傳感元件在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

1、鄭州大學(xué)自考本科畢業(yè)論文鄭州大學(xué)自考本科畢業(yè)論文專業(yè) 數(shù)控技術(shù) 姓名 許翠平 準(zhǔn)考證號 070111200219 論文題目傳感元件在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 2012年9月30日論文評語：論文建議成績：評審教師簽名：年 月 日論文綜合成績：答辯組長簽名： 院系蓋章： 年 月 日學(xué)校自考辦意見：目 錄第一章 緒論1第二章 檢測元件22.1 檢測元件的概念22.1.1檢測裝置的分類32.1.2 數(shù)控測量裝置的性能指標(biāo)32.2 傳感器42.2.1傳感器的概念42.2.2 傳感器的分類42.2.3 傳感器的作用72.2.4 傳感器的發(fā)展8第三章 傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用103.1數(shù)控機(jī)床對傳感器的要求103.

2、1.1 數(shù)控機(jī)床中典型的傳感器10小 結(jié)17謝 辭18參考文獻(xiàn)19開題報(bào)告21摘 要該文主要是針對傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用以及發(fā)展。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步制造行業(yè)也在不斷地發(fā)展,尤其是傳感器在數(shù)控中的發(fā)展最為明顯。傳感器在數(shù)控機(jī)床的各個(gè)方面都有很大的應(yīng)用,例如在位置檢測上、溫度檢測上以及伺服系統(tǒng)上等等都有著作用。該文主要是圍繞著傳感器的作用、分類、各種傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用,以及數(shù)控機(jī)床對傳感器的一些要求。關(guān)鍵詞傳感器；位置檢測；數(shù)控機(jī)床AbstractThis paper is mainly aimed at sensor in the numerical control machine t

3、ool application and development. Along with society's development and progress can, manufacturing industry is in constant especially the sensor in the numerical control of the development is most obvious. Sensors in all aspects of the NC machine tools are big or small applications, such as in th

4、e position detection, temperature detection and servo system and so on all have effect. This paper mainly revolves around the introduction and development of the sensor, and his role, classification, all kinds of sensors in NC machine tools in the bed, and application of numerical control machine to

5、ol of sensor of some of the requirements. Keywords: sensor; Function and classification; numerical control machine tool。Key Words：sensing element；position detection；CNC第一章 緒論傳感器分傳感與檢測這兩部分,傳感與檢測是實(shí)現(xiàn)自動化控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它與信息系統(tǒng)的輸入端相連,并將檢測到的信號輸送到信息處理部分,是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感受器官。隨著信息時(shí)代的發(fā)展,國內(nèi)外已將傳感技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的科技領(lǐng)域之一。作為機(jī)電方面專業(yè)的學(xué)

6、生和從事這方面工作的工程技術(shù)人員,傳感技術(shù)知識是必要的,當(dāng)然它在數(shù)控方面的應(yīng)用也是不可小視的。掌握這門知識,我認(rèn)為首先應(yīng)了解傳感器的基本組成和它的工作原理以及在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用才可以讓我們更好地學(xué)習(xí)并將其發(fā)展壯大。傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用是為了我們學(xué)習(xí)機(jī)械類特別是從事數(shù)控這一方面的學(xué)生有著十分重要的意義。隨著社會的不斷進(jìn)步與發(fā)展各個(gè)行業(yè)都在有著突飛猛進(jìn)的變化與發(fā)展。那么,作為一個(gè)國家的支柱產(chǎn)業(yè)制造業(yè)當(dāng)然也不會停止不前的,他也會順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)的,會在不同的方面發(fā)展著自己,讓自己不斷的成長壯大的。由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特點(diǎn)，在制造業(yè)技術(shù)設(shè)備更新中，數(shù)控機(jī)床正迅速地在企業(yè)得到

7、普及。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床，能夠根據(jù)已編好的程序，使機(jī)床動作并加工零件。它綜合了機(jī)械、自動化、計(jì)算機(jī)、測量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器，本文介紹的是各種各樣的傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。例如該文主要討論電阻式傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、溫度檢測器、直線脈沖編碼器、觸式傳感器以及感應(yīng)同步器等等。通過一些圖片,讓我們更直觀的了解傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用,也讓我們的現(xiàn)代化的制造業(yè)的發(fā)展更為的強(qiáng)大,發(fā)展的更好走向世界走出國門,為我們的工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展做出一些有力的貢獻(xiàn)。第二章 檢測元件2.1 檢測元件的概念位置精度不高的數(shù)控設(shè)備,開環(huán)系統(tǒng)即可滿足要求。位置精度要求較高時(shí)

8、,均應(yīng)采用閉環(huán)系統(tǒng)。檢測裝置時(shí)數(shù)控機(jī)床中的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中其主要是檢測位移量,并發(fā)出反饋信號,與數(shù)控機(jī)床發(fā)出的指令和信號相比較,若有偏差,經(jīng)放大后檢測執(zhí)行部件,使其向著消除偏差的方向運(yùn)動,直至偏差等于零為止。閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)為反饋控制的隨動系統(tǒng),該系統(tǒng)的輸出量是機(jī)械位移、速度、或加速度,利用這些量的反饋實(shí)現(xiàn)精確的位移、速度控制目的。數(shù)控系統(tǒng)的檢測裝置(即傳感器)起著測量和反饋兩個(gè)作用,它發(fā)出的信號傳送給數(shù)控裝置或?qū)Ｓ每刂破?構(gòu)成閉環(huán)控制。從一定意義上看,數(shù)控機(jī)床的加工精度主要取決于監(jiān)測裝置的精度。傳感器能分辨出的最小測量值成為分辨率。分辨率不僅取決于傳感器本身,也取決于測量線路。因此,研

9、制和選用性能優(yōu)良的檢測裝置是非常重要的。數(shù)控機(jī)床對檢測裝置的主要要求有：(1）受溫度，濕度的影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強(qiáng)。（2）在機(jī)床執(zhí)行部件移動范圍內(nèi)，能滿足精度和速度的要求。 （3）使用維護(hù)方便，適應(yīng)機(jī)床工作環(huán)境。（4）成本低。(5) 便于與電子計(jì)算機(jī)連接。數(shù)控機(jī)床全部采用電傳感器性質(zhì)的位置檢測元件,即能將被測對象的位置變化量轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)數(shù)字化處理后在送入計(jì)算機(jī)。2.1.1檢測裝置的分類數(shù)控系統(tǒng)中的檢測裝置分為位移、速度和電流三種類型。根據(jù)安裝的位置及耦合方式，分為直接測量和間接測量；按測量方法分為增量式和絕對式；按檢測信號的類型分為模擬式和數(shù)字式；按運(yùn)動形式分為旋轉(zhuǎn)

10、型和直線型；按信號轉(zhuǎn)換的原理可分為光電效應(yīng)、光柵效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理、壓電效應(yīng)、壓阻效應(yīng)和磁阻效應(yīng)等類型。數(shù)控車床伺服系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置基本分為直線型和旋轉(zhuǎn)型。直線型位置檢測裝置用來檢測運(yùn)動部件的直線位移量；旋轉(zhuǎn)型位置檢測裝置用來檢測回轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動位移量。2.1.2 數(shù)控測量裝置的性能指標(biāo)測量裝置所測量的各種物理量是不斷變化的，因此，傳感器的測量輸出必須能準(zhǔn)確、快速地跟隨反映這些被測量的變化。傳感器的性能指標(biāo)應(yīng)包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。(1)分辨率。分辨率應(yīng)適應(yīng)車床精度和伺服系統(tǒng)的要求。分辨率的提高，對提高系統(tǒng)性能指標(biāo)、提高運(yùn)行平穩(wěn)性都很重要。(2)精度。符合輸出量與輸入量之間特定函數(shù)關(guān)系的

11、準(zhǔn)確程度稱作精度，數(shù)控用傳感器要滿足高精度和高速實(shí)時(shí)測量的要求。(3)靈敏度。實(shí)時(shí)測量裝置不但要靈敏度高，而且輸出、輸人關(guān)系中各點(diǎn)的靈敏度應(yīng)該是一致的。(4)測量范圍和量程。傳感器的測量范圍要滿足系統(tǒng)的要求，并留有余地。(5)遲滯。對某一輸入量，傳感器的正行程的輸出量與反行程的輸出量的不一致，稱為遲滯。數(shù)控伺服系統(tǒng)的傳感器要求遲滯小。(6)零漂與溫漂。傳感器的漂移量是其重要的性能標(biāo)志，它反映了隨時(shí)間和溫度的變化傳感器測量精度的微小變化。此外。對測量裝置還要求工作可靠，抗干擾性強(qiáng)，使用維護(hù)方便，成本低。2.2 傳感器2.2.1傳感器的概念傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸

12、出信號的器件或裝置。 在有些學(xué)科領(lǐng)域, 傳感器又稱為敏感元件、檢測器、轉(zhuǎn)換器等。傳感器的輸出信號通常是電量, 它便于傳輸、 轉(zhuǎn)換、 處理、 顯示等。 電量有很多形式, 如電壓、電流、電容、電阻等, 輸出信號的形式由傳感器的原理確定。如下圖列出了一些常見的傳感器。如圖1所示： 圖1 溫度傳感器2.2.2 傳感器的分類傳感器種類很多，分類標(biāo)準(zhǔn)不一樣，叫法也不一樣，常見的有電阻傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、溫度傳感器、壓電式傳感器、霍爾傳感器、數(shù)字式位置傳感器等。在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵、溫度傳感器、霍爾傳感器、壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、速度傳感器等,主要用

13、來檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。(1)檢測位移傳感器位移傳感器又稱為線性傳感器,它分為電感式傳位移傳感器、電容式位移傳感器、光電式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件,接通電源后,在開電感式位關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場,當(dāng)金屬物體靠近此感應(yīng)面時(shí),金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量,使振蕩器輸出幅度線性減弱,然后根據(jù)減弱量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。如圖2所示：圖2 檢測位移傳感器電感式位移檢測器具有無滑動觸點(diǎn),工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響,并且低功耗,長壽命,可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智

14、能控制。光電式位移傳感器利用激光三角反射法進(jìn)行測量,對被測物體材質(zhì)沒有任何要求,主要影響為環(huán)境光強(qiáng)和被測面是否平整,傳統(tǒng)的拉線式位移傳感器大多采用電位器式位移傳感器，它通過電位器元件將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或任意函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。普通直線電位器和圓形電位器都可分別用作直線位移和角位移傳感器。但是，為實(shí)現(xiàn)測量位移目的而設(shè)計(jì)的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個(gè)確定關(guān)系。電位器式位移傳感器的可動電刷與被測物體相連，物體的位移引起電位器移動端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加與減小則表明了位移的方向。通常在電位器上給定電源電壓，把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。由于其電刷移

15、動時(shí)電阻以匝電阻為階梯變化，其輸出特性亦呈階梯形。如果這種位移傳感器在伺服系統(tǒng)中用作位移反饋元件的時(shí)，則過大的階躍電壓會引起系統(tǒng)振蕩。因此在電位器的制作中應(yīng)盡量減小每匝的電阻值。同時(shí)，電位器式傳感器的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是易磨損、分辨力差、阻值偏低、高頻特性差，從而導(dǎo)致測量精度下降。  位移傳感器采用鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、測量范圍修改靈活、儀器成本低廉、安裝、調(diào)試與定標(biāo)方便等特點(diǎn)。同時(shí)具有良好的人機(jī)交互界面，使用直觀方便。外觀結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：圖.3.位移傳感器  傳感器硬件主要由光柵編碼電路、信號處理電路、單片機(jī)和顯示屏等組成，系統(tǒng)硬件原理

16、框圖如下圖所示。光柵編碼電路主要將外部的唯一轉(zhuǎn)化為數(shù)字脈沖信號；功放電路信號處理電路主要將脈沖信號進(jìn)行濾波整流放大；單片機(jī)主要完成信號的采集，同時(shí)將計(jì)算數(shù)字脈沖對應(yīng)的實(shí)際位移。如圖4所示：圖4 傳感器系統(tǒng)圖位移是和物體的位置在運(yùn)動過程中的移動有關(guān)的量,唯一的測量方式所涉及的范圍是相當(dāng)?shù)膹V泛的。小位移通常應(yīng)變式、電感式、渦流式、霍爾傳感器來檢測,大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵等傳感技術(shù)來測量。其中,光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)速度化、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn),在機(jī)床加工檢測儀表中北廣泛的應(yīng)用。(2) 壓力傳感器壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號，模

17、擬信號是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號。 或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號。而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電傳感器制造的壓力傳感器。稱為壓力傳感器。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(jì)以及測量低于大氣壓的真空計(jì)。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和兩個(gè)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(diǎn)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

18、于設(shè)定值時(shí)，會導(dǎo)致工件松動，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)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(shí)，其觸點(diǎn)會動作，將故障信號送給數(shù)控系統(tǒng)8。如圖5所示：圖5 壓力傳感器2.2.3 傳感器的作用國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等

19、要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器是檢測和控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的自動化程度愈高,系統(tǒng)對傳感器的依賴性就愈大,傳感器的優(yōu)劣對系統(tǒng)的功能起著決定性的作用?，F(xiàn)代工程技術(shù)要求傳感器能快速、精確地獲取信息,并能夠經(jīng)受各種惡劣的環(huán)境的考驗(yàn)。不少的機(jī)電一體化系統(tǒng)或裝置不能達(dá)到滿意的效果或無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵問題是沒有合適的傳感器。機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)要不斷的滿足人們生活的多樣化需求和生產(chǎn)的省力化、自動化需要,就要不斷的提高其自動化程度、提高其性能,就必然會對機(jī)電一體化相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,包括傳感器檢測技術(shù)的發(fā)展提出更高的要求。因此,大力開展傳感器檢測技術(shù)的應(yīng)用研究對機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展

20、具有十分重要的意義。2.2.4 傳感器的發(fā)展傳感器作為信息傳遞的主要途徑和手段。目前，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面起到重要的推動作用。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信未來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個(gè)飛躍。目前現(xiàn)階段只是處于智能技術(shù)的初期階段，傳感器就發(fā)揮著不可替代的作用。如果將物聯(lián)網(wǎng)比喻成一個(gè)人，那么傳感器就可以毫無疑問的是神經(jīng)末梢，是全面感知外界的最核心元件。傳感器就是將外界的各種信息轉(zhuǎn)換為可測量可計(jì)算的電信號，經(jīng)過設(shè)置的程序輸出結(jié)果，發(fā)送指令使各種事物可以不由人控制而只是由外界條件的變化自覺地調(diào)整行為。其中,數(shù)控機(jī)床在系統(tǒng)上也改進(jìn)了不少.例如,在數(shù)控的檢測裝置和傳感器在數(shù)控機(jī)床

21、上的廣泛應(yīng)用等,這都給數(shù)控機(jī)床的進(jìn)一步發(fā)展提供了很好的幫助,同時(shí)也會推動著我國制造行業(yè)的發(fā)展。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù),特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。傳感器的應(yīng)用需求推動著傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展,促進(jìn)著新型的傳感器的開發(fā)不斷深入。隨著人們生活水平的提高,傳感器技術(shù)越來越受到普遍的重視,其應(yīng)用也已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)生產(chǎn)過程的測量與控制方面的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程中,必須對溫度、壓力、流量、液位和氣體成分等參數(shù)進(jìn)行檢測,從而實(shí)現(xiàn)對工作狀態(tài)的檢測。目前,傳感器與微機(jī)通訊技術(shù)的結(jié)合滲透,使工業(yè)檢測自動化更具有高效準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。如果沒有傳感

22、器,現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)程度將會大大降低。特別是在數(shù)控機(jī)床中體現(xiàn)的更加的明顯。傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢近年來,傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型轉(zhuǎn)變的發(fā)展的階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化,它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)工業(yè)的改造,而且可以導(dǎo)致建立新型工業(yè),是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。這在數(shù)控機(jī)床上顯得就更為重要了1。第三章 傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用3.1數(shù)控機(jī)床對傳感器的要求在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用的傳感器主要有脈沖編碼器、直線光柵、溫度傳感器、壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、速度傳感器等,主要用來檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。數(shù)控機(jī)床對傳感器的要求：(1)可靠性高和抗干擾

23、性強(qiáng);(2)滿足精度和速度的要求;(3)使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境;(4)成本低。不同種類數(shù)控機(jī)床對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機(jī)床要求速度響應(yīng)高，中型和高精度數(shù)控機(jī)床以要求精度為主6。3.1.1 數(shù)控機(jī)床中典型的傳感器1.電阻傳感器把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。它主要包括、電位器式傳感器(見位移傳感器)和錳銅壓阻傳感器等。電阻式傳感器與相應(yīng)的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表有相關(guān)的聯(lián)系。在數(shù)控車床上有著關(guān)鍵性的作用。2.溫度傳感器溫度傳感器是利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。溫度傳感

24、器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。溫度傳感器在機(jī)床上主要是用來監(jiān)測溫度從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償或者過熱保護(hù)，機(jī)床在工作當(dāng)中隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動以及移動部件的移動，切削會產(chǎn)生熱量，然而溫度的分布是不均勻的，將會造成一定的溫差，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生熱變形，影響了加工零件的精度。為了避免這些影響，機(jī)床上都會安裝溫度傳感器，它可以把它檢測到的溫度值即時(shí)傳給控制系統(tǒng)，也可在設(shè)定的點(diǎn)達(dá)到的時(shí)候傳遞到控制系統(tǒng)來對機(jī)床的溫度實(shí)行監(jiān)視及控制。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

25、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(shí)通過數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行過熱報(bào)警。如圖6所示：圖6 溫度傳感器3. 脈沖編碼器的工作原理編碼器（encoder）是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲之形式的

26、設(shè)備。編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式采用電刷輸出，電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1還是“0。工業(yè)控制中的定位，接近開關(guān)、光電開關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟了，而且很好用?？墒?，隨著工控的不斷發(fā)展，又有了新的要求，這樣，選用旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)就突出了。1) 信息化：除了定位，控制室還可知道其具體位置；2) 柔性化：定位可以在控制室柔性調(diào)整；現(xiàn)場安裝的方便和安全、長壽：拳頭大小的一個(gè)旋

27、轉(zhuǎn)編碼器，可以測量從幾個(gè)到幾十幾百米的距離，n個(gè)工位，只要解決一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的安全安裝問題，可以避免諸多接近開關(guān)、光電開關(guān)在現(xiàn)場機(jī)械安裝麻煩，容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤，無機(jī)械損耗，只要安裝位置準(zhǔn)確，其使用壽命往往很長。3) 多功能化：除了定位，還可以遠(yuǎn)傳當(dāng)前位置，換算運(yùn)動速度，對于變頻器，步進(jìn)電機(jī)等的應(yīng)用尤為重要。4) 經(jīng)濟(jì)化：對于多個(gè)控制工位，只需一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的成本，以及更主要的安裝、維護(hù)、損耗成本降低，使用壽命增長，其經(jīng)濟(jì)化逐漸突顯出來。如上所述優(yōu)點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)編碼器已經(jīng)越來越廣泛地被應(yīng)用于各種工控場合。編碼器 - 絕對式編碼器從增量式編碼器到絕對式編碼器旋轉(zhuǎn)增量式編

28、碼器以轉(zhuǎn)動時(shí)輸出脈沖，通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動，當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。比如，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機(jī)，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點(diǎn)，然后才工作。這樣的

29、方法對有些工控項(xiàng)目比較麻煩，甚至不允許開機(jī)找零（開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置），于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。絕對型旋轉(zhuǎn)光電編碼器，因其每一個(gè)位置絕對唯一、抗干擾、無需掉電記憶，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長度測量和定位控制。絕對編碼器光碼盤上有許多道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線編排，這樣，在編碼器的每一個(gè)位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。絕對編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)

30、數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了7。4. 脈沖編碼器 脈沖編碼器是一種角位移(轉(zhuǎn)速)傳感器，它能夠把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。脈沖編碼器可分為光電式、接觸式和電磁式三種，其中光電式應(yīng)用比較多。如圖7所示：圖7 角度脈沖編碼器光電式脈沖編碼器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。在一個(gè)圓盤的圓周上刻有等間距線紋，分為透明和不透明的部分，稱為圓光柵。圓光柵與工作軸一起旋轉(zhuǎn)。與圓光柵相對，平行放置一個(gè)固定的扇形薄片，稱為指示光柵，上面制有相差1/4節(jié)距的兩個(gè)狹縫（辨向狹縫）。此外，還有一個(gè)零位狹縫（每轉(zhuǎn)發(fā)出一個(gè)脈沖）。脈沖發(fā)生器通過十字連接頭或鍵與伺服電動機(jī)

31、相連。光電脈沖編碼器在數(shù)控機(jī)床上用作位置檢測裝置，將檢測信號反饋給數(shù)控系統(tǒng)。其反饋給數(shù)控系統(tǒng)有兩種方式：一是適應(yīng)帶加減計(jì)數(shù)要求的可逆計(jì)數(shù)器，形成加計(jì)數(shù)脈沖和減計(jì)數(shù)脈沖。5. 增量式光電編碼器簡介編碼器廣泛用于位置和角度的測量，可分為絕對式編碼器與增量式編碼器。絕對式編碼器其特點(diǎn)是輸出信號與旋轉(zhuǎn)位置一一對應(yīng)，但其精度不高，而且成本較高。而增量式編碼器其輸出信號為脈沖信號，其脈沖個(gè)數(shù)與相對旋轉(zhuǎn)位移有關(guān)，而與旋轉(zhuǎn)的絕對位置無關(guān)，其精度較高，而且其成本相對較低。如果預(yù)先設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)位置，則可以利用增量式編碼器實(shí)現(xiàn)絕對式編碼器的功能，也即可以測出旋轉(zhuǎn)的絕對位置。 增量式編碼起按其輸出可分為差分式和非差分

32、式，他們的輸出信號均為脈沖信號，非差分信號輸出一般有AB兩相脈沖信號，其高電平接近編碼起的工作電壓。而差分式信號輸出A相、A非相、B相、B非相，其高電平只有編碼起工作電壓的一半，不管差分還是非差分的編碼器，A相和B相信號波形完全相同，僅存在90度的相差。6.直線光柵的工作原理現(xiàn)代的自動控制系統(tǒng)中已廣泛地采用光電傳感器(如光柵尺)來解決軸的線位移、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的監(jiān)測和控制問題。RG2系列光柵尺是山讀數(shù)頭、光柵和接口組成。光柵上均勻地刻有透光和小透光的線條，一般情況卜，線條數(shù)按所測精度刻制，為了判別出運(yùn)動方向，線條被刻成相位上相差90“的兩路。當(dāng)讀數(shù)頭運(yùn)動時(shí)，接口電路的光電接收器分別產(chǎn)生A相和B相兩

33、路相位相差90“的脈沖波7. 直線光柵的應(yīng)用 直線光柵是利用光的透射和反射現(xiàn)象制作而成，常用于位移測量，分辨力較高，測量精度比光電編碼器高，適應(yīng)于動態(tài)測量。在進(jìn)給驅(qū)動中，光柵尺固定在床身上，其產(chǎn)生的脈沖信號直接反映了拖板的實(shí)際位置。用光柵檢測工作臺位置的伺服系統(tǒng)是全閉環(huán)控系統(tǒng)。如圖8所示：5。圖8 直線光柵8. 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是利用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理組成的?？捎脕頊y量直線或轉(zhuǎn)角位移。測量直線位移的稱長感應(yīng)同步器，測量轉(zhuǎn)角位移的稱圓感應(yīng)同步器。長感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成。圓感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成。這兩類感應(yīng)同步器是采用同一的工藝方法制造的。一般情況下。首先用絕

34、緣粘貼劑把銅箔粘牢在金屬（或玻璃）基板上，然后按設(shè)計(jì)要求腐蝕成不同曲折形狀的平面繞組。這種繞組稱為印制電路繞組。定尺和滑尺，轉(zhuǎn)子和定子上的繞組分布是不相同的。在定尺和轉(zhuǎn)子上的是連續(xù)繞組，在滑尺和定子上的則是分段繞組。分段繞組分為兩組，布置成在空間相差90°相角，又稱為正、余弦繞組。感應(yīng)同步器的分段繞組和連續(xù)繞組相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)線圈，利用交變電磁場和互感原理工作。安裝時(shí)，定尺和滑尺，轉(zhuǎn)子和定子上的平面繞組面對面地放置。由于其間氣隙的變化要影響到電磁耦合度的變化，因此氣隙一般必須保持在0.25±0.05mm的范圍內(nèi)。工作時(shí)，如果在其中一種繞組上通以交流激勵電壓，由于

35、電磁耦合，在另一種繞組上就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電動勢隨定尺與滑尺（或轉(zhuǎn)子與定子）的相對位置不同呈正弦、余弦函數(shù)變化。再通過對此信號的檢測處理，便可測量出直線或轉(zhuǎn)角的位移量。9. 感應(yīng)同步器的優(yōu)點(diǎn)具有較高的精度與分辨力。其測量精度首先取決于印制電路繞組的加工精度，溫度變化對其測量精度影響不大。感應(yīng)同步器是由許多節(jié)距同時(shí)參加工作，多節(jié)距的誤差平均效應(yīng)減小了局部誤差的影響。目前長感應(yīng)同步器的精度可達(dá)到±1.5m，分辨力0.05m，重復(fù)性0.2m。直徑為300mm的圓感應(yīng)同步器的精度可達(dá)±1，分辨力0.05，重復(fù)性0.1。 抗干擾能力強(qiáng)。感應(yīng)同步器在一個(gè)節(jié)距內(nèi)是一個(gè)絕對測量裝置，在任

36、何時(shí)間內(nèi)都可以給出僅與位置相對應(yīng)的單值電壓信號，因而瞬時(shí)作用的偶然干擾信號在其消失后不再有影響。平面繞組的阻抗很小，受外界干擾電場的影響很小。 使用壽命長，維護(hù)簡單。定尺和滑尺，定子和轉(zhuǎn)子互不接觸，沒有摩擦、磨損，所以使用壽命很長。它不怕油污、灰塵和沖擊振動的影響，不需要經(jīng)常清掃。但需裝設(shè)防護(hù)罩，防止鐵屑進(jìn)入其氣隙。 可以作長距離位移測量?？梢愿鶕?jù)測量長度的需要，將若干根定尺拼接。拼接后總長度的精度可保持（或稍低于）單個(gè)定尺的精度。目前幾米到幾十米的大型機(jī)床工作臺位移的直線測量，大多采用感應(yīng)同步器來實(shí)現(xiàn)。 工藝性好，成本較低，便于復(fù)制和成批生產(chǎn)。由于感應(yīng)同步器具有上述優(yōu)點(diǎn)。感應(yīng)同步器目前被廣泛

37、地應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動態(tài)測量中，例如用于三坐標(biāo)測量機(jī)、程控?cái)?shù)控機(jī)床及高精度重型機(jī)床及加工中測量裝置等。圓感應(yīng)同步器則被廣泛地用于機(jī)床和儀器的轉(zhuǎn)臺以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中10。如圖9所示： 圖9 感應(yīng)同步器原理圖當(dāng)然,任何事物都是相對的都有好壞之分,感應(yīng)同步器有它的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也會有它的缺點(diǎn)。在此,對于它的缺點(diǎn)我就不再詳細(xì)的敘述了。相信我們在應(yīng)用它的同時(shí)我們會揚(yáng)長避短的只有這樣我們才會讓它更好地為我們服務(wù),這樣才有利于我們的發(fā)展啊！特別是在數(shù)控機(jī)床中我們更應(yīng)該是如此。因?yàn)橹圃鞓I(yè)會是以后一個(gè)國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)大的方向,制造業(yè)的發(fā)展會帶動國內(nèi)各行各業(yè)的發(fā)展的。 小 結(jié)通過學(xué)習(xí)本章,使得我們對數(shù)控機(jī)床有

38、了更深一步的理解,這為我們在以后的學(xué)習(xí)中帶來很大地益處和方便。傳感器的種類多種多樣而且各自的作用也不盡相同,在各自的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著各自的作用。在數(shù)控機(jī)床上安有不同種類的傳感器,它們的各自的安裝位置都不一樣,也發(fā)揮著不一樣的作用,但是缺少了它們其中的哪一個(gè)環(huán)節(jié)對機(jī)床的工作來說都會造成或大或小的不利的影響的,都會使工作效率和工作質(zhì)量降低的。因此,對于機(jī)床上的任何一個(gè)部位我們都應(yīng)盡自己最大的努力來保護(hù)它。即使它只是一個(gè)小小的不起眼的傳感器,也要引起我們的重視。傳感器在數(shù)控機(jī)床中的重要性也顯得至關(guān)重要,這就要求我們在學(xué)習(xí)的期間不可以只單獨(dú)的學(xué)習(xí)某個(gè)東西而是要把和它相關(guān)的東西都很好的聯(lián)系起來,要形成一個(gè)學(xué)

39、習(xí)鏈,只有這樣我們才能更好地,更全面的學(xué)習(xí)它。在經(jīng)過這一個(gè)多月的論文的寫作,我對數(shù)控機(jī)床的傳感器部分有了更加明確地了解,傳感器已經(jīng)滲到了我們的生活中了,在我們的機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展也是不可小覷的,現(xiàn)在制造行業(yè)的發(fā)展,特別是數(shù)控機(jī)加工行業(yè)對傳感器的應(yīng)用更是普遍的不得了。在寫這篇論文的期間,我不斷地翻閱了大量于此課題有關(guān)的資料,感覺不管哪個(gè)行業(yè)也好,還是哪個(gè)小部件也好,都有它存在的意義,同時(shí),它也會在自己的領(lǐng)域中創(chuàng)造自己的價(jià)值。這篇論文寫好之后,我感覺我好像學(xué)到了以前幾年都沒有學(xué)到的,沒想到在這短短的一段時(shí)間里我就學(xué)到,不.準(zhǔn)確的說應(yīng)該是我收獲了以前收獲不到的,我堅(jiān)信,這將是我一生的財(cái)富,它將伴隨我

40、的一生,而且,我相信,在我以后的工作中它也會給我意想不到的效果的.我認(rèn)為這是我的無形的寶藏。謝 辭感謝各位老師們在百忙之中來聽我的畢業(yè)論文,我的內(nèi)心是非常的激動的,希望各位老師可以給我一些寶貴的意見和建議,來幫助我更好更快的進(jìn)步和成長。希望我在這次的論文寫作中可以學(xué)習(xí)到很多與本課題相關(guān)的內(nèi)容,來豐富我的知識網(wǎng)。通過這次論文的寫作使我對我所學(xué)的專業(yè)課又有了進(jìn)一步的了解,在寫論文的時(shí)候我遇到好多不懂的地方,我在遇到不懂的地方就不斷地請教我的專業(yè)課的老師們當(dāng)然老師們對我提的諸多問題都一一的耐心的幫我解決這讓我學(xué)到不少的東西,還有就是我也通過網(wǎng)絡(luò)查詢一些資料來豐富我的文章,這就使得我的文章顯得更加的有

41、力有節(jié)了,不再顯得空洞無內(nèi)涵了。在此,我衷心地感謝那些在學(xué)習(xí)中給與我?guī)椭睦蠋焸?如果沒有他們的諄諄教導(dǎo)我想我是寫不出這樣的文章的,也別提通過最好的總結(jié)來回想我這么些年的學(xué)習(xí)心得,這是我以后的道路會越走越寬的！在此,我向給予我學(xué)習(xí)機(jī)會的每一位老師都致上我最珍貴的謝意！請?jiān)试S我說一聲：老師你們辛苦了！參考文獻(xiàn)1郁有文.傳感器原理及工程應(yīng)用M .西安：西安電子科技大學(xué)出版社,20092丁鎮(zhèn)生.傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用M .北京：電子工業(yè)出版社,19983劉武發(fā).數(shù)控機(jī)床與傳感器之間的聯(lián)系M .北京：電子工業(yè)出版社,19984徐學(xué)峰.傳感器變速器測控儀表大全M .北京：機(jī)械出版社,19985何克農(nóng).李偉.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M .北京：清華大學(xué)出版社,19986機(jī)電一體化技術(shù)手冊編委會.機(jī)電一體化技術(shù)手冊M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20057明興祖,數(shù)控機(jī)床. M .北京：中國人們大學(xué)出版社,20008畢承恩,丁乃建等.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社,19