论传感器在数控机床上的应用

熊建华+李聪

摘 要：文章主要是研究传感器在数控机床上面的实际应用，数控机床在各种自动化加工中充分发挥了自身的优势，在新的形势下，传感器技术的发展为数控机床的加工提供了一个新的技术更新，将传感器应用到数控机床将是制造业自动化技术新的里程碑。

关键词：传感器 数控机床 传感器的作用

数控机床由于本身具备了高精度、高速度、高效率以及加工安全可靠的特点因而得以在制造业发展中得到普及，我们很熟悉数控加床的加工原理即通过编程控制机器的自动化加工，在其自动化加工中包括了很多的新型技术，比如机械、电子等，在这里应用比较多的就是传感器技术。

一、传感器在数控机床的主要应用

1.位移的检测，常见的用于位移检测的传感器有脉冲编码器、直线光栅、旋转变压器、感应同步器等。不同的传感器操作的原理以及方法又有差异。

1.1 脉冲编码器的应用

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。其中包括光电式、接触式和电磁式，在实际应用中光电式应用最为广泛。具体的感应原理是角位移通过丝杠螺距能间接反映拖板或刀架的直线位移。

1.2 直线光栅传感器的数控应用

工作原理是利用光的透射和反射现象制作，常用于位移测量，其主要优点是测量的分辨力较高，测量精度比光电编码器高，比较适合不平衡状态的测量也就是动态监测。在进给驱动中，拖板的实际位置可以通过固定在床身上的光栅尺的脉冲信号直接反映。一般而言选择用光栅检测工作台位置的伺服系统要去是全闭环控制系统。

1.3 旋转变压器的应用

输出电压与角位移量成连续函数关系是旋转变压器的工作原理，在使用上就是利用了这个特点进行检测。定子和转子是旋转变压器的组成部件，通俗一点解释就是它由一个铁心、两个定子绕组和两个转子绕组组成，其原、副绕组分别放置在定子、转子上，原、副绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角有关。

1.4 感应同步器的应用

我们熟悉的有直线式和旋转式，直线式感应同步器主要由定尺和滑尺组成，定尺安装在机床床身上，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。不管是哪种类型的感应同步器，其主要工作原理是将角度或直线位移转变成感应电动势的相位或幅值，间接测量直线或转角位移。

感应同步器的制造是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，特点是感应同步器具有较高的精度与分辨力、抵抗外界干扰能力较强、一般来说使用寿命长且维护简单，特别适用于长距离位移测量，另外还具备工艺性好、成本较低等优点。直线式和旋转式各自具备独特之处，应用的领域也有所不同，比如直线式感应同步器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、程控数控机床等，旋转式感应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。

2.位置的检测

检测位置主要有接触式传感器，接近开关的应用以及霍尔传感器三种。

3.速度的检测

速度传感器的原理是把被测物體的速度转变成相关的电信号，通过观察电信号的输出来测量速度的变化，检测的内容包括直线速度，也可以是角速度等，一般我们选择测速发电机和脉冲编码器来进行测量。两种型号的传感器都有各自的特点，测速发电机主要是输出电压与转速严格成线性关系，输出电压与转速之比的斜率大，根据发电机的电流不同可分成交流和直流两类。 脉冲编码器的特点是经过一个单位角位移时，就会产生一个脉冲，通过我们配置的定时器就可以计算出速度的变化量。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，这也是速度传感器在数控加工的主要应用。

4.压力的检测

压力传感器的工作原理是将外界收到的压力通过传感器转变成对应的电信号，进而观察电信号的变化测量压力的变化。应对不同加工需要，压力传感器又分为压电式传感器、压阻式传感器和电容式传感器。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，我们在一些物理知识中也可以接触到，这种压力传感器由于灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点得到了迅速发展，在数控机床中，不仅可以利用其对工件夹紧力进行检测，还可用压力传感器检测车刀切削力的变化。除此之外，在润滑系统、液压系统、气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，由于本身具备了很大的实践价值，在数控加工中越来越多的被采用，目前压力传感器以及保准化和专业化。

5.温度的检测

温度传感器用来检测温度从而进行温度补偿或过热保护，在数控加工中发挥了很大的作用，其工作原理是将温度高低转变成电阻值大小或其它电信号，间接进行测量。此种传感器的制造材料一般是以铂、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。温度传感器的主不仅用于检测加工过程中的温差变化，还可以自动进行温差补偿，及时解决加工过程因为温差变化导致的各种误差。此外在需要过载保护的场合一般都会设置温度传感器，只要温度超过设定值就会自动报警或者切断电源。

6.刀具磨损的监控

刀具磨损会制造很大的加工误差，我们可以利用传感器进行检测。刀具磨损会造成机床主轴电动机负荷增大，继而影响电流和电压的变化，根据P=uv，功率P就会发生相应的改变，这个时候我们就可以利用霍尔传感器进行检测，最后准确掌握刀具的磨损情况，及时进行调整。当刀具磨损导致的功率变化超过一定的数值，系统就会自动切断电源，方便及时更换刀具，确保加工不因为刀具的问题影响其精度。

二、结束语

数控机床和传感器都是制造加工现代化的重要技术，只有将两者最大程度的组合才能推动制造技术的自动化发展，随着时代的发展和技术的革新，文章中的有一些传感器已经慢慢的退出了制造业加工的舞台，这是技术发展的必然趋势，不管如何，准确利用传感器在数控技术加工的应用，对于我国制造业自动化的发展具有不可替代的作用。

参考文献

[1]宋旻昊.数控加工中心的控制系统改造与实现[D].东北大学，2012.

[2]王卫兵.传感器技术及其应用实例[M].机械工业出版社，2016.