光柵尺在高精度數(shù)控機(jī)床中的重要性

趙慧

沈陽精銳數(shù)控機(jī)床有限公司 遼寧沈陽 110000

數(shù)控機(jī)床在諸多行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床技術(shù)代表著一個(gè)工業(yè)企業(yè)技術(shù)水平的高低，工業(yè)企業(yè)要取得長遠(yuǎn)發(fā)展，必須大力推廣使用數(shù)控機(jī)床。加工零件的精度取決于數(shù)控機(jī)床的精度，由于普通機(jī)床所安裝的編碼器精度要求不高，并不適用于高速高精零件的加工，要進(jìn)一步提高精度和速度，必須在數(shù)控機(jī)床上安裝光柵尺。光柵尺安裝在滑板上，由于其機(jī)械部件齊全，因而在傳動(dòng)過程中能有效檢測誤差并給予修正，光柵尺能有效消除相應(yīng)的誤差源，比如滾珠絲杠溫度變化導(dǎo)致的位置差異，滾珠絲杠螺距造成的運(yùn)動(dòng)誤差，反向間隙誤差等。目前，光柵尺在高精度與高速度數(shù)控機(jī)床加工中發(fā)揮著重要作用，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高精高速零件加工的不二選擇。

1 光柵尺的結(jié)構(gòu)與檢測裝置

光柵尺是由安裝在機(jī)床活動(dòng)構(gòu)件上的光柵讀數(shù)頭和安裝在數(shù)控機(jī)床加工零件上的標(biāo)尺光柵和構(gòu)成，并且指示光柵固定在光柵讀數(shù)頭上。其中，光柵讀數(shù)頭又包含了多個(gè)部件，分別是光柵尺外觀源會(huì)聚透鏡、電阻元件以及調(diào)整部件等。另外，光柵讀數(shù)頭根據(jù)使用特性又可以分為多種類型，如直接接收式、分光鏡式以及金屬光柵反射式[1]。

2 光柵尺檢測原理

光柵尺在精密機(jī)床加工中有廣泛的應(yīng)用，除了用作直線位移，還可以用作角位移的檢測。光柵尺的檢測范圍極為廣泛，不僅檢測精度高，且速度快，優(yōu)勢突出。光柵尺的測量輸出信號主要為數(shù)字脈沖。標(biāo)尺光柵作為光柵尺的定位基準(zhǔn)，其安裝的位置有多種，比較常用的是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)以及直線工作臺(tái)，測量時(shí)要使用千分表進(jìn)行記錄。讀數(shù)頭主要安裝在機(jī)床的固定零件上，安裝過程中要調(diào)整讀數(shù)頭與標(biāo)尺光柵之間的位置，使二者的間距處于合適的狀態(tài)。比如數(shù)控插齒機(jī)，主要采用的德國公司技術(shù)，用于糾正其定位精度。其中，圓光柵尺的柵距分別為0.02mm，因此圓光柵尺的檢測精度可以達(dá)到4%，同時(shí)檢測率達(dá)到1‰。

3 光柵尺的重要作用及應(yīng)用分析

3.1 光柵尺的重要作用

（1）光柵尺在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用，對提高機(jī)床直線軸的位移定位具有重要的作用，利用光柵尺可以判斷機(jī)床直線軸是否按照控制指令完成執(zhí)行調(diào)整動(dòng)作[2]。而數(shù)控機(jī)床的加工精度又取決于光柵尺和機(jī)床自身的機(jī)械精度，并且光柵尺的分辨率是光柵尺精度的主要影響因素，所以在機(jī)床上應(yīng)用光柵尺需要選合適的分辨率。目前通常使用的光柵尺主要有鋼帶和玻璃兩種，具體應(yīng)用需要根據(jù)實(shí)際情況選擇，需要注意的是，玻璃光柵尺長度一般小于3m，而鋼帶光柵尺則大于3m。

（2）光柵尺可以幫助直線軸進(jìn)行更準(zhǔn)確的運(yùn)行。并不是所有的直線軸都可以采用光柵尺，某些機(jī)床的z軸是采用直齒條進(jìn)行傳動(dòng)，因此導(dǎo)致機(jī)床的直線軸精度較低，當(dāng)采用光柵尺時(shí)，也無法達(dá)到要求的精度，反而會(huì)造成震蕩現(xiàn)象。數(shù)控機(jī)床在安裝直線軸時(shí)要結(jié)合具體情況具體分析，一般來說，x軸必須安裝光柵尺，當(dāng)數(shù)控磨削產(chǎn)品中有錐度時(shí)，其z軸也必須安裝光柵尺。除此之外，鏜銑機(jī)床的z軸要安裝光柵尺，其他軸要不要安裝光柵尺主要取決于其加工精度。

3.2 光柵尺的具體應(yīng)用

光柵尺在應(yīng)用中還應(yīng)該重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問題：一是，選擇合適的匹配型號，因?yàn)楣鈻懦咻敵鲱愋托枰c數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)相結(jié)合；二是選擇不同光柵尺時(shí)，要考慮光柵尺的尺寸問題，應(yīng)根據(jù)具體的長度來確定。當(dāng)數(shù)控機(jī)床適合小于3m的光柵尺時(shí)，盡量選擇玻璃光柵尺，這種光柵尺相對來鋼帶光柵尺來說，更好安裝與調(diào)試，但是缺點(diǎn)是價(jià)格相對高。盡管鋼帶光柵尺安裝麻煩，但其具有長度優(yōu)勢。第三，要根據(jù)使用機(jī)床的具體情況來確定光柵尺的零參考點(diǎn)，機(jī)床尺寸較長時(shí)可選擇編碼型光柵尺；數(shù)控機(jī)床回參考點(diǎn)依靠撞撞塊時(shí)，可選擇增量型光柵尺；不要求回參考點(diǎn)時(shí)，可選擇絕對式光柵尺。第四，在插拔光柵尺傳感器及數(shù)顯表插座時(shí)，應(yīng)先斷電后加保護(hù)罩再拔，要對尺上的異物進(jìn)行及時(shí)清理，特別是油液等，以免其進(jìn)入光柵尺內(nèi)部。要定期對各部件進(jìn)行檢查，特別是連接螺釘是否固定結(jié)實(shí)?？稍诿芊鈼l上涂一層薄薄的硅油，以延長密封條使用壽命[3]。光柵尺傳感器應(yīng)注意日常維護(hù)，切忌震動(dòng)及摔打，一旦光柵尺斷裂，就不能再繼續(xù)使用。光柵尺傳感器不能隨意拆開，不能隨便調(diào)節(jié)主、副柵尺的間距，任何移動(dòng)都會(huì)對光柵尺造成潛在的傷害，要延長光柵尺的使用壽命，充分發(fā)揮其作用，必須按規(guī)定使用和保護(hù)。

4 結(jié)語

利用光柵尺對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行檢測，能進(jìn)一步提高其精度和速度，另外光柵尺成本較低，且操作方便，應(yīng)當(dāng)逐步擴(kuò)大其使用范圍。雖然其在諸多行業(yè)都已經(jīng)取得了應(yīng)用，但還存在一些問題，在光柵尺的具體應(yīng)用中應(yīng)格外注意其信號輸出類型的選擇，在選擇玻璃和鋼帶光柵尺時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體的情況具體分析，光柵尺的零參考點(diǎn)也要依據(jù)情況來定。在日常應(yīng)用中，要特別注意規(guī)范和維護(hù)，進(jìn)一步提升光柵尺的使用壽命，利用其高精高速的優(yōu)點(diǎn)推動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。