傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

5.1 接觸式傳感器的應(yīng)用

接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、價格低廉。當(dāng)某個物體在運動過程中，碰到行程開關(guān)時，其內(nèi)部觸頭會動作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關(guān)，則可以控制移動范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測自身與某個物體的接觸位置。

5.2 接近開關(guān)的應(yīng)用

接近開關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時就可以發(fā)出“動作”信號的開關(guān)，它無需和物體直接接觸。接近開關(guān)有很多種類，主要有自感式、差動變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。

接近開關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。

在刀架選刀控制中，如圖2所示，從左至右的四個凸輪與接近開關(guān)SQ4～SQ1相對應(yīng)，組成四位二進(jìn)制編碼，每一個編碼對應(yīng)一個刀位，如0110對應(yīng)6號刀位；接近開關(guān)SQ5用于奇偶校驗，以減少出錯。刀架每轉(zhuǎn)過一個刀位，就發(fā)出一個信號，該信號與數(shù)控系統(tǒng)的刀位指令進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)都艿牡段恍盘柵c指令刀位信號相符時，表示選刀完成。

圖2

霍爾傳感器是利用霍爾現(xiàn)象制成的傳感器。將鍺等半導(dǎo)體置于磁場中，在一個方向通以電流時，則在垂直的方向上會出現(xiàn)電位差，這就是霍爾現(xiàn)象。將小磁體固定在運動部件上，當(dāng)部件靠近霍爾元件時，便產(chǎn)生霍爾現(xiàn)象，從而判斷物體是否到位。

6 速度的檢測

速度傳感器是一種將速度轉(zhuǎn)變成電信號的傳感器，既可以檢測直線速度，也可以檢測角速度，常用的有測速發(fā)電機(jī)和脈沖編碼器等。

測速發(fā)電機(jī)具有的特點是：（1）輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格成線性關(guān)系；（2）輸出電壓與轉(zhuǎn)速比的斜率大?？煞殖山涣骱椭绷鲀深?。

脈沖編碼器在經(jīng)過一個單位角位移時，便產(chǎn)生一個脈沖，配以定時器便可檢測出角速度。

在數(shù)控機(jī)床中，速度傳感器一般用于數(shù)控系統(tǒng)伺服單元的速度檢測。

7 壓力的檢測

壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)變成電信號的傳感器。根據(jù)工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。它是檢測氣體、液體、固體等所有物質(zhì)間作用力能量的總稱，也包括測量高于大氣壓的壓力計以及測量低于大氣壓的真空計。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和兩個電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、壓力量程大等特點近來得到了迅速發(fā)展。在數(shù)控機(jī)床中，可用它對工件夾緊力進(jìn)行檢測，當(dāng)夾緊力小于設(shè)定值時，會導(dǎo)致工件松動，系統(tǒng)發(fā)出報警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感器檢測車刀切削力的變化。再者，它還在潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)被用來檢測油路或氣路中的壓力，當(dāng)油路或氣路中的壓力低于設(shè)定值時，其觸點會動作，將故障信號送給數(shù)控系統(tǒng)。

8 溫度的檢測

溫度傳感器是一種將溫度高低轉(zhuǎn)變成電阻值大小或其它電信號的一種裝置。常見的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導(dǎo)體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數(shù)控機(jī)床上，溫度傳感器用來檢測溫度從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償或過熱保護(hù)。

在加工過程中，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)、移動部件的移動、切削等都會產(chǎn)生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫差，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫度產(chǎn)生的影響，可在數(shù)控機(jī)床上某些部位裝設(shè)溫度傳感器，感受溫度信號并轉(zhuǎn)換成電信號送給數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

此外，在電動機(jī)等需要過熱保護(hù)的地方，應(yīng)埋設(shè)溫度傳感器，過熱時通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行過熱報警。

9 刀具磨損的監(jiān)控

刀具磨損到一定程度會影響到工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此，對刀具磨損要進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)?shù)毒吣p時，機(jī)床主軸電動機(jī)負(fù)荷增大，電動機(jī)的電流和電壓也會變化，功率隨之改變，功率變化可通過霍爾傳感器檢測。功率變化到一定程度，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出報警信號，機(jī)車停止運轉(zhuǎn)，此時，應(yīng)及時進(jìn)行刀具調(diào)整或更換。

10 結(jié)束語

以上介紹的傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用是目前的狀況，但隨著傳感器和數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，有些傳感器將被淘汰，如旋轉(zhuǎn)變壓器等，而新的傳感器將不斷出現(xiàn)，會使數(shù)控機(jī)床更加完善，自適應(yīng)更強(qiáng)。