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提高，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，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、安裝專用工具設計、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)準確度等級的選擇數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。而我們在設計數控機床時根據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。

另外光柵尺最大移動速度可達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、不同問距的閃現柵線將絕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，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行加工程序，不但縮短非加工時間提高生產效率，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，如果輸出信號的波形與數控機床系統不匹配，導致機床系統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(如：HEIDENHAINDE的IBV600系列的細分和數字化電子裝置)，就很容易解決了。

SCR3923光柵尺光柵尺
二、線性光柵尺的結構設計

光柵尺的結構設計與安裝比光柵尺選型更重要，無論哪個環節處理不當，都嚴重影響光柵尺的控制精度，有可能出現全閉環精度反而不如半閉環的現象。

1.行走姿勢對光柵尺檢測精度的影響

(1)驅動軸線與載重中點位置的重合度眾所周知，推著物體移動時，如果沒有推到其中點位置，很容易造成物體轉動，出現擺動等不穩定現象。要求動軸線盡量與載重中點位置重合，而實踐中由于受結構、加工誤差的限制，驅動軸線與載重中點位置有一定的距離，導致了絲杠拖動載重物時出現了擺動的現象。

(2)導軌阻尼特性的一致性兩條導軌阻尼特性的一致性也是一項很重要的影響因素。兩條導軌阻尼特性的不一致也很容易造成物體出現擺動的現象，如圖1所示。

(3)光柵尺的安裝位置盡可能靠近驅動軸線大多數機床的線性坐標軸驅動系統一般都是運用精密滾珠絲杠副，理論上要求光柵尺盡量安裝在靠近絲杠副軸線的位置上，這樣的話，光柵尺的安裝符合了阿貝誤差最小化的原則，即要求光柵尺安裝位置靠近控制軸的工作基準面，越近所形成的阿貝誤差越小，光柵尺控制的位置精度越高，機床定位精度越好。但實踐中由于受結構和空間的限制，光柵尺的安裝方式只有兩種，一種是安裝在近絲杠副側，另一種是安裝在導軌外側。為了取得最小的阿貝誤差，推薦盡可能選取第一種安裝方式。反之，選擇了高精度的光柵尺，而實際沒有達到數控機床所要求的精度。

雖然光柵尺的安裝位置比較靠近驅動軸線，但是安裝位置畢竟與驅動軸線有一定距離，這一點距離和驅動時物體的擺動相結合后，對光柵尺的檢測控制帶來了很大的麻煩。當驅動物體向光柵尺安裝側擺動時，光柵尺在檢測時誤認為移動速度不足，系統則給出加速信號，而驅動物體馬上向另一側擺動，光柵尺在檢測時又誤認為移動速度太快，系統則給出減速信號，這樣反反復復運行，居然沒有改善數控機床各線性坐標軸的控制，反而加劇了驅動物體的振動，導致了全閉環不如半閉環的奇特現象。由此看來，驅動物體驅動軸線的位置設計、光柵尺的安裝位置和兩條導軌的阻尼特性至關重要，必須引起機床設計師的高度重視，在設計機床時必須認真考慮備方面因素，勢必取得良好的、滿足設汁要求的效果。

2.光柵尺定尺、滑尺的安裝面及滑尺支架具有足夠剛性和強度

光柵尺安裝位置要有足夠剛性和強度也是保證光柵尺正常工作的關鍵環節。光柵尺是通過光電掃描原理來工作的，因此光柵尺不能處于強振動狀態，振動引起光源不穩定影響光柵尺的控制精度。所以安裝位置最好與機床的堅固鑄件為一體，即使由于結構原因需用連接件，那么要求連接件與機體之間的整個結合而接觸良好，連接剛性足，以防止結合與連接處產生薄弱環節引起強振動影響光柵尺的正常工作，最終導致加工中心定位精度的降低。

3.光柵尺安裝位置應盡量遠離機床的發熱源