線性光柵尺在數控機床中的控制應用

　　隨著現代制造業的迅速發展，數控機床越來越多地被廣泛應用，同時對數控機床定位精度、重復定位精度也日益進步，原來精密滾珠絲杠加編碼器式的半閉環控制系統已無法滿足用戶的需求。半閉環控制系統無法控制機床傳動機構所產生的傳動誤差、高速運轉時傳動機構所產生熱變形誤差以及加工過程中岡傳動系統磨損而產生的誤差，而這些誤差已經嚴重影響到數控機床的加工精度及其穩定性。線性光柵尺對數控饑床各線性坐標軸進行全閉環控制，消除上述誤差，進步機床的定位精度、重復定位精度以及精度可靠性，作為進步數控機床位置精度的關鍵部件日益受到用戶的青睞。

　　下面就線性光柵尺選型、安裝工具設計、安裝及數控系統參數測整等內容進行了探討，可能有不周之處，請讀者不吝賜教。

　　一、線性光柵尺選型

　　(1)正確度等級的選擇數控機床配置線性光柵尺是了進步線性坐標軸的定值精度、再復定位精度，所以光柵尺的正確度等級是首先要考慮的，光柵尺正確度等級有±0.01mm、±0.005mm、±0.003mm、±0.02mm。而我們在設計數控機床時根據設計精度要求來選擇正確度等級，值得留意的是在選用高精度光柵尺時要考慮光柵尺的熱性能，它是機床工作度的關鍵環節，即要求光柵尺的刻線載體的熱膨脹系數與機床光柵尺安裝基體的熱膨脹系數相一致，以克服由于溫度引起的熱變形。

　　另外光柵尺zui大移動速度可達120m/min，目前可完全滿足數控機床設計要求；單個光柵尺zui大長度為3040mm，如控制線性坐標軸大于3040mm時可采用光柵尺對接的方式達到所需長度。

　　(2)丈量方式的選擇光柵尺的丈量方式分增量式光柵尺和盡對式光柵尺兩種，所謂增量式光柵尺就是光柵掃描頭通過讀出到初始點的相對運動間隔而獲得位置信息，為了獲得盡對位置，這個初始點就要刻到光柵尺的標尺上作為參考標記，所以機床開機時必須回參考點才能進行位置控制。而盡對式光柵尺以不同寬度、不同問距的閃現柵線將盡對位置數據以編碼形式直接制作到光柵上，在光柵尺通電的同時后續電子設備即可獲得位置信息，不需要移動坐標軸找參考點位置，盡對位置值從光柵刻線上直接獲得。

　　盡對式光柵尺比增量式光柵尺本錢高20％左右，機床設計師因考慮數控機床的性價比，一般選用增量式光柵尺，既能保證機床運動精度又能降低機床本錢。但是盡對式光柵尺開機后不需回參考點的優點是增量式光柵尺無法相比的，機床在停機或故障斷電后開機可直接從中斷處執行加工程序，不但縮短非加工時間進步生產效率，而且減小零件廢品率。因此在生產節拍要求格或由多臺數控機床構成的自動生產線上選用盡對式光柵尺是zui為理想的。

　　(3)輸出信號的選擇光柵尺的輸出信號分電流正弦波信號、電壓正弦波信號、TTL矩形波信號和TTL差動矩形波信號四種，固然光柵尺輸出信號的波形不同對數控機床線性坐標軸的定位精度、重復定位精度沒有影響，但必須與數控機床系統相匹配，假如輸出信號的波形與數控機床系統不匹配，導致機床系統光柵尺的輸出信號，反饋信息、補償誤差對機床線性坐標軸全閉環控制無從談起。在實踐中確有輸出信號的波形與數控機床系統不匹配的情況，不過處理此情況也有辦法，只要在輸出信號與機床系統間加裝一個數字化電子裝置，就很輕易解決了。