機床測（cè）頭的工作原理與應用（yòng）分析

機（jī）床測頭是在位測量技術中的核心部件，其主要功能是在加工過程中為數控係（xì）統提供（gòng）工件表（biǎo）麵的實時測量數據，從而實現加工參數的在（zài）線補償和優化（huà）。機床測頭的性能直接影響著在位測量（liàng）的精度、效（xiào）率和可靠性。本文黄片91將重點介紹常見機床測頭的工作原理，並（bìng）分析其在實際應用（yòng）中的優（yōu）缺點。

一、接觸式測（cè）頭

接觸式測頭是（shì）最常用的一類機床測（cè）頭，其基本工作原理是通過測針與工件表麵直接接觸（chù），將接觸信號（hào）轉換為電信號輸出。接（jiē）觸式測頭主要由以下幾個部分組成：

1.測針：測針是與工（gōng）件直接接觸的部（bù）件（jiàn），通常采用硬質合（hé）金或陶瓷等耐磨（mó）材料製成。測（cè）針的形狀和尺寸根據被測（cè）工件的特點而定，常見的有球形、圓柱形、圓錐形等。

2.傳感器（qì）：傳感器是將測針的機械（xiè）位移轉換為電信號的關鍵部件。常用的傳感器類型有應變電阻式、壓電式、光電式等。應變電阻式傳感器利用了測力引起電阻值變化的原理；壓電式傳感器利用了壓電晶（jīng）體在（zài）受力時（shí）產生電荷的原理；光（guāng）電式傳感（gǎn）器則利用了測針位移引起光路變化的原（yuán）理。

3.觸發電路：觸（chù）發電路用於（yú）檢測傳感器輸出信號的變化，並在達到設定閾值時輸出觸發信號。觸（chù）發信號的響應速度和重複性是（shì）評價觸發電路性能的重要（yào）指標。

4.信（xìn）號處理電路：信號處理（lǐ）電路對傳（chuán）感器輸出的模擬信號進（jìn）行放大、濾波、A/D轉換等處理，得到（dào）數字化的位（wèi）移信號（hào），並通過接口電路傳（chuán）輸給數控係統。

接觸式測頭的優點是結（jié）構（gòu）簡單、測量精度高（gāo）、通（tōng）用性強，適用於大多數材質的工件（jiàn）測量。但其缺點是測量速度相對較慢，測針（zhēn）易磨（mó）損，而且不能測量軟質、粘（zhān）性材料及易變形工件。

二、非接觸式測頭

非（fēi）接觸（chù）式測（cè）頭是利用光、聲（shēng）、電等非接觸方式獲取（qǔ）工件表麵信（xìn）息的測（cè）頭，其基本工（gōng）作原理是通過發射（shè）和（hé）接收媒介信號，根（gēn）據信號的變（biàn）化情況間接測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角法測量原理，通過投射激光束到工件（jiàn）表（biǎo）麵，並用（yòng）CCD等（děng）光電（diàn）傳感（gǎn）器接收反射光束，根據發射角（jiǎo）和接收角的變化（huà）計算出工件表麵的位置坐標。激光測頭的優點是測量速（sù）度快、精度高、量程大，適用於複雜曲麵的掃描測量。缺點是易受表麵粗糙度、反射率等因素的影響，而且造價（jià）相對較高。

2.光學測（cè）頭：光（guāng）學測（cè）頭利用光學成像原（yuán）理，通過CCD相機拍攝工（gōng）件表麵圖（tú）像，並用圖像處理算法提（tí）取輪廓特征，計算出尺寸參數。光（guāng）學測頭的優點是測量速度快、非接觸性好，適用於小型、微細工件的測量。缺點是受光照條件影響大，而且測量精度相對較低（dī）。

3.電（diàn）容測頭（tóu）：電容測頭利用了導（dǎo）體間電容與距離的關係，通過（guò）測量探頭與工件間電容的（de）變化，換算出兩者間的相對位移。電容測頭的優點是分（fèn）辨（biàn）率高、響（xiǎng）應速度快，適用於導電材料工件的精密測量。缺點是易受溫度、濕度等環境因素的影響，而且測量範圍較小。

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

非接觸式測（cè）頭克服了（le）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（shí）際應用中，需要根（gēn）據工件特點、加工要求、環境條件（jiàn）等因素，選擇合適的（de）測頭類型（xíng）。

三、機床（chuáng）測頭的應用分析

機床測頭在現代製造業中得到了廣泛（fàn）應用，下麵從加（jiā）工對象、加工階段和（hé）加工目的（de）三個方麵（miàn）進行（háng）分析。

1.按加工對象分類：

-軸類零（líng）件：如電機軸、傳動軸等，通常采用接觸式測頭測量其（qí）徑向（xiàng）跳動、圓柱度等參數。

-盤（pán）類零件：如法蘭盤、凸輪等，通常采用接觸式或激光測頭測量其平麵度、同軸度等參數。

-殼體類零件：如汽（qì）車（chē）發動機缸體、變速箱殼等，通常采用激光或光學（xué）測頭測量其內外輪廓尺寸。

-葉輪類零件：如渦輪葉片（piàn）、壓氣機葉輪等，通常（cháng）采用激光或光學測（cè）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（qián），采用測頭測量毛（máo）坯的尺寸和位置（zhì），以優化裝夾（jiá）方案和刀具（jù）路（lù）徑。

-粗加工測（cè）量：在粗加工後（hòu），采用測頭測量關鍵尺寸和（hé）形位（wèi）公差，判斷是否（fǒu）滿足後續精加工（gōng）條件。

-精加工（gōng）測量：在（zài）精加工過程中，采用測頭實時測量加工表麵的尺寸和形狀誤（wù）差，並實現在線補償（cháng）。

-成品檢測：在終加工後，采用（yòng）測頭對成品進行抽樣或（huò）全檢，驗證其是否滿足圖紙要求。

3.按加工目的分類：

-工件找正：采用測頭測（cè）量工（gōng）件基準麵和（hé）關鍵（jiàn）特征，建立工（gōng）件坐標係，實現工件在多次（cì）裝夾中的位置一致（zhì）性。

-刀具補償：采用測頭測量刀具的實際位置和磨損量，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：采用測頭實時測量加工參數，如切削（xuē）力、振動、溫度等，根據（jù）反（fǎn）饋數據動態優化進給速度（dù）、主軸轉速等加工參（cān）數。