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

一、線性光柵尺選型

(1)準確度等級的選擇數(shù)控機床配置線性光柵尺是了提高線性坐標軸的定值精度、再復定位精度，所以光柵尺的準確度等級是首先要考慮的，光柵尺準確度等級有±0.01mm、±0.005mm、±0.003mm、±0.02mm。而我們在設計數(shù)控機床時根據(jù)設計精度要求來選擇準確度等級，值得注意的是在選用高精度光柵尺時要考慮光柵尺的熱性能，它是機床工作精確度的關鍵環(huán)節(jié)，即要求光柵尺的刻線載體的熱膨脹系數(shù)與機床光柵尺安裝基體的熱膨脹系數(shù)相一致，以克服由于溫度引起的熱變形。

另外光柵尺最大移動速度可達120m/min，目前可完全滿足數(shù)控機床設計要求；單個光柵尺最大長度為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)測量方式的選擇光柵尺的測量方式分增量式光柵尺和絕對式光柵尺兩種，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距離而獲得位置信息，為了獲得絕對位置，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。而絕對式光柵尺以不同寬度、不同問距的閃現(xiàn)柵線將絕對位置數(shù)據(jù)以編碼形式直接制作到光柵上，在光柵尺通電的同時后續(xù)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，絕對位置值從光柵刻線上直接獲得。

絕對式光柵尺比增量式光柵尺成本高20％左右，機床設計師因考慮數(shù)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成本。但是絕對式光柵尺開機后不需回參考點的優(yōu)點是增量式光柵尺無法比擬的，機床在停機或故障斷電后開機可直接從中斷處執(zhí)行加工程序，不但縮短非加工時間提高生產(chǎn)效率，而且減小零件廢品率。因此在生產(chǎn)節(jié)拍要求格或由多臺數(shù)控機床構成的自動生產(chǎn)線上選用絕對式光柵尺是最為理想的。

(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，雖然光柵尺輸出信號的波形不同對數(shù)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(shù)控機床系統(tǒng)相匹配，如果輸出信號的波形與數(shù)控機床系統(tǒng)不匹配，導致機床系統(tǒng)無法處理光柵尺的輸出信號，反饋信息、補償誤差對機床線性坐標軸全閉環(huán)控制無從談起。在實踐中確有輸出信號的波形與數(shù)控機床系統(tǒng)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(tǒng)間加裝一個數(shù)字化電子裝置(如：HEIDENHAINDE的IBV600系列的細分和數(shù)字化電子裝置)，就很容易解決了。

臥式加工中心Z向線性坐標軸為例，介紹光柵尺的調整安裝過程。

(1)光柵尺安裝基準面的加工加工光柵尺定尺、動尺的安裝基準面，保證與導軌的平行在0.02mm以內，按坐標尺寸加工出定尺結合螺釘孔。

(2)清理各安裝基準面，將專用安裝具1固定在定尺安裝面上，動尺支架2與專用安裝具可靠連接，按實測尺寸配磨調整墊3，配作動尺支架與滑座結合螺釘及錐銷。

激光干涉儀測量)。

參數(shù)：P1852．各軸快速時的反向間隙補償值。

設定值：按快速(例如10000mm/min)時檢測的反向間隙值設定(用激光干涉儀測量)。

參數(shù)：P1800#4RBK。

設定值：此位參數(shù)設定為1，則切削和快速的反向間隙可以分別生效。

2.螺距誤差的補償

數(shù)控系統(tǒng)一般每軸設置最大可達128點的螺距誤差補償點數(shù)。必要時，可對某軸進行補償，一般習慣是按50mm或100mm的間隔進行補償，為了提高精度，建議用5mm或10mm的間隔進行補償，效果更好。

3.補償計數(shù)器的設定

全閉環(huán)控制時，通常設定補償計數(shù)器，以FANUCOi系統(tǒng)為例，說明如下：參數(shù)：P2010#5HBBL反向問隙補償值加到誤差計數(shù)器中。

設定值：設定為0，表示為半閉環(huán)方式(標準設定)。

參數(shù)：P2010#4HBPE螺距誤差補償值加到誤差計數(shù)器中。

設定值：設定為0，表示為全閉環(huán)方式(標準設定)。

4.提高增益設定

在無振動的前提下，盡量提高位置環(huán)增益P1825，速度環(huán)增益P2043、P2045及負載慣量比P2021等參數(shù)。

五、結論

總結分析以上因素，有互相統(tǒng)一的一面，合理選取光柵尺，正確使用使其物盡其能；也有互相矛盾的一面，安裝位置既要盡可能靠近驅動軸線，又要盡量遠離機床的發(fā)熱源(如絲杠副)，這就要看機床設計師，怎樣兼顧折衷考慮各方面因素，綜合考慮光柵尺選型、設計、安裝、捌試等因素，得到比較合理的性價比，勢必取得比較好的控制檢測效果。

通過以上幾個步驟的調試，一臺數(shù)控機床一般都能獲得很好的位置精度(定位精度、重復定位精度)，達到機床設計要求，能很容易滿足用戶的需求，對數(shù)控機床的制造廠家和使用用戶有著非凡的現(xiàn)實意義。

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