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距離編碼直線光柵尺在數控機床上的應用

2019-5-14 來源：沈陽機床股份有限公司中捷機床有限公司作者：薄永柱（zhù）劉永吉李忠瑋

摘要：隨著對數（shù）控機床加（jiā）工精度（dù）的要（yào）求越來越高，使用電機編碼器（qì）作為位置反饋的方式已經不能滿足精度需求。使用光柵尺構成的全閉環控（kòng）製方式可以實現高精度和精度穩定性。本（běn）文首先介紹了海德漢光柵尺的原理。之後給出了在FANUC數（shù）控係統上的應用方法。

關鍵詞：數控機床；光柵尺；應用

數控機床廣泛（fàn）運用於加工、石油、汽車等（děng）領域，是工業企業提高技術水平的有效（xiào）手（shǒu）段（duàn），也（yě）是未來（lái）發展所需。數控（kòng）機床的精度直接（jiē）影響到加工（gōng）零件的精度（dù），普通伺服（fú）電（diàn）機上安裝的編碼器（qì）精度不高，不適於高精加工的要求，為了滿足高速高精的要求，我們在數控機床上安（ān）裝了用於檢測位置的光柵尺。被放置在（zài）滑板上的光柵尺包含了進給機構全部的機械環節，不存在額外的機（jī）械部件產生的誤差，因此光（guāng）柵尺可以檢（jiǎn）測出（chū）機械（xiè）傳動過程（chéng）中的誤差，並能在控製係（xì）統電路中給予修正，它可以消除以下（xià）潛在的誤差源：①由於滾珠絲（sī）杠溫度（dù）特性導致的位置誤差。②反向間隙。③滾珠絲杠螺距誤差的運動特性誤差。因此，光（guāng）柵尺已成為滿足高精度定位（wèi）和高速（sù）加工機床不（bú）可（kě）或缺的（de）必備條件。本文以海德（dé）漢距（jù）離編碼直線（xiàn）光柵尺為例，介紹了在FANUC數控（kòng）係統上的應用方法。

1、距離編碼光柵尺簡介

（1）光柵尺的簡介。作為位置檢測元件，光柵尺是（shì）以光柵柵距為（wéi）基（jī）準對位置（zhì）進行測量。一（yī）般的光柵尺是根據莫爾條紋的原理進行測（cè）量的。光（guāng）柵尺通常由標尺及讀數頭等部件構成。通常情況（kuàng）下，標尺安（ān）裝在機床的固定部件上，讀數頭（tóu）則安裝在運動部（bù）件上。在讀數頭中裝（zhuāng）有指示光柵。

（2）距離編碼原（yuán）理。通常情況下進給軸需要安裝返回參考點所需的減速開關，但是當使用距離編（biān）碼參考點標誌（zhì）的直線光柵尺時就（jiù）不（bú）需要這（zhè）種減速開關，並（bìng）可以實現返回參考點。這（zhè）樣在實際使用中，特別是對於行程較長的進給軸，就非常方（fāng）便。距離編碼參考點標誌（zhì）的位置測量元件的基本原理是采用兩組參（cān）考標誌通道，其中一個（gè）是標準（zhǔn）柵格標誌通道，另一個是與前一個平行的帶距離編碼參考點標誌通道。每通道中的兩個參考點標誌之間的距離相同，但兩通道之間兩個相鄰參考點標（biāo）誌（zhì）的距離是變化的，每運（yùn）動一段距離後增加一（yī）個固定值。通過這個距離，進（jìn）給軸就可以確定所處的絕對位置（zhì），具體（tǐ）原理如下圖（tú）所（suǒ）示：

圖1 光柵尺判斷絕對位置示意圖

如上圖所示，當讀數頭從（cóng）標尺的A點，途徑B點，運動到C點後，CNC根據檢測到數據為10.02判（pàn）斷進（jìn）給軸目前在哪個參考點位置。同樣的，讀數頭從標尺的B點，途徑C點，移動到D點（diǎn）後，CNC根（gēn）據檢測到的數據是10.04就可判斷進給軸目前在哪個參考（kǎo）點位置，因此想（xiǎng）要判斷進給軸（zhóu）的絕對位置，隻需（xū）其移動任意超過兩個參（cān）考點（diǎn）距離就可實現。帶距離編碼光柵尺具備普通光柵尺沒有的優點，特別是在大型機床上更加（jiā）顯著，例如回參考點的（de）速（sù）度更（gèng）快，並可在兩個（gè）方向回參考點（diǎn），這很（hěn）好地解決了某些特殊機床不適合移動軸（zhóu）全程回參考點的問題。

2、光柵尺的在FANUC係統上的應用

下麵將以海德漢公司的帶距離編碼參考點標誌光柵尺在FANUC數控係統上的應用為例（lì），介紹具體應用方法。

2.1 相關參數設定

在（zài）發那科數控係統中（zhōng）使用帶（dài）距離編碼的海德漢光柵尺，需進行如下參數（shù）的設置。

通過參數1815的第一位（OPT）和參數（shù）1815的第二（èr）位（DCL）設置光柵尺使用類型。

參數1802的第（dì）一位（DC4）。

參數（shù）1821：用於（yú）設（shè）置Mark1相鄰兩個標準參考點標誌柵格間距。

參數1882：用於設置Mark2相鄰兩個標準參考點標誌（zhì）柵格間距。

參數1883：用（yòng）於設置光柵尺理想的原點與參考點之間的距離。

以海德漢公司的LB382C型光柵尺為（wéi）例，參數（shù）設置如下所（suǒ）示。

可以看出（chū）相鄰兩個（gè）Mark1之間的距離為50mm，相鄰兩個Mark2之間的（de）距離為50.020mm.相（xiàng）關的參數設置為：

將參數1802的第一位（DCL）設置為0，即使用三參考點（diǎn）的方式（shì）檢測回（huí）零點。

參數1821設（shè）置為50000，其單（dān）位為數（shù）控（kòng）係統的最小檢測單位。

參數1882設（shè）置為50020，其單位為數控係統（tǒng）的最小檢測單位。

參數1883設置（zhì）1，即機床重（chóng）新上電後回零。

機床重新上電後通過3次移動（dòng）計算（suàn）坐標零點的位置。

參數1883設置完成後就建立了進給軸的參考點。斷電後再上（shàng）電就需執行回零操作，進給軸（zhóu）走停3次後，根據（jù）光柵尺的檢測數據計算出當前位置的機械坐標（biāo）和絕對坐標。並給該進給軸（zhóu）的機械坐標和絕對坐標進行賦值，無需把（bǎ）回零操（cāo）作完全執行結束，就能建立進給軸參考點。類似於絕對（duì）式編（biān）碼器的回零方式。

2.2 控製方式

（1）按照上（shàng）述方（fāng）式對相關參數進行設置。

（2）確認機床的絕對（duì）位置：因為兩個通道（dào）的參考點標誌之間的距離是不同的（de），係統可以準確地判斷出進給軸所處的是哪一（yī）個參考點，並計算出進（jìn）給軸（zhóu）的絕對位置，但這個位置並不（bú）一定是機床原點，所以還需要通過一個（gè）原點偏移參數來計算。參數1883就是這樣（yàng）的參數，該參數的設置值就是第一參考點到機床原點的距離。

通過以上的設置就完（wán）成了帶距離編碼參考點標誌光柵尺在FANUC數控係統中的應用。

3、結語

具有長行（háng）程進給軸的大型數控機床（chuáng），在安裝了帶距離（lí）編碼參考（kǎo）點標誌的直線光柵尺後，極（jí）大方便了（le）日常的使用和操作，如可以以更（gèng）快的速度返回參考點（diǎn）；可在兩個方向進行回零。在某（mǒu）些特殊情況（kuàng）下，如帶（dài）中心架的車床，原來Z軸回零操作比較繁瑣，但是應用帶距離編（biān）碼參考點標誌的（de）直線光柵尺後，這個問題就（jiù）很好地解決了。

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