开关量传感器在数控机床中的应用.pdf

第 4期 总第 1 8 5 期 2 0 1 4年 O 8月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUT0MAT1 0N NO． 4 Aug ． 文章编号 ； 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 4 - 0 2 0 6 - 0 2 开关量传感器在数控机床 中的应用 谭立 岗 中国北车集团 大同电力机 车有限责任公 司，山西 大 同0 3 7 0 3 8 摘要 结合数控机床 日常维修 中遇到 的几种开关量传感器 的应用 问题 ，介绍其工作原理及作用 ，并对开关量 传感 器引起的故障提 出一些解决方 法和经验 。 关键词 开关 量传感器 ；数控机床 ；应用 中图分类 号T P 2 1 2 T G6 5 9 文献标识码 B 1 数控 机床 中应用 的开 关量传 感器 种类 数控系统作为数控机床 的大脑 和中枢 ， 通常 由人 机界面、 数字控制以及机床逻辑控制 P L C 这三个功 能部件构成。而开关量传感器又是机床逻辑控制的组 成部分， 作为输入信号传输给 P L C， 通 过 P L C程序实 现机 床 的逻 辑 控 制 ， 如 主轴 的换 档 控 制 、 液 压 系 统 控 制、 冷却润滑系统控制、 自动换刀控制等。在数控机床 中主要应用的开关量传感器有行程传感器 、 压力传感 器和温度传感器。 1 ． 1 行 程传 感 器的应 用 行程传感器是一种由物体的位移来决定电路通断 的开关 ， 又叫行程开关 ， 可以安装在相对静止或运动的 物体上。当动物或静物接近或接触开关时， 开关动作 ， 改变原有状态 。行程传感器在数控机床中的应用主要 有接触式和接近式两种 。 接触式行程传感器有直动式和滚轮式两种， 其工 作原理都是通过动物或静物接触传 感器 的触头 ， 使常 开常闭触点动作。接触式行程传感 器价格较低， 但体 积较大 ， 主要应用在数控机床安装较方便 的地方， 如各 轴的参考点及超程限位 、 电气柜和安全栏 的门开关等。 图 1为接触式 行程 传感 器在 数控加 工 中心参 考点 和超 程检 测 功能 中 的应 用 。 接触式行程传感器在数控机床使用过程 中， 由于 其结构原因， 可能出现触点卡死、 进水短路和触点腐蚀 等 故 障 。 接近式行程传感器又叫接近开关， 是利用传感器 对接近物体 的敏感 特性来 达到控制开关通或断 的 目 的， 常见 的接近开关有涡流式 、 电容式、 霍尔式 、 光电式 4种 。涡流式接近开关也叫电感式接近开关 ， 它是利 用导电物体在接近这个能产生 电磁场的接近开关时 ， 使物体 内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关 ， 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 1 6 ；修回 日期 2 0 1 4 0 2 1 0 作者简介 谭立 岗 1 9 8 0 一 ，男 ，吉林敦化人 ，工程 师，本科 。 使开关内部电路参数发生变化 ， 由此识别 出有无导电 物体接近 ， 进而控制开关 的通或断。该接近开关所能 检测的物体必须是导电体 。电容式接近开关的测量通 常是构成 电容器的一个极板 ， 而另一个极 板是开关的 外壳 。该外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机 壳相连接 。当有物体移 向接近开关 时， 不论 它是否为 导体 ， 由于它 的接近 ， 总要使电容的介 电常数发 生变 化 ， 从而使电容量发生变化， 使得和测量头相连的电路 状态也随之发生变化， 由此便可控制开关 的接通或断 开 。该接近开关检测的对象不仅限于导体 ， 也可 以是 绝缘的液体或粉状物等。霍尔式接近开关是利用霍尔 元件做成 的开关 。霍尔元件是一种磁敏元件 ， 当磁性 物体移近霍尔开关时， 开关检测面上的霍 尔元件 因产 生霍尔效应而使开关内部 电路状态发生变化 ， 由此识 别附近存在磁性物体， 进而控制开关 的通或断， 这种接 近开关的检测对象必须是磁性物体 。光电式接近开关 是利用光 电效应做成的开关 。将发光器件与光电器件 按一定方 向装在同一个检测头内， 当有反光面 被检测 物体 接近时 ， 光 电器件接 收到反射光 后便 有信号输 出， 由此便可“ 感知” 有物体接近。 接 近开 关 有 两 线 、 三 线 之 分 ， 三 线 制 的 有 P NP 、 NP N两 种接 法 ， 分 别 对 应 相应 的 P L C输 入 点 。接 线 时可 以根据线 的颜 色 区分 ， 棕 色或 者红 色接 电源正 极 ， 蓝色接电源负极 ， 黑色接输入信号。常用的接近开关 可分 为 4类 NP N NO、 NP N NC 、 P NP NO 与 P N P NC 三 条 引线 ， 电源线 L 与 L一， 信 号输 出线 。 N P N是指当有触发信号时 ， 信号输出线动作于 L这 条高电平 的电源线 。对于 NO型， 在没有触发信号时 ， 输 出线 是 悬 空 的 ， 有 触 发 时则 发 出与 L 电源 线 相 同 的 电平 实 际是 这 两 条 线 连通 了 。对 于 NC型 ， 在 没 有触发信号时， 信号输出线与 L 电源线是连通的 同 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 O 1 4年 第 4期 机 械工 程与自 动 化 2 0 9 车运行速度的增加而下降 ， 因此货车提速后 ， 将会出现 为了在规定 的制动距离 内停车 ， 在机车制动时需要 比 因不良黏着状态而导致空车滑行 ， 使 车轮擦伤故 障显 提速前有一定的操作提前量。 著增加 。 4 制动装置的使用频率会 提高。货车提速后 ， 4 轮对承受的垂直动载荷会增加。车辆的垂 向 制动装置的使用频率会提高 ， 从而提高制动配件 出现 动载荷与运行速度呈线性关系 ， 当列车提速后 ， 轮对承 故障的概率。 受的垂直动载荷会增加 ， 从而使钢轨 与轮对 间的接触 1 ． 4 车体和底 架附属件故障会增 多 应力增大 ， 同时随着提速后车轮的转动加快， 车轮承受 货车提速后， 由于列车纵 向冲动和垂向动载荷会 的疲劳载荷频率加快 ， 将使车轮踏 面的疲劳寿命减少 ， 加大 ， 一定会导致车体和底架附属件故障增多 。 因此踏面的剥离故障会增加 。 2 检修建议 1 ． 3 制动 系统 的故 障增 多 2 ． 1 加 强货 车检修 工作 根据我 国货车长期运行经验 ， 当列车提速后， 制动 货车提速后 ， 由于运用工况进一步恶化 ， 因此必须 系统的故障 如制动抱闸、 制动梁裂损等 可能会增加 ， 提高货车检修质量 ， 将检修规程规定 的质量标准作为 原因有 以下几方面 检修工作的最低标准， 以提高货车检修质量。 1 货车提速后制 动热负荷会增 加， 导致制动配 2 ． 2 对不适应提速运行的零部件进行更新改造 件的作用力加大。采用铸铁闸瓦的货车制动机的轴制 由于货车提速后会直接或问接引起制动和钩缓装 动功率 限值仅为 2 4 4 k W， 采用合成闸瓦时为 3 4 0 k W。 置的故障， 因此在提速前必须对不适应提速运行 的制 随着我 国货车的重载与提速技术 的发展 ， 货车制动系 动装置和钩缓装置进行更新改造 ， 积极推进制动和钩 统的设计与运用必须考虑制动热负荷 的影响 。由于制 缓装置的更新换代 ， 如用 E级钢锻造钩尾框取代铸造 动负荷与速度成平方关系 ， 因此当既有货车从 8 0 k m／ 钩尾框， 用 E级钢材质的车钩取代 B级钢或 C级钢车钩。 h提速到 1 0 0 k m／ h后 ， 在紧急制动距离不变的情况下 2 ． 3 统一运用货车转向架种类 其制动负荷约增 加 5 O ％， 会显著增加制 动力， 而过高 可利用报废车拆解下 的转 K2型转向架 配件， 加 的制 动力 可能 会导 致 空 车 擦 伤 车 轮 ， 并 增加 其 他 制 动 快对 装用 转 8 B 转 8 AB 型转 向架 既有 货 车换装转 K2 配件发生故障的概率。 型转 向架的检修改造 ， 以提高货车运行品质 ， 同时可统 2 受紧急制动距 离的限制 ， 会显著增加制动热 一运用货车转 向架种类 ， 方便检修与维护， 更好地满足 负荷。受原有紧急制动距 离 8 0 0 1 T I 的限制， 货车提速 货车提速需要 。 后车轮制动热负荷会显著增加， 如果要求不增加制动 2 ． 4 严格除锈和探伤检查 热负荷， 必须延 长货 车 的紧急 制动距 离 。 目前 我 国 进一步加强车钩缓冲装置 、 走行部大部件的除锈 7 0 t 级货车在 l 2 0 k m／ h初速下的紧急制动距离限值 和探伤检查工作， 杜绝漏探和漏检现象的发生。 已延长到 1 4 0 0 r f l 。由于制动热负荷对轮瓦作用会产 2 ． 5 加强货车的临修工作 生不利影响 ， 在提速前需要按最不利条件进行制动热 由于提速后货车临修故 障会增加 ， 因此应加强货 负荷的校核。 车临修故障处理能力建设 ， 完善货车 临修作业条件和 3 列车提速会增加制动空走距离 。我国现有货 工装设施 ， 使 主要列检作业场所具备货 车站修 能力。 物列车的编组重量普遍在 5 0 0 0 t 左右 ， 编组数量达到 同时要加强临修故 障的抢修， 使货 车临修故障得 到及 了 6 0辆以上 ， 因此提速后会增加列车制 动空走距离。 时处理 ， 全面适应全天候处理临修故障的需要 。 I nf l u e n c e o f S pe e d Bo o s t o f Ra i l wa y o n Fr e i g ht Ca r s QI N Zh o n g - y i Ta i y u a n Ra i l wa y Tr a n s p 0 r t a t i o n Eq ui p me n t Co ．，Lt d ．，Ta i y u a n 0 3 0 0 0 9 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e i n f l u e n c e o f s p e e d b o o s t o f r a i l wa y o n f r e i g h t c a r s ，a n a l y z e s t h e r e a s o n s ，a n d p u t s f o r wa r d s o me s u g g e s t i o n f o r i n s p e c t i o n a n d r e p a i r ． Ke y wor ds s p e e d b oo s t ；i nf l ue n c e；r e a s o n a na l ys i s；i n s pe c t i o n；f r e i ght c ar s 上接第 2 0 7页 E e l 孙宝元， 杨宝清． 传感器及其应用手册[ M] ．北京 机械 参考文献 工业出版社 ， 2 0 0 4 ． E 1 ] 余 仲 裕． 数 控 机 床维 修 [ M] ．北 京 机 械 工 业 出 版社 ， [ 3 ] 刘爱华 ， 满宝元． 传感 器原理 与应 用技术 [ M] ．北 京 人 2 0 0 1 ． 民邮电出版社 ， 2 0 0 7 ． Ap pl i c a t i o n o f S e n s o r S wi t c h i n CNC M a c h i n e To o l TAN Li g a ng CNR Da t o n g El e c t r i c Lo c o mo t i v e Co ．，L t d ．，Da t o n g 0 3 7 0 3 8，Ch i n a Ab s t r a c t Co mb i n i n g wi t h t h e p r o b l e ms o f s e n s o r s wi t c h u s e d i n CNC ma c h i n e t o o l ，t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e wo r k i n g p r i n c i p l e a n d ma i n f u n c t i o n s o f s e n s o r s wi t c h，a n d p u t s f o r wa r d s o me me t h o d s t o s o l v e t h e f a u l t s o f t h e ma c h i n e t o o l ，wh i c h i s c a u s e d b y s e n s o r s wi t c h ． Ke y wo r d s s e n s o r s wi t c h ；CNC ma c h i n e t o o l ；a p p l i c a t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m