變化導致的各種誤差。此外在需要過載保護的場合一般都會設置溫度傳感器，只要溫度超過設定值就會自動報警或者切斷電源。

6.刀具磨損的監控

刀具磨損會制造很大的加工誤差，我們可以利用傳感器進行檢測。刀具磨損會造成機床主軸電動機負荷增大，繼而影響電流和電壓的變化，根據P=uv，功率P就會發生相應的改變，這個時候我們就可以利用霍爾傳感器進行檢測，最后準確掌握刀具的磨損情況，及時進行調整。當刀具磨損導致的功率變化超過一定的數值，系統就會自動切斷電源，方便及時更換刀具，確保加工不因為刀具的問題影響其精度。

二、結束語

數控機床和傳感器都是制造加工現代化的重要技術，只有將兩者最大程度的組合才能推動制造技術的自動化發展，隨著時代的發展和技術的革新，文章中的有一些傳感器已經慢慢的退出了制造業加工的舞臺，這是技術發展的必然趨勢，不管如何，準確利用傳感器在數控技術加工的應用，對于我國制造業自動化的發展具有不可替代的作用。

參考文獻

[1]宋旻昊.數控加工中心的控制系統改造與實現[D].東北大學，2012.

[2]王衛兵.傳感器技術及其應用實例[M].機械工業出版社，2016.