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数控机床控制系统中的传感器介绍

摘要：由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特点，数控系统在装备制造业中的应用

越来越广泛，数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，能够根据已编好的

程序，使机床动作并加工零件。它综合了机械、自动化、计算机、测量等必威体育精装版技术，

使用了多种传感器，本文从位移、位置、速度、压力、温度以及刀具磨损监控等方

面论述了在数控机床控制系统中用到的传感器。

1、数控系统简介

数控系统也称为计算机数控系统（CNC），是用计算机控制加工功能，实现数

值控制的系统。数控系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置

（CNC装置）、可编程逻辑控制器、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包

括检测装置）等组成。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代

替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性

更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进

行远程通信的功能。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规

定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。它综合了机械、自动化、

计算机、测量、等新技术，使用了多种传感器，本文介绍的是数控系统中各个

部分所用到的传感器。

2、传感器简介

传感器是一种能承受规定的被测量，能够把被测量（如物理量、化学量、生

物量等）变换为另一种与之有确定对应关系并且容易测量的量（通常为电学量）

的装置。它是一种获得信息的重要手段，它所获得信息的正确与否，关系到整个

检测系统的精度，因而在非电量检测系统中占有重要地位。传感器的原理各种各

样，其种类十分繁多，分类标准不一样，叫法也不一样。常见的有电阻传感器、

电感式传感器、电容式传感器、温度传感器等。

作为应用在数控系统中的传感器应满足以下一些要求：（1）传感器应该具

有比较高的可靠性和较强的抗干扰性。（2）传感器应该满足数控机床在加工

上的精度和速度的要求。（3）传感器在使用时应该具有维护方便、适合机床运行

环境的特点。（4）应用在数控机床上的传感器的成本应该相对较低。不同种类的

数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高，中

型和高精度数控机床以要求精度为主。

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3、位移检测传感器

数控系统中进行位移检测的传感器主要有：脉冲编码器、直线光栅、旋转变

压器、感应同步器等。

3.1脉冲编码器

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。

脉冲编码器可分为光电式、接触式和电磁式三种，其中，光电式应用比较多，其

结构示意图如下：

在下图中，X轴和Z轴端部分别配有光电编码器，用于角位移测量和数字测

速，角位移通过丝杠螺距能间接反映拖板或刀架的直线位移。

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3.2直线光栅

直线光栅是利用光的透射和反射现象制作而成，常用于位移测量，分辨力较高，

测量精度比光电编码器高，适应于动态测量。

在进给驱动中，光栅尺固定在床身上，其产生的脉冲信号直接反映了拖板的实

际位置。用光栅检测工作台位置的伺服系统是全闭环控制系统。

3.3旋转变压器

旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机，用

来测量旋转物体的转轴角位移和角速度，旋转变压器由定子和转子组成，具体

来说，它由一个铁心、两个定子绕组和两个转子绕组组成