光栅尺的选型安装与调试_(DEMO)

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1、一、线性光栅尺选型(1) 准确度等级的选择 数控机床配置线性光栅尺是了提高线性坐标轴的定值精度、再复定位精度，所以光栅尺的准确度等级是首先要考虑的，光栅尺准确度等级有± 0.01mm、±0.005mm、±0.003mm、±0.02mm。而我们在设计数控机床时根据设计精度要求来选择准确度等级，值得注意的是在选用高精度光栅尺时要考虑光栅尺的热性能，它是机床工作精确度的关键环节，即要求光栅尺的刻线载体的热膨胀系数与机床光栅尺安装基体的热膨胀系数相一致，以克服由于温度引起的热变形。另外光栅尺最大移动速度可达120m/min，目前可完全满足数控机床设计要求；单个光栅尺最大长度为3040mm，如

2、控制线性坐标轴大于3040mm时可采用光栅尺对接的方式达到所需长度。(2) 测量方式的选择  光栅尺的测量方式分增量式光栅尺和绝对式光栅尺两种，所谓增量式光栅尺就是光栅扫描头通过读出到初始点的相对运动距离而获得位置信息，为了获得绝对位置，这个初始点就要刻到光栅尺的标尺上作为参考标记，所以机床开机时必须回参考点才能进行位置控制。而绝对式光栅尺以不同宽度、不同问距的闪现栅线将绝对位置数据以编码形式直接制作到光栅上，在光栅尺通电的同时后续电子设备即可获得位置信息，不需要移动坐标轴找参考点位置，绝对位置值从光栅刻线上直接获得。绝对式光栅尺比增量式光栅尺成本高20％左右，机床设计师因考虑数控机

3、床的性价比，一般选用增量式光栅尺，既能保证机床运动精度又能降低机床成本。但是绝对式光栅尺开机后不需回参考点的优点是增量式光栅尺无法比拟的，机床在停机或故障断电后开机可直接从中断处执行加工程序，不但缩短非加工时间提高生产效率，而且减小零件废品率。因此在生产节拍要求格或由多台数控机床构成的自动生产线上选用绝对式光栅尺是最为理想的。(3) 输出信号的选择 光栅尺的输出信号分电流正弦波信号、电压正弦波信号、TTL矩形波信号和TTL差动矩形波信号四种，虽然光栅尺输出信号的波形不同对数控机床线性坐标轴的定位精度、重复定位精度没有影响，但必须与数控机床系统相匹配，如果输出信号的波形与数控机床系统不

4、匹配，导致机床系统无法处理光栅尺的输出信号，反馈信息、补偿误差对机床线性坐标轴全闭环控制无从谈起。在实践中确有输出信号的波形与数控机床系统不匹配的情况，不过处理此情况也有办法，只要在输出信号与机床系统间加装一个数字化电子装置(如：HEIDENHAINDE的IBV600系列的细分和数字化电子装置)，就很容易解决了。 SCR3923光栅尺光栅尺二、线性光栅尺的结构设计光栅尺的结构设计与安装比光栅尺选型更重要，无论哪个环节处理不当，都严重影响光栅尺的控制精度，有可能出现全闭环精度反而不如半闭环的现象。1.行走姿势对光栅尺检测精度的影响(1) 驱动轴线与载重中点位置的重合度 众所周知，推着物

5、体移动时，如果没有推到其中点位置，很容易造成物体转动，出现摆动等不稳定现象。要求动轴线尽量与载重中点位置重合，而实践中由于受结构、加工误差的限制，驱动轴线与载重中点位置有一定的距离，导致了丝杠拖动载重物时出现了摆动的现象。(2)导轨阻尼特性的一致性 两条导轨阻尼特性的一致性也是一项很重要的影响因素。两条导轨阻尼特性的不一致也很容易造成物体出现摆动的现象，如图1所示。 (3) 光栅尺的安装位置尽可能靠近驱动轴线 大多数机床的线性坐标轴驱动系统一般都是运用精密滚珠丝杠副，理论上要求光栅尺尽量安装在靠近丝杠副轴线的位置上，这样的话，光栅尺的安装符合了阿贝误差最小化的原则，即要求光栅尺安装位

6、置靠近控制轴的工作基准面，越近所形成的阿贝误差越小，光栅尺控制的位置精度越高，机床定位精度越好。但实践中由于受结构和空间的限制，光栅尺的安装方式只有两种，一种是安装在近丝杠副侧，另一种是安装在导轨外侧。为了取得最小的阿贝误差，推荐尽可能选取第一种安装方式。反之，选择了高精度的光栅尺，而实际没有达到数控机床所要求的精度。虽然光栅尺的安装位置比较靠近驱动轴线，但是安装位置毕竟与驱动轴线有一定距离，这一点距离和驱动时物体的摆动相结合后，对光栅尺的检测控制带来了很大的麻烦。当驱动物体向光栅尺安装侧摆动时，光栅尺在检测时误认为移动速度不足，系统则给出加速信号，而驱动物体马上向另一侧摆动，光栅尺

7、在检测时又误认为移动速度太快，系统则给出减速信号，这样反反复复运行，居然没有改善数控机床各线性坐标轴的控制，反而加剧了驱动物体的振动，导致了全闭环不如半闭环的奇特现象。由此看来，驱动物体驱动轴线的位置设计、光栅尺的安装位置和两条导轨的阻尼特性至关重要，必须引起机床设计师的高度重视，在设计机床时必须认真考虑备方面因素，势必取得良好的、满足设汁要求的效果。2.光栅尺定尺、滑尺的安装面及滑尺支架具有足够刚性和强度光栅尺安装位置要有足够刚性和强度也是保证光栅尺正常