光栅尺在高精度数控机床中的重要性

赵慧

沈阳精锐数控机床有限公司 辽宁沈阳 110000

数控机床在诸多行业都有广泛的应用，数控机床技术代表着一个工业企业技术水平的高低，工业企业要取得长远发展，必须大力推广使用数控机床。加工零件的精度取决于数控机床的精度，由于普通机床所安装的编码器精度要求不高，并不适用于高速高精零件的加工，要进一步提高精度和速度，必须在数控机床上安装光栅尺。光栅尺安装在滑板上，由于其机械部件齐全，因而在传动过程中能有效检测误差并给予修正，光栅尺能有效消除相应的误差源，比如滚珠丝杠温度变化导致的位置差异，滚珠丝杠螺距造成的运动误差，反向间隙误差等。目前，光栅尺在高精度与高速度数控机床加工中发挥着重要作用，是数控机床进行高精高速零件加工的不二选择。

1 光栅尺的结构与检测装置

光栅尺是由安装在机床活动构件上的光栅读数头和安装在数控机床加工零件上的标尺光栅和构成，并且指示光栅固定在光栅读数头上。其中，光栅读数头又包含了多个部件，分别是光栅尺外观源会聚透镜、电阻元件以及调整部件等。另外，光栅读数头根据使用特性又可以分为多种类型，如直接接收式、分光镜式以及金属光栅反射式[1]。

2 光栅尺检测原理

光栅尺在精密机床加工中有广泛的应用，除了用作直线位移，还可以用作角位移的检测。光栅尺的检测范围极为广泛，不仅检测精度高，且速度快，优势突出。光栅尺的测量输出信号主要为数字脉冲。标尺光栅作为光栅尺的定位基准，其安装的位置有多种，比较常用的是回转工作台以及直线工作台，测量时要使用千分表进行记录。读数头主要安装在机床的固定零件上，安装过程中要调整读数头与标尺光栅之间的位置，使二者的间距处于合适的状态。比如数控插齿机，主要采用的德国公司技术，用于纠正其定位精度。其中，圆光栅尺的栅距分别为0.02mm，因此圆光栅尺的检测精度可以达到4%，同时检测率达到1‰。

3 光栅尺的重要作用及应用分析

3.1 光栅尺的重要作用

（1）光栅尺在数控机床上应用，对提高机床直线轴的位移定位具有重要的作用，利用光栅尺可以判断机床直线轴是否按照控制指令完成执行调整动作[2]。而数控机床的加工精度又取决于光栅尺和机床自身的机械精度，并且光栅尺的分辨率是光栅尺精度的主要影响因素，所以在机床上应用光栅尺需要选合适的分辨率。目前通常使用的光栅尺主要有钢带和玻璃两种，具体应用需要根据实际情况选择，需要注意的是，玻璃光栅尺长度一般小于3m，而钢带光栅尺则大于3m。

（2）光栅尺可以帮助直线轴进行更准确的运行。并不是所有的直线轴都可以采用光栅尺，某些机床的z轴是采用直齿条进行传动，因此导致机床的直线轴精度较低，当采用光栅尺时，也无法达到要求的精度，反而会造成震荡现象。数控机床在安装直线轴时要结合具体情况具体分析，一般来说，x轴必须安装光栅尺，当数控磨削产品中有锥度时，其z轴也必须安装光栅尺。除此之外，镗铣机床的z轴要安装光栅尺，其他轴要不要安装光栅尺主要取决于其加工精度。

3.2 光栅尺的具体应用

光栅尺在应用中还应该重点考虑以下几个问题：一是，选择合适的匹配型号，因为光栅尺输出类型需要与数控机床系统相结合；二是选择不同光栅尺时，要考虑光栅尺的尺寸问题，应根据具体的长度来确定。当数控机床适合小于3m的光栅尺时，尽量选择玻璃光栅尺，这种光栅尺相对来钢带光栅尺来说，更好安装与调试，但是缺点是价格相对高。尽管钢带光栅尺安装麻烦，但其具有长度优势。第三，要根据使用机床的具体情况来确定光栅尺的零参考点，机床尺寸较长时可选择编码型光栅尺；数控机床回参考点依靠撞撞块时，可选择增量型光栅尺；不要求回参考点时，可选择绝对式光栅尺。第四，在插拔光栅尺传感器及数显表插座时，应先断电后加保护罩再拔，要对尺上的异物进行及时清理，特别是油液等，以免其进入光栅尺内部。要定期对各部件进行检查，特别是连接螺钉是否固定结实。可在密封条上涂一层薄薄的硅油，以延长密封条使用寿命[3]。光栅尺传感器应注意日常维护，切忌震动及摔打，一旦光栅尺断裂，就不能再继续使用。光栅尺传感器不能随意拆开，不能随便调节主、副栅尺的间距，任何移动都会对光栅尺造成潜在的伤害，要延长光栅尺的使用寿命，充分发挥其作用，必须按规定使用和保护。

4 结语

利用光栅尺对数控机床进行检测，能进一步提高其精度和速度，另外光栅尺成本较低，且操作方便，应当逐步扩大其使用范围。虽然其在诸多行业都已经取得了应用，但还存在一些问题，在光栅尺的具体应用中应格外注意其信号输出类型的选择，在选择玻璃和钢带光栅尺时，应结合具体的情况具体分析，光栅尺的零参考点也要依据情况来定。在日常应用中，要特别注意规范和维护，进一步提升光栅尺的使用寿命，利用其高精高速的优点推动数控机床技术的进一步发展。