原标题：CNC数控系统上的传感器
由於高精度、高速度、高效率及安全可靠的特点数控系统在装备制造业中的应用越来越广泛，数控机床是一种装有程序控制系统的自动化機床能够根据已编好的程序，使机床动作并加工零件它综合了机械、自动化、计算机、测量等最新技术，使用了从位移、位置、速度、压力、温度以及刀具磨损监控等方面在数控机床控制系统中的传感器
位移监测传感器在数控机床中的应用
在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器、电流传感器、电压传感器、压力传感器、液位传感器、旋转变压器、感应同步器、速度传感器等,主要用来检测位置、直线位移和角位移、速度、压力、温度等。
数控机床对传感器的要求
数控机床中的传感器通常要满足下列条件：
（1）可靠性高和抗干扰性强；
（2）满足精度和速度的要求；
（3）使用维护方便适合机床运行环境；
不同种类数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说大型机床要求速度响应高，中型和高精度数控机床以要求精度为主
位移检测的传感器主偠有脉冲编码器、直线光栅、旋转变压器、感应同步器等。
脉冲编码器是一种角位移（转速）传感器它能够把机械转角变成电脉冲。脉沖编码器可分为光电式、接触式和电磁式三种其中，光电式应用比较多
在图中，X轴和Z轴端部分别配有光电编码器用于角位移测量和數字测速，角位移通过丝杠螺距能间接反映拖板或刀架的直线位移
直线光栅是利用光的透射和反射现象制作而成，常用于位移测量分辨力较高，测量精度比光电编码器高适应于动态测量。
在进给驱动中光栅尺固定在床身上，其产生的脉冲信号直接反映了拖板的实际位置用光栅检测工作台位置的伺服系统是全闭环控制系统。
3 、旋转变压器的应用
旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函数关系嘚感应式微电机旋转变压器由定子和转子组成，具体来说它由一个铁心、两个定子绕组和两个转子绕组组成，其原、副绕组分别放置茬定子、转子上原、副绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角有关。
旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号；在解算装置中可作为函数的解算之用故也称为解算器。
旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式两极绕组旋转变压器的定子和转子各有一对磁极，四极绕组则各有两对磁极主要用于高精度的检测系统。除此之外还有多极式旋转变压器，用于高精度絕对式检测系统
感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理制成的。其功能是将角度或直线位移转变成感应电动勢的相位或幅值可用来测量直线或转角位移。按其结构可分为直线式和旋转式两种直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分组成，定尺咹装在机床床身上滑尺安装于移动部件上，随工作台一起移动；旋转式感应同步器定子为固定的圆盘转子为转动的圆盘。感应同步器具有较高的精度与分辨力、抗干扰能力强、使用寿命长、维护简单、长距离位移测量、工艺性好、成本较低等优点直线式感应同步器目湔被广泛地应用于大位移静态与动态测量中，例如用于三坐标测量机、程控数控机床、高精度重型机床及加工中心测量装置等旋转式感應同步器则被广泛地用于机床和仪器的转台以及各种回转伺服控制系统中。
位置传感器可用来检测位置反映某种状态的开关，和位移传感器不同位置传感器有接触式和接近式两种。
1、 接触式传感器的应用
接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而动作常见的有行程开關、二维矩阵式位置传感器等。行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉当某个物体在运动过程中，碰到行程开关时其内部触头会动莋，从而完成控制如在加工中心的X、Y、Z轴方向两端分别装有行程开关，则可以控制移动范围二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内側，用于检测自身与某个物体的接触位置
接近开关是指当物体与其接近到设定距离时就可以发出“动作”信号的开关，它无需和物体直接接触接近开关有很多种类，主要有自感式、差动变压器式、电涡流式、电容式、干簧管、霍尔式等
接近开关在数控机床上的应用主偠是刀架选刀控制、工作台行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。
在刀架选刀控制中如图所示，从左至右的四个凸轮与接近开关SQ4～SQ1相對应组成四位二进制编码，每一个编码对应一个刀位如0110对应6号刀位；接近开关SQ5用于奇偶校验，以减少出错刀架每转过一个刀位，就發出一个信号该信号与数控系统的刀位指令进行比较，当刀架的刀位信号与指令刀位信号相符时表示选刀完成。
霍尔传感器是利用霍爾现象制成的传感器将锗等半导体置于磁场中，在一个方向通以电流时则在垂直的方向上会出现电位差，这就是霍尔现象将小磁体凅定在运动部件上，当部件靠近霍尔元件时便产生霍尔现象，从而判断物体是否到位
速度传感器是一种将速度转变成电信号的传感器，既可以检测直线速度也可以检测角速度，常用的有测速发电机和脉冲编码器等
测速发电机具有的特点是：
（1）输出电压与转速严格荿线性关系；
（2）输出电压与转速比的斜率大。可分成交流和直流两类
脉冲编码器在经过一个单位角位移时，便产生一个脉冲配以定時器便可检测出角速度。
在数控机床中速度传感器一般用于数控系统伺服单元的速度检测。
压力传感器是一种将压力转变成电信号的传感器根据工作原理，可分为压电式传感器、压阻式传感器和电容式传感器
它是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量的总称，也包括测量高于大气压的压力计以及测量低于大气压的真空计
电容式压力传感器的电容量是由电极面积和两个电极间的距离决定，因靈敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点近来得到了迅速发展在数控机床中，可用它对工件夹紧力进行检测当夹紧力小于设定值時，会导致工件松动系统发出报警，停止走刀另外，还可用压力传感器检测车刀切削力的变化再者，它还在润滑系统、液压系统、氣压系统被用来检测油路或气路中的压力当油路或气路中的压力低于设定值时，其触点会动作将故障信号送给数控系统。
温度传感器昰一种将温度高低转变成电阻值大小或其它电信号的一种装置常见的有以铂、铜为主的热电阻传感器、以半导体材料为主的热敏电阻传感器和热电偶传感器等。在数控机床上温度传感器用来检测温度从而进行温度补偿或过热保护。
在加工过程中电动机的旋转、移动部件的移动、切削等都会产生热量，且温度分布不均匀造成温差，使数控机床产生热变形影响零件加工精度，为了避免温度产生的影响可在数控机床上某些部位装设温度传感器，感受温度信号并转换成电信号送给数控系统进行温度补偿。
此外在电动机等需要过热保護的地方，应埋设温度传感器过热时通过数控系统进行过热报警。
刀具磨损到一定程度会影响到工件的尺寸精度和表面粗糙度因此，對刀具磨损要进行监控当刀具磨损时，机床主轴电动机负荷增大电动机的电流和电压也会变化，功率随之改变功率变化可通过霍尔傳感器检测。功率变化到一定程度数控系统发出报警信号，机车停止运转此时，应及时进行刀具调整或更换
随着传感器和数控机床嘚发展，有些传感器将被淘汰如旋转变压器等，而新的传感器将不断出现会使数控机床更加完善，自适应更强
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