傳感器在數控機床上的應用

5.1 接觸式傳感器的應用

接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開關、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關時，其內部觸頭會動作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關，則可以控制移動范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機械手掌內側，用于檢測自身與某個物體的接觸位置。

5.2 接近開關的應用

接近開關是指當物體與其接近到設定距離時就可以發出“動作”信號的開關，它無需和物體直接接觸。接近開關有很多種類，主要有自感式、差動變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。

接近開關在數控機床上的應用主要是刀架選刀控制、工作臺行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。

在刀架選刀控制中，如圖2所示，從左至右的四個凸輪與接近開關SQ4～SQ1相對應，組成四位二進制編碼，每一個編碼對應一個刀位，如0110對應6號刀位；接近開關SQ5用于奇偶校驗，以減少出錯。刀架每轉過一個刀位，就發出一個信號，該信號與數控系統的刀位指令進行比較，當刀架的刀位信號與指令刀位信號相符時，表示選刀完成。

圖2

霍爾傳感器是利用霍爾現象制成的傳感器。將鍺等半導體置于磁場中，在一個方向通以電流時，則在垂直的方向上會出現電位差，這就是霍爾現象。將小磁體固定在運動部件上，當部件靠近霍爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體是否到位。

6 速度的檢測

速度傳感器是一種將速度轉變成電信號的傳感器，既可以檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用的有測速發電機和脈沖編碼器等。

測速發電機具有的特點是：（1）輸出電壓與轉速嚴格成線性關系；（2）輸出電壓與轉速比的斜率大。可分成交流和直流兩類。

脈沖編碼器在經過一個單位角位移時，便產生一個脈沖，配以定時器便可檢測出角速度。

在數控機床中，速度傳感器一般用于數控系統伺服單元的速度檢測。

7 壓力的檢測

壓力傳感器是一種將壓力轉變成電信號的傳感器。根據工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。它是檢測氣體、液體、固體等所有物質間作用力能量的總稱，也包括測量高于大氣壓的壓力計以及測量低于大氣壓的真空計。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，因靈敏度高、溫度穩定性好、壓力量程大等特點近來得到了迅速發展。在數控機床中，可用它對工件夾緊力進行檢測，當夾緊力小于設定值時，會導致工件松動，系統發出報警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感器檢測車刀切削力的變化。再者，它還在潤滑系統、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。

8 溫度的檢測

溫度傳感器是一種將溫度高低轉變成電阻值大小或其它電信號的一種裝置。常見的有以鉑、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。在數控機床上，溫度傳感器用來檢測溫度從而進行溫度補償或過熱保護。

在加工過程中，電動機的旋轉、移動部件的移動、切削等都會產生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫差，使數控機床產生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫度產生的影響，可在數控機床上某些部位裝設溫度傳感器，感受溫度信號并轉換成電信號送給數控系統，進行溫度補償。

此外，在電動機等需要過熱保護的地方，應埋設溫度傳感器，過熱時通過數控系統進行過熱報警。

9 刀具磨損的監控

刀具磨損到一定程度會影響到工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此，對刀具磨損要進行監控。當刀具磨損時，機床主軸電動機負荷增大，電動機的電流和電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化可通過霍爾傳感器檢測。功率變化到一定程度，數控系統發出報警信號，機車停止運轉，此時，應及時進行刀具調整或更換。

10 結束語

以上介紹的傳感器在數控機床上的應用是目前的狀況，但隨著傳感器和數控機床的發展，有些傳感器將被淘汰，如旋轉變壓器等，而新的傳感器將不斷出現，會使數控機床更加完善，自適應更強。