傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用
隨著數(shù)控機(jī)床和傳感器的不斷更新和發(fā)展，由于具有高精度、高速、高效、安全可靠的特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床在制造技術(shù)和設(shè)備更新的過(guò)程中迅速在企業(yè)中普及。數(shù)控機(jī)床是裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，它能使機(jī)床按照程序運(yùn)動(dòng)和加工零件。它集成了機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、測(cè)量和微電子等最新技術(shù)，并使用了各種傳感器。下文講解了傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用。
傳感器的定義
傳感器（測(cè)量元件；transducer）是能夠感覺(jué)到規(guī)定的測(cè)量值，并按照一定的規(guī)則轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)的裝置。傳感器一般由三部分組成:敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路。傳感器是一種能夠檢測(cè)和感知外部信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)成分（如煙霧）的物理裝置或生物器官。它還將檢測(cè)到的信息傳輸?shù)狡渌O(shè)備或器官。傳感器滿足信息傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制的要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的第一個(gè)環(huán)節(jié)。
傳感器的功能
傳感器的功能經(jīng)常與人類的五種感覺(jué)器官相比較:光敏傳感器-視覺(jué)、聲敏傳感器-聽(tīng)覺(jué)、空氣傳感器-嗅覺(jué)、化學(xué)傳感器-味覺(jué)、壓力傳感器、溫度傳感器、流體傳感器-觸覺(jué)
敏感部件的分類:
① 物理學(xué)，以力、熱、光、電、磁、聲等物理效應(yīng)為基礎(chǔ)。
② 化學(xué)，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。
③ 生物學(xué)，以酶、抗體、激素等分子識(shí)別功能為基礎(chǔ)。
通常，根據(jù)其基本的傳感功能，可以分為十大部件，如熱元件、光敏元件、氣體傳感器、力傳感器、磁傳感器、濕度傳感器、聲傳感器、輻射傳感器、顏色傳感器、味覺(jué)傳感器。
傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用
數(shù)控機(jī)床傳感器的基本要求：1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；2）傳感器在速度和精度方面必須滿足標(biāo)準(zhǔn)和要求；3）傳感器的使用和維護(hù)更加方便；4）傳感器的成本更低。
1、位移檢測(cè)的應(yīng)用
數(shù)控機(jī)床中用于位移檢測(cè)的傳感器主要有線性光柵、脈沖編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。
1）線性光柵的一些應(yīng)用
線性光柵是利用光的反射和投射現(xiàn)象制成的。它們通常用于檢測(cè)位移。它們比光學(xué)編碼器具有更高的識(shí)別能力和更高的檢測(cè)精度。它們廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)測(cè)量中。
在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，光柵固定在床身上。滑架運(yùn)動(dòng)的實(shí)際位移直接反映在線性光柵產(chǎn)生的一些脈沖信號(hào)上。
2）脈沖編碼器的一些應(yīng)用
脈沖編碼器是一種速度傳感器或角位移傳感器，這種傳感器能將機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成一種電脈沖。有三種類型的脈沖編碼器，即電磁，接觸和光電。在上述三種脈沖編碼器中，光電式應(yīng)用最為廣泛。x軸和z軸各有一個(gè)光點(diǎn)編碼器。它主要用于檢測(cè)數(shù)字和角位移。
3）旋轉(zhuǎn)變壓器的一些應(yīng)用
分解器是一個(gè)感應(yīng)微電機(jī)。在旋轉(zhuǎn)變壓器中，角位移和輸出電壓是連續(xù)的函數(shù)關(guān)系。轉(zhuǎn)子和定子一起構(gòu)成了一個(gè)分解器。具體來(lái)說(shuō)，旋變器由兩個(gè)轉(zhuǎn)子繞組、一個(gè)鐵芯和兩個(gè)定子繞組組成。在轉(zhuǎn)子和定子上，分解器的次級(jí)繞組和初級(jí)繞組。
2、位置檢測(cè)的應(yīng)用
位置傳感器和位移傳感器是有一定區(qū)別的。位置傳感器主要分為接近傳感器和接觸傳感器。
1）接觸傳感器的應(yīng)用
接觸式傳感器的觸點(diǎn)通常由兩個(gè)物體接觸并按壓，進(jìn)行相應(yīng)的工作。經(jīng)常有限位開(kāi)關(guān)和二維矩陣位置傳感器等等。該限位開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低，運(yùn)行可靠。如果在運(yùn)行過(guò)程中有物體觸碰到行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)的內(nèi)部觸點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)過(guò)程的控制。如果行程開(kāi)關(guān)配置在x軸、y軸和z軸的兩端，則行程開(kāi)關(guān)將控制移動(dòng)范圍。二維矩陣位置傳感器安裝配置在機(jī)械手手掌的內(nèi)側(cè)。傳感器主要用于檢測(cè)自身與物體的接觸位置。
2）接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用
所謂接近開(kāi)關(guān)，是指當(dāng)某個(gè)物體與接近開(kāi)關(guān)相隔預(yù)定距離時(shí)，能發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)的一種開(kāi)關(guān)。接近開(kāi)關(guān)和物體之間不需要直接接觸。接近開(kāi)關(guān)主要有霍爾式、自感式和電容式。在數(shù)控機(jī)床中，接近開(kāi)關(guān)主要用于控制工作臺(tái)的行程、刀架的選刀、油缸。
在刀架選刀控制中，如下圖所示，四個(gè)凸輪從左到右分別對(duì)應(yīng)接近開(kāi)關(guān)SQ4~SQ1，組成四位二進(jìn)制碼。每個(gè)代碼對(duì)應(yīng)一個(gè)刀位，如0110對(duì)應(yīng)6號(hào)刀位。接近開(kāi)關(guān)SQ5用于奇偶校驗(yàn)，以減少錯(cuò)誤。刀架每旋轉(zhuǎn)一個(gè)刀位，就發(fā)出一個(gè)信號(hào)。該信號(hào)與CNC系統(tǒng)的刀具位置命令進(jìn)行比較。當(dāng)?shù)都艿牡毒呶恢眯盘?hào)與指令刀具位置信號(hào)匹配時(shí)，意味著刀具選擇完成。
3、速度檢測(cè)的應(yīng)用
速度傳感器是一種將速度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。一方面，這種傳感器可以檢測(cè)線速度。另一方面，它還可以檢測(cè)角速度。數(shù)控機(jī)床中常用的傳感器有脈沖編碼器和測(cè)速發(fā)電機(jī)。每當(dāng)單位角位移經(jīng)過(guò)時(shí)，脈沖編碼器產(chǎn)生一個(gè)脈沖。同時(shí)配合定時(shí)器檢測(cè)角速度。有兩種類型的測(cè)速發(fā)電機(jī):DC和交流測(cè)速發(fā)電機(jī)。測(cè)速發(fā)電機(jī)有以下兩個(gè)特點(diǎn)。首先，測(cè)速發(fā)電機(jī)的速度與輸出電壓之比的斜率相對(duì)較大。第二，測(cè)速發(fā)電機(jī)的速度和輸出電壓之間存在線性關(guān)系。一般情況下，速度傳感器主要用于數(shù)控機(jī)床中數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測(cè)。
4、壓力檢測(cè)的應(yīng)用
壓力傳感器是檢測(cè)固體和氣體之間一種相互作用能的統(tǒng)稱。兩個(gè)電極之間的距離電容式壓力傳感器并且電極面積決定了傳感器的電容。電容式壓力傳感器因其性能穩(wěn)定、靈敏度高而廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中。壓力傳感器可以檢測(cè)數(shù)控機(jī)床中工件的夾緊情況。如果設(shè)定值大于夾緊力，被夾緊的工件將變松。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)并停止工作。此外，壓力傳感器還可用于檢測(cè)車刀切削力的一些變化。
5、溫度檢測(cè)和應(yīng)用
溫度傳感器是一種將溫度轉(zhuǎn)換成另一種信號(hào)和電阻值的裝置。你通?？吹降氖请姛嵴{(diào)節(jié)器傳感器或熱電阻傳感器。溫度傳感器檢測(cè)數(shù)控機(jī)床內(nèi)的溫度，然后進(jìn)行相應(yīng)的過(guò)熱保護(hù)和溫度補(bǔ)償。
6、工具磨損監(jiān)控
刀具磨損會(huì)在一定程度上影響工件的表面粗糙度和尺寸精度。因此，為了避免數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)上述現(xiàn)象，有必要對(duì)刀具磨損進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控。當(dāng)?shù)毒吣p時(shí)，機(jī)床主軸電機(jī)上的負(fù)載會(huì)增加。同時(shí)，電機(jī)的電壓和電流也會(huì)相應(yīng)變化，電機(jī)的功率也會(huì)發(fā)生變化?；魻杺鞲衅鳈z測(cè)到功率變化。當(dāng)電源變化到CNC系統(tǒng)報(bào)警，機(jī)車停止運(yùn)行時(shí)，應(yīng)立即調(diào)整或更換刀具。
