试述接近开关在机床改造中的应用

滕飞

摘 要：随着工业化的发展，旧机床的数控化改造始终是一个难以解决的问题，机床的陈旧不仅会降低企业生产的效率，造成过多的生产成本浪费，还会对企业未来的发展造成严重阻碍。接近开关是一种理想型的电子开关量化传感器，虽然在使用中会存在着一定的局限性。但是，只需对其进行适当的改进与优化，就可以顺利的将其应用与机床改造当中，实现旧机床的数控化改造。因此，本文采用实验测试的方法研究了接近开关在机床改造中的应用。

关键词：接近开关；机床改造；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.028

近年来，国内企业的旧机床故障较多，一旦将旧机床淘汰，购置新机床的费用便会超出企业财务预算的范围，对企业造成经济压力，不利于资金的正常运转。因此，许多企业致力于研究旧机床的数控化改造技术，使旧机床可以重新发挥作用，不仅节约了企业采购新设备的成本，还促进了旧机床的废物利用。

1 系统结构原理

接近开关是一种新型的电子开关量化传感器，具有体积小、响应速度快、频率高、抗干扰能力强等特点，对工作环境要求较低，可以在各种恶劣的环境下进行工作，尤其是在机床改造的中作用十分明显。接近开关在使用过程中不会增加各被感应元件的力矩，也不会与其他元件产生摩擦。本次机床改造实验的对象是一台进口的大型加工中心，该设备在主轴位置上的反馈原件已经彻底损坏，若要安装主轴编码器，在空间上略微拥挤。因此，无法实现刀库的自动换刀，如果不对该设备进行更换，就必须使用数控化的改造技术，对旧设备进行改造，使其可以重新发挥作用。由于本次实验的目的在于研究接近开关在机床改造中的应用，因此，采用在主轴上安装一个接近开关的方法，间接实现了主轴的精确定位，达到刀库自动换刀的目的。如图1所示：

此图1就是接近开关在机床改造中应用的原理图，电动机通过自身的运动拖动主轴产生运动，接近开关则安装早主轴的另一端，主轴的每次旋转都会使进阶开关输出一次信号，系统可以根据接近开关输出的信号，来决定刀库换刀的位置。

2 接近开关输出信号改进

虽然，接近开关在使用的过程中优势较为明显，是一种理想的电子开关量传感器。但是，接近开关在数控机床改造的应用中，还是存在着明显的不足。例如：开关相应的频率、定位精度等方面。因此，必须要对接近开关的信号输出系统进行技术改进，使其工作电压、响应频率以及信号的稳定性方面都可以满足实际工作的要求。接近开关在信号传输系统改进后的特征如下：

首先，接近开关要采用三线制，其中两根电线接DV24V的电源，第三根电线接伺服驱动单元，用来输出信号。接近开关在工作的过程中，工作电流不能大于50Ma。其次，接近开关信号感应的距离在2～3mm之间，感应面的直径和宽度不能超过12mm。接近开关的信号输出系统，可以以NPN或者是PNP两种型号的信号进行输出，参数可以灵活的进行选择。最后，在调试接近开关信号传输的稳定性时，由于接近开关输出信号链接了伺服驱动单元，因此，减少了其对伺服驱动单元的干扰，进一步对接近开船的传输信号进行了滤波和调理，确保信号输出的稳定性。

3 接近开关改进信号实验

（1）实验方法。本次实验的目的在于研究接近开关改进信号的方法，实验使用了虚拟仪器软件平台和配套的数据采集板卡、信号调理设备等实验器材，以实现对改进信号的测试。实验中，以一个电动机带动一个普通的光电编码器，而接近开关便是连接在这台普通的光电编码器上，通过编码器的转动，近接开关将编码器转动产生的信号发送给测试平台，与此同时，测试平台也会受到编码器传来的信号，通过这个虚拟仪器软件平台，记录它们在不同的速度、旋转方向下的信号特征，并将其进行比较。如图2所示。从图2中我们可以看出，PA、PB、PZ是编码器传出的信号，而IO则是改进后的接近开关传出的信号，将它们同时输入上位机测试系统进行测试实验，系统分别将PA、PB的数值以及PZ、IO的信号上升沿与下降沿间的数值进行了记录，用来确定改进后的接近开关，在信号输出方面的一致性与稳定性。

（2）测试结果。此次测试实验，分别按照顺时针以及逆时针的两个方向，以四种不同的速度进行了测试。并记录下编码器输出信号PA、PB运行一圈的上升沿与下降沿的个数，以及PZ和改进后接近开关输出信号IO的计数值。以及IO信号自身两个沿间PA、PB的计数值。数值记录完成以后，虚拟测试平台又分别在不同的转速以及运行方向下，分别记录下不同的波形，并以次为依据对测试结果展开了分析。

（3）结果分析。从实验结果来看，接近开关输出信号和编码器一圈信号间的计数值受电动机转速及运动方向的影响较小，最大脉冲数量可以达到六个。在对接近开关进行改造以后，信号自身的最大脉冲偏差数为五个，考虑到此次实验使用的编码器属于普通编码器。因此，可以适当的方框定位偏差，但必须保证其高于普通机床所用编码器的定位精度。如此一来，改造后的接近开关信号传输的质量与稳定性方面效果都不错。作为一款用于改造的数控机床，其作用在与满足客户对定位精度及重复定位精度的要求，使刀库的自动换刀工作得以实现。

（4）接近开关的改良。在机床改造中使用接近开关，虽然实现了机床的数控化改造，使旧机床重新投入到生产一线中，大大提高了加工中心的生产效率。但是，接近开关在使用中还是存在着一定的缺陷与问题。例如：在使用的过程中，接近开关会时常发生故障，导致信号响应方面出现问题；由于接近开关缺乏保护装置，生产中的粉尘或油污也会对接近开关的使用造成一定的影响。为了排除接近开关在使用中存在的问题，除了使用实验测试中的方法以外，还可以通过减少接近开关磨损的方法对接近开关进行使用，确保其使用质量及寿命。

4 总结

综上所述，通过对接近开关在机床改造中应用的研究实验，证明了使用接近开关实现旧机床数控化改造的可能性。针对实验测试中，接近开关存在的问题与缺陷，对接近开关进行了改良，使其在使用的过程中，效果更佳。实践证明，接近开关可以在机床改造中进行使用，大大提高了加工中心的生产效率，具有广泛的应用意义。

参考文献：

[1]何林萍.电感式接近开关在矿山自动控制系统中的应用[J].科技传播，2012（04）.