傳感器在數控機床上的設計應用

由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特點，在制造業技術設備更新中，數控機床正迅速地在企業得到普及。數控機床是一種裝有程序控制系統的自動化機床，能夠根據已編好的程序，使機床動作并加工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量、微電子等最新技術，使用了多種傳感器，本文介紹的是各種各樣的傳感器在數控機床上的應用。

2 傳感器簡介

傳感器是一種能夠感受規定的被測量，并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，其輸入信號（被測量）往往是非電量，輸出信號常常為易于處理的電量，如電壓等。

傳感器種類很多，分類標準不一樣，叫法也不一樣，常見的有電阻傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、溫度傳感器、壓電式傳感器、霍爾傳感器、熱電偶傳感器、光電傳感器、數字式位置傳感器等。在數控機床上應用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵、接近開關、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、旋轉變壓器、感應同步器、速度傳感器等,主要用來檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。

3 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。

4 位移的檢測

位移檢測的傳感器主要有脈沖編碼器、直線光柵、旋轉變壓器、感應同步器等。

4.1 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。脈沖編碼器可分為光電式、接觸式和電磁式三種，其中，光電式應用比較多。

在圖1中，X軸和Z軸端部分別配有光電編碼器，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。

4.2 直線光柵的應用

直線光柵是利用光的透射和反射現象制作而成，常用于位移測量，分辨力較高，測量精度比光電編碼器高，適應于動態測量。

在進給驅動中，光柵尺固定在床身上，其產生的脈沖信號直接反映了拖板的實際位置。用光柵檢測工作臺位置的伺服系統是全閉環控制系統。

4.3 旋轉變壓器的應用

旋轉變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續函數關系的感應式微電機。旋轉變壓器由定子和轉子組成，具體來說，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。

4.4 感應同步器的應用

感應同步器是利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。其功能是將角度或直線位移轉變成感應電動勢的相位或幅值，可用來測量直線或轉角位移。按其結構可分為直線式和旋轉式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，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。感應同步器具有較高的精度與分辨力、抗干擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等優點。直線式感應同步器目前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、高精度重型機床及加工中心測量裝置等。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。