CNC数控系统上的传感器介绍.pdfVIP

CNC数控系统上的传感器介绍

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

了从位移、位置、速度、压力、温度以及刀具磨损监控等方面在数控机床控制系统中的传

感器。

位移监测传感器在数控机床中的应用

在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器、直线光栅、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、感应同步器、

速度传感器等,主要用来检测位置、直线位移和角位移、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要满足下列条件：

（1）可靠性高和抗干扰性强；

（2）满足精度和速度的要求；

（3）使用维护方便，适合机床运行环境；

（4）成本低。

不同种类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。

位移的检测

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。

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。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。

在图中，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。

2、直线光栅的应用

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、旋转变压器的应用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。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，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。

旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电信号；在解算装置中可

作为函数的解算之用，故也称为解算器。

旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。两极绕组旋转变压器的定子和转子

各有一对磁极，四极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。除此之外，还有

多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。

4、感应同步器的应用感应同步器是利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。其功能是将角度或直线位移转变成感应电动势的相位或幅值，可用来测量直线或

转角位移。按其结构可分为直线式和旋转式两种。直线式感应同步器由定尺和滑尺两部分

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。感应同步器具有较高的精度与分辨力、抗

干扰能力强、使用寿命长、维护简单、长距离位移测量、工艺性好、成本较低等优点。直

线式感应同步器目前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、高精度重型机床及加工中心测量装置等。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。

位置的检测

位置传感器可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位移传感器不同。位置传感器有接

触式和接近式两种。

1、接触式传感器的应用

接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而动作，常见的有行程开关、二维矩阵式位置传

感器等。行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉。当某个物体在运动过程中，碰到行程

开关时，其内部触头会动作，从而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z轴方向两端分别

装有行程开关，则可以控制移动范围。二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内侧，用于

检测自身与某个物体的接触位置。

2、接近开关的应用

接近开关是指当物体与其接近到设定距离时就可以发出“动作”信号的开关，它无需和物

体直接接触。接近开关有很多种类，主要有自感式、差动变压器式、电涡流式、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刀控制、工作台行程控制、油缸及汽缸活塞行

程控制等。

在刀架选刀控制中，如图所示，从左至右的四个凸轮与接近开关SQ4～SQ1相对应，组成

四位二进制编码，每一个编码对应一个刀位，如0110对应6号刀位；接近开关SQ5