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由于具有高精度、高速、高效、安全可靠等特点，数控系统在装备制造业中的应用越来越广泛。 数控机床是装有程序控制系统的自动化机床，可以使机器运动和加工零件。 它综合了机械、自动化、计算机、测量等方面的最新技术，在数控机床的控制系统中采用传感器对位移、位置、速度、压力、温度、刀具磨损等进行监测。

位移监测传感器在数控机床上的应用

数控机床上使用的传感器主要有光电编码器、线性光栅、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、电感同步器、速度传感器等。主要是用于检测位置、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满足以下条件：

(1) 可靠性高，抗干扰性强；

(2)满足精度和速度要求；

(3) 使用维护方便，适合机床运行环境；

(4)成本低。

不同类型的数控机床对传感器的要求不同。 一般而言，大型机床要求响应速度快，而中、高精度数控机床主要要求精度。

位移检测

用于位移检测的传感器主要有脉冲编码器、线性光栅、旋转变压器、感应同步器等。

一、脉冲编码器的应用

脉冲编码器是一种角位移（转速）传感器，可将机械旋转角度转换为电脉冲。 脉冲编码器可分为光电式、接触式和电磁式三种，其中光电的应用较多。

图中X轴和Z轴的末端装有光电编码器，用于角位移测量和数字测速。 角位移可以通过螺距间接反映滑架或刀架的直线位移。

2、线性光栅的应用

直线光栅是利用光的透射和反射现象制成的，常用于位移测量，比光电编码器具有更高的分辨率和更高的测量精度，适用于动态测量。

在进给驱动中，光栅尺固定在床身上，它产生的脉冲信号直接反映了拖板的实际位置。 使用光栅检测工作台位置的伺服系统是一个全闭环控制系统。

3、解析器的应用

旋转变压器是一种感应微电机，其输出电压是角位移的连续函数。 旋转变压器由定子和转子组成。 具体来说，它由一个铁芯、两个定子绕组和两个转子绕组组成。 初级和次级绕组分别放置在定子和转子上。 初级和次级绕组之间的电磁耦合程度与转子的旋转角度有关。

旋转变压器可用于同步伺服系统和数字伺服系统中传递旋转角度或电信号； 可用于求解器中函数的求解，故又称求解器。

旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构。 双极绕组旋转变压器的定子和转子有一对磁极，四极绕组有两对磁极。 它们主要用于高精度检测系统。 此外数字接触式液位传感器，还有用于高精度绝对检测系统的多极分解器。

4、感应同步器的应用

感应同步器是利用两个平面绕组的互感随位置不同而变化的原理制成的。 其作用是将角位移或线位移转换成感应电动势的相位或幅值，可用于测量线位移或角位移。 按其结构可分为直线式和回转式两种。 直线感应同步器由定长和游尺两部分组成。 定尺安装在床身上，滑尺安装在移动部分，随工作台一起移动； 旋转感应同步器的定子为固定圆盘，转子为旋转圆盘。 感应同步器具有精度高、分辨率高、抗干扰能力强、使用寿命长、维护简单、远距离位移测量、工艺性好、成本低等优点。 直线感应同步器目前广泛应用于大位移静态和动态测量，如三坐标测量机、程控数控机床、高精度重型机床、加工中心测量装置等。 旋转感应同步器广泛应用于机床和仪器仪表的转台，以及各种旋转伺服控制系统中。

位置检测

位置传感器可用于检测位置并反映一定状态的开关，这一点不同于位移传感器。 位置传感器有两种类型：接触式和接近式。

一、接触式传感器的应用

接触式传感器的触头是通过两个物体的接触和挤压而移动的。 常见的有行程开关、二维矩阵位置传感器等。限位开关具有结构简单、动作可靠、价格低廉等优点。 当物体在运动过程中触及限位开关时，其内部触点动作，完成控制。 例如，如果在加工中心的X、Y、Z轴两端安装限位开关，就可以控制运动。 范围。 二维矩阵位置传感器安装在机器人手掌内侧，用于检测机器人与物体的接触位置。

2、接近开关的应用

接近开关是当物体接近到设定距离时，可以发出“动作”信号的开关，不需要与物体直接接触。 接近开关的种类很多，主要有自感式、差动变压器式、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要是刀架选择控制、工作台行程控制、油缸和油缸活塞行程控制等。

在刀架选刀控制中，如图所示，从左到右四个凸轮分别对应接近开关SQ4~SQ1，组成一个四位二进制码，每个码对应一个刀位，例如, 0110对应6号刀位； 接近开关SQ5用于奇偶校验以减少错误。 刀架每旋转一个刀位，就发出一个信号，并将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匹配时，表示选刀完成。

霍尔传感器是利用霍尔现象制成的传感器。 将锗等半导体置于磁场中，当电流沿一个方向通过时，垂直方向会出现电位差，这就是霍尔现象。 将小磁铁固定在运动部件上，当部件靠近霍尔元件时，会产生霍尔现象，从而判断物体是否到位。

速度检测

速度传感器是一种将速度转换为电信号的传感器。 它可以检测线速度和角速度。 常用的有测速发电机和脉冲编码器。

测速发电机的特点是：

(1)输出电压与转速有严格的线性关系；

(2)输出电压与转速之比斜率大。 它可分为交流和直流两种类型。

当脉冲编码器通过一个单位角位移时数字接触式液位传感器，产生一个脉冲，角速度可用定时器检测。

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。

压力检测

压力传感器是一种将压力转换成电信号的传感器。 按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。

是检测气体、液体、固体等所有物质之间力能的总称，还包括测量高于大气压力的压力表和测量低于大气压力的真空表。

电容式压力传感器的电容量由电极面积和两个电极之间的距离决定。 由于其灵敏度高、温度稳定性好、压力范围大等特点，近年来发展迅速。 在数控机床中，可用于检测工件的夹紧力。 当夹紧力小于设定值时，会导致工件松动，系统会发出警报并停止刀具。 此外，压力传感器也可用于检测车刀切削力的变化。 此外，它还用于检测润滑系统、液压系统和气压系统中油路或气路的压力。 当油路或气路中的压力低于设定值时，其接点动作，并向数控系统发出故障信号。

温度检测

温度传感器是将温度转换成电阻值或其他电信号的器件。 常见的有基于铂和铜的热电阻传感器，基于半导体材料的热敏电阻传感器和热电偶传感器。 在数控机床上，温度传感器用于检测温度以进行温度补偿或过热保护。

加工过程中，电机的转动、运动部件的运动、切削等都会产生热量，温度分布不均匀，产生温差，引起数控机床热变形，影响加工精度的部分。 为避免温度的影响，可采用数控机床的某些部位装有温度传感器，以感测温度信号，并将其转换成电信号，送入数控系统进行温度补偿。

另外，在电机等需要过热保护的地方，应埋设温度传感器，当过热时，由数控系统发出过热报警。

刀具磨损监测

刀具磨损到一定程度会影响工件的尺寸精度和表面粗糙度。 因此，应监测工具磨损。 当刀具磨损时，机床主轴电机的负载增加，电机的电流和电压也会发生变化，功率也会随之变化。 霍尔传感器可以检测到功率变化。 当功率变化到一定程度时，数控系统发出报警信号，机车停止运行。 此时应及时调整或更换刀具。

随着传感器和数控机床的发展，一些传感器将被淘汰，如旋转变压器等，新的传感器将不断出现，这将使数控机床更加完善和自适应。