機（jī）床測頭的工作原理與應（yīng）用分析

機床測頭是在位測量技術中的核心部件（jiàn），其主要功能是在（zài）加工（gōng）過（guò）程中為數控係統提供工件表麵的實時（shí）測量數據，從而實現加工參數的在線補（bǔ）償和（hé）優（yōu）化。機床（chuáng）測頭的性（xìng）能直接影響著在位測量的精（jīng）度、效率和可（kě）靠性。本文黄片91將重（chóng）點介紹常見（jiàn）機床（chuáng）測頭的工作原理，並分析其在實際（jì）應用中的優缺（quē）點。

一、接觸式測頭

接觸式測頭是最常用的一類機床測（cè）頭，其（qí）基本工作原理是通過測針與工件表麵直接接（jiē）觸，將接觸信號轉（zhuǎn）換為（wéi）電信號輸出。接觸式測頭主要由以下幾個部分組（zǔ）成：

1.測針（zhēn）：測針是與工件直接接觸的部件，通常采用硬質合金或（huò）陶瓷等耐（nài）磨材（cái）料製成。測針（zhēn）的形狀和尺寸根據被（bèi）測工（gōng）件的特點而定，常（cháng）見的有（yǒu）球形、圓柱形、圓錐形等。

2.傳感器：傳感器是將測針（zhēn）的機械（xiè）位移轉換為電信號的關鍵部件。常（cháng）用的傳感器類型有應變電阻（zǔ）式、壓電式（shì）、光（guāng）電式等。應變電阻式傳感器（qì）利（lì）用了測力引起電阻值變化（huà）的原理；壓電式傳感器（qì）利用了壓電晶體在受力時產（chǎn）生電荷的原理；光電式（shì）傳（chuán）感器則利用了測針位（wèi）移引起光路變化的原理。

3.觸發電路：觸發電路用於檢測傳感器輸出信號的變（biàn）化，並在達到設定閾值時輸出（chū）觸發信號。觸發信號的響應速度和重複性（xìng）是評價觸發電路性能（néng）的（de）重要指標。

4.信號處（chù）理電路：信號處理電路對傳感器輸（shū）出的模擬信號進行放（fàng）大、濾波、A/D轉換等處理，得到數字（zì）化的位移信號，並通過接（jiē）口電路傳輸給數控係統。

接觸式測頭的優（yōu）點是結（jié）構簡單、測量（liàng）精度高、通用性強，適用於大多數材質的工件測量。但其缺（quē）點是測量速度相對較慢（màn），測針易磨損（sǔn），而（ér）且不能（néng）測量（liàng）軟質、粘性材料及易變形工件。

二、非接觸式測頭

非（fēi）接觸式測頭是利用光、聲、電（diàn）等非接觸方式獲取工件（jiàn）表麵信（xìn）息（xī）的測（cè）頭（tóu），其基本工作原理是通過發射（shè）和接收媒介信號（hào），根據信號的變化情況（kuàng）間接測（cè）量工件的尺寸和位置。常見的非接觸式測頭有以（yǐ）下幾種類型：

1.激光測頭：激光測頭利用激光三（sān）角法測量原理，通（tōng）過投射激光束到工件表麵，並用（yòng）CCD等光電傳感器接收反射光束，根據發射角和接收角的變化計算（suàn）出工（gōng）件表麵的位置坐（zuò）標。激光（guāng）測頭的優點是測量速度快、精度高（gāo）、量程大，適用於複雜（zá）曲麵的掃描測量。缺點是易受表麵粗糙度、反射率（lǜ）等因素的影響，而（ér）且造（zào）價相對較高。

2.光學測頭：光（guāng）學測（cè）頭利用（yòng）光學（xué）成像原理，通過CCD相機拍攝工件表麵（miàn）圖像，並用圖像處（chù）理算法（fǎ）提取（qǔ）輪廓特征，計算出尺（chǐ）寸參數。光學測頭的（de）優點是測量速度快、非（fēi）接觸性好，適用於小型、微細工件的測量。缺點是受光照條件影響大，而且測量精（jīng）度相對較（jiào）低。

3.電容測頭：電容測頭（tóu）利用了（le）導體（tǐ）間電容與距離的關係，通過測量探頭與（yǔ）工件（jiàn）間電（diàn）容的變化，換算出兩者間的（de）相對位移。電容測頭的優（yōu）點是分辨率高（gāo）、響應速度快，適用（yòng）於導電材（cái）料工件的精密測量（liàng）。缺點是易受溫度、濕度等（děng）環境（jìng）因（yīn）素的影響，而（ér）且測量範圍較小。

4.超聲波（bō）測（cè）頭（tóu）：超聲（shēng）波測頭利用超聲波的飛行時間或多普勒頻移效應，測（cè）量探頭與工件間的距離或相對速（sù）度。超聲波（bō）測頭的優點是測量範（fàn）圍大、對材質適應（yīng）性強，適用於粗糙表麵和有油汙工件的測量。缺點是測量精度相對較低，易受環境噪聲的幹擾。

非接觸式測頭克服了接觸式測頭的某些局限（xiàn）性，但其測量精度和穩定性通常不如接觸式測頭。在實際（jì）應用（yòng）中，需要根（gēn）據工件特點、加工要求、環境條件等因素，選（xuǎn）擇合適的測（cè）頭類型（xíng）。

三、機床測頭的應用分析

機（jī）床測頭在現代製造業中得到了廣泛應用，下麵從加工對象（xiàng）、加工階段和加工目的三個方麵進行分析。

1.按加工對象（xiàng）分類：

-軸類零件：如（rú）電機軸、傳動軸等，通常采用接觸式測頭測（cè）量其徑向跳動（dòng）、圓柱度等參數。

-盤（pán）類零（líng）件：如法蘭盤、凸輪等，通常采用接觸式或激光測頭測量其平麵（miàn）度、同軸度等（děng）參（cān）數。

-殼體類零件：如（rú）汽車發（fā）動機缸體、變速箱殼等，通常采（cǎi）用激光或光學測頭測量其內外輪（lún）廓尺寸。

-葉（yè）輪類零件：如渦（wō）輪葉片、壓氣機葉輪等，通常采用激光或光學測頭測量其葉型曲麵（miàn）。

2.按加工階段分類：

-毛坯測量：在粗加工前，采用測頭測量毛坯（pī）的尺寸和位置，以優化裝夾方案和刀具路徑。

-粗（cū）加工測量：在粗加工後，采用測頭測量關鍵尺（chǐ）寸和形位公差，判斷（duàn）是否滿足後續精加工條件。

-精加工測量（liàng）：在精加工過程中，采用測頭實時（shí）測量加工表麵的尺寸和形狀誤差，並實（shí）現在線補償。

-成品檢測：在終加工後，采用測頭（tóu）對成品進行抽樣或（huò）全檢，驗證其是否（fǒu）滿（mǎn）足圖紙要求。

3.按加工目的（de）分類：

-工件找正：采用測頭測量工件基準（zhǔn）麵和關鍵特（tè）征，建立工件坐（zuò）標（biāo）係，實現工（gōng）件（jiàn）在多次裝夾中的位置一致性。

-刀具補償：采用測頭測量（liàng）刀具的實際（jì）位置（zhì）和磨損量，並將偏差值反饋給數控係統，自動調整刀具補償參數。

-自適應控製：采用（yòng）測頭實時測量加工參數，如切削力、振動、溫度等，根據反饋（kuì）數（shù）據動態優化（huà）進給（gěi）速度、主軸轉速等加工參（cān）數（shù）。