裴杰　高林武

摘 要：隨著機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來越廣泛，在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用了大量的先進(jìn)技術(shù)，其中一個(gè)重要技術(shù)就是傳感器技術(shù)，那么，數(shù)控機(jī)床上的大量傳感器在發(fā)揮著重要的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 傳感器 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（b）-0034-01

數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域。數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床的測量系統(tǒng)是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，尤其是機(jī)床的測量系統(tǒng)，它是保證機(jī)床高精度的前提條件。而傳感器則是測量系統(tǒng)的重要組成部分。

1 傳感器簡介

傳感器是一種能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。常用傳感器的輸出信號(hào)多為易于處理的電量，如電壓、電流、頻率等。傳感器的種類名目繁多，根據(jù)被測量的性質(zhì)進(jìn)行分類，可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。

2 數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求

（1）可靠性高和抗干擾性強(qiáng)；（2）滿足精度和速度的要求；（3）使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；（4）成本低。

不同種類數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機(jī)床要求速度響應(yīng)高，中型和高精度數(shù)控機(jī)床以要求精度為主。

3 位置位移傳感器

數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的傳感器最多的就是位置位移傳感器。由于位置位移傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，使得機(jī)械產(chǎn)品的在加工效率和加工精度方面都有了飛躍性的提高。位置與位移的檢測方法有許多種，目前在市場上的位置及位移傳感器主要有以下幾種：模擬式位置傳感器、數(shù)字式位置傳感器等、接近式傳感器（接近開關(guān)）。

（1）位置傳感器，位置傳感器在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最多的是行程開關(guān)、接近開關(guān)、磁開關(guān)等，它們感應(yīng)機(jī)械部件的位置向系統(tǒng)發(fā)出開關(guān)信號(hào)，是系統(tǒng)控制機(jī)械部件的工作。

在數(shù)控機(jī)床上，對(duì)于每個(gè)進(jìn)給軸都安裝有三個(gè)行程開關(guān)控制機(jī)床的行程以及機(jī)床零點(diǎn)的位置，比如說數(shù)控銑床的X軸，在X軸的兩端各有一個(gè)行程開關(guān)，當(dāng)X軸象征向移動(dòng)的時(shí)候，當(dāng)撞塊壓上行程開關(guān)的觸頭，行程開關(guān)的常開觸點(diǎn)閉合，將信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出讓X軸停止的指令，X軸將停止移動(dòng)。行程開關(guān)的位置決定了X軸在這個(gè)方向上的最遠(yuǎn)移動(dòng)位置，同時(shí)保護(hù)機(jī)床。在X軸上還安裝有一個(gè)負(fù)責(zé)機(jī)床X軸回零時(shí)的減速信號(hào)的行程開關(guān)，當(dāng)機(jī)床在回參考點(diǎn)時(shí)，當(dāng)X軸快速移動(dòng)到這個(gè)行程開關(guān)位置，行程開關(guān)觸點(diǎn)被壓下，向系統(tǒng)發(fā)出減速信號(hào)，并發(fā)出指令尋找Z脈沖，當(dāng)找到后停止移動(dòng)，并認(rèn)定本位置點(diǎn)就是X軸的機(jī)床零點(diǎn)。對(duì)于安裝在X軸上的這三個(gè)行程開關(guān)，分別在機(jī)床的三個(gè)重要位置給出信號(hào)，使機(jī)床對(duì)于坐標(biāo)及限位的位置有了準(zhǔn)確的定位。

接近開關(guān)、磁開關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用也很多，主要是在刀庫上的應(yīng)用，將刀庫的位置、機(jī)械手的位置、刀庫的數(shù)刀信號(hào)等這些位置信號(hào)傳遞給數(shù)控系統(tǒng)，是數(shù)控系統(tǒng)能夠精確的控制刀庫的自動(dòng)換刀。

（2）位移傳感器，位移傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用也很多，主要是用來檢測數(shù)控機(jī)床床移動(dòng)的直線位移量或者角度位移量。其中常見的有光電編碼器、光柵尺、磁柵尺等。數(shù)控機(jī)床很重要的一個(gè)指標(biāo)就是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位置定位誤差和重復(fù)定位誤差，要提高位置控制精度就必須采用高精度的位置檢測裝置。下面以數(shù)控車床上的位移傳感器為例，拖板的橫向運(yùn)動(dòng)為Z軸，由Z軸進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)通過Z軸滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)；拖扳上刀架的徑向運(yùn)動(dòng)為X軸，由X軸進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)通過X軸滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)。伺服電動(dòng)機(jī)端部配有光電編碼器，用于角位移測量和數(shù)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。

隨著伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)拖板運(yùn)動(dòng)，光電編碼器產(chǎn)生與直線位移S成正比的脈沖信號(hào)，該信號(hào)反映了拖板的實(shí)際位置值，并作為位置反饋信號(hào)，與數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算獲得的位置指令進(jìn)行比較，生成位置偏差信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路生成速度控制信號(hào)，并與速度反饋信號(hào)比較后，經(jīng)信號(hào)調(diào)節(jié)和功率驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)伺服電機(jī)，經(jīng)滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)拖板繼續(xù)作直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)拖板運(yùn)動(dòng)至位置反饋信號(hào)與數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算獲得的位置相同時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，于是拖板就停在位置指令Pc所規(guī)定的位置處。

由此可見，光電編碼器的分辨力決定了工作臺(tái)實(shí)際位移值的精度，從而影響到數(shù)控機(jī)床位置控制的精度。數(shù)控機(jī)床中的角編碼器多采用光電編碼器，一般位置測量選用增量式，重要的測量選用絕對(duì)式。

另外，與伺服電動(dòng)機(jī)同軸聯(lián)接的光電編碼器一方面用于測量絲杠的角位移；另一方面也可用于數(shù)字測速，產(chǎn)生速度反饋信號(hào)。

4 壓力傳感器

數(shù)控機(jī)床涉及到機(jī)、電、液、氣和光等各方面技術(shù)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)就會(huì)影響到數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。在數(shù)控機(jī)床上，壓力傳感器的應(yīng)用保證了數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。

數(shù)控機(jī)床工件夾緊力的檢測中使用壓力傳感器，數(shù)控機(jī)床加工前，自動(dòng)將毛坯送到主軸卡盤中并夾緊，夾緊力由壓力傳感器檢測，當(dāng)夾緊力小于設(shè)定值時(shí)，將導(dǎo)致工件松動(dòng)，這時(shí)控制系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，停止走刀。

在潤滑、液壓、氣動(dòng)等系統(tǒng)中，均安裝有壓力傳感器，對(duì)這些輔助系統(tǒng)隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，保證數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。

5 溫度傳感

溫度傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換成其他物理量的變化后再進(jìn)行測量的一種裝置。如熱電偶、金屬熱電阻、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、集成溫度傳感器等。數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用有大量的電氣元件、電機(jī)等，在電氣元件工作的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的熱，溫度過高會(huì)燒毀電氣元件。比如說，伺服電機(jī)工作的時(shí)候，由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，但溫度高到一定高度時(shí)將會(huì)燒毀電機(jī)，所以當(dāng)溫度達(dá)到一定高度時(shí)必須讓電機(jī)停止工作，那么系統(tǒng)就需要通過電機(jī)內(nèi)部的溫度傳感器來了解點(diǎn)技能不的溫度情況，在必要時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。同樣數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部、電氣柜內(nèi)均要裝有溫度傳感器，在溫度過高時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，防止燒毀電氣元件。所以在數(shù)控機(jī)床上，溫度傳感器用來檢測溫度，同時(shí)將信息傳遞給系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警，對(duì)數(shù)控機(jī)床起到保護(hù)作用。

傳感器在數(shù)控機(jī)床中占據(jù)重要的地位，它監(jiān)視和測量著數(shù)控機(jī)床的每一步工作過程，保證數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁森.自動(dòng)檢測與自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2] 裴培.傳感器技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001.endprint