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距離編碼直線光柵尺（chǐ）在數控機床上的應用

2020-3-14 來源：沈陽（yáng）機床股份沈一車床廠等作者：薄永柱劉永吉李忠瑋（wěi）

摘要：隨著對數控機床加工精度的要求越來越高，使用電機（jī）編碼器（qì）作為位置反饋的方式已經不能（néng）滿足精度需求。使用光柵尺（chǐ）構成的全閉（bì）環（huán）控製方式（shì）可以實現高精度和精度穩定性。本文（wén）首先介（jiè）紹了海德漢光柵尺的原理。之後給出了在（zài）FANUC 數控係統（tǒng）上的應用方法。

關鍵詞：數控機床；光柵尺；應用

數（shù）控機（jī）床廣泛運用於加（jiā）工、石油、汽車等領域，是工業企業提高技術水平的有效手（shǒu）段，也是未（wèi）來發展所（suǒ）需。數控機床的精度直接影響到（dào）加工零件的精度，普（pǔ）通伺服電機上安裝的編碼器精度不高，不適於高精加工的要求（qiú），為了滿足高速高精的要求（qiú），我們在數控機床上安裝（zhuāng）了用於檢測位置的光柵尺。被放置（zhì）在滑板上的光柵尺包含了進給機構全部的機械環節，不存在額外的機械部件產生的誤差，因此光柵尺可以檢測出機械傳動過程中的誤差，並能在控製（zhì）係統電路中給予修正，它可（kě）以消（xiāo）除以下潛（qián）在的誤差源（yuán）：①由於（yú）滾珠絲杠溫度特性導致的（de）位置誤差。②反向間隙（xì）。③滾珠絲杠螺距（jù）誤差的運動特性誤（wù）差。因此（cǐ），光柵尺已成為滿足高精度定位和高速加工機床不可或缺的必（bì）備條件。本文以海德漢距離編碼直線光柵尺為例，介紹了在 FANUC 數控係統上的應用方法。

1 距離編碼光柵尺簡介（jiè）

（1）光柵尺（chǐ）的簡（jiǎn）介。作為位置檢測元件，光柵尺是以光柵柵（shān）距為基準對（duì）位置進行測量。一般的光柵（shān）尺是根據莫爾條（tiáo）紋的原理進行測量的。光柵尺通常（cháng）由（yóu）標尺及讀數頭等部（bù）件構成。通常情（qíng）況下，標尺安裝在機床的固定部件（jiàn）上（shàng），讀數頭則安裝在（zài）運動部件上。在讀數頭中裝有（yǒu）指示光柵。

（2）距離編碼原理。通常情況（kuàng）下（xià）進給軸需要安裝返回參考點所需的減（jiǎn）速開關，但是當使用距離編碼參考點標誌的直線光柵尺時就不需要這種減速開關，並可以實（shí）現返回參考點。這樣在實際使用中，特別是對於行（háng）程較（jiào）長（zhǎng）的進給軸，就非常方便。距離編碼參考點標誌的位置測量元件的基（jī）本原（yuán）理是采用（yòng）兩組參考標誌通道，其（qí）中一個是標準柵格標誌通道，另一（yī）個是與前一個平行的帶距離編碼（mǎ）參考（kǎo）點標誌通（tōng）道。每通道中的兩（liǎng）個參考點標誌之間的距（jù）離相同，但兩通道之間（jiān）兩個相鄰參考點標誌的距離是變化的，每運動一（yī）段距離後增加一個固定值（zhí）。通過這個距離，進（jìn）給軸就可以確定所處的絕對位置，具體原理如下圖所示：

圖 1光柵尺判斷絕對位置（zhì）示意圖

如上圖所示，當讀數頭從標（biāo）尺的A點，途徑B點，運（yùn）動到C點後，CNC根據（jù）檢測到數據為10.02判（pàn）斷進給軸目前在哪個參考點位置。同樣的（de），讀數（shù）頭（tóu）從標尺的B點，途徑C點，移動到D點後，CNC根據檢測到的數據是10.04就可判斷進給軸目前在哪個參考點位置，因此想要判（pàn）斷進給軸的絕對位置，隻需其移動任意超（chāo）過（guò）兩個參考點距（jù）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顯著，例如回參考點（diǎn）的速度更快，並可在（zài）兩個（gè）方向回參考點，這很好（hǎo）地解決了（le）某（mǒu）些特殊機床不適合（hé）移動軸全程回參考（kǎo）點的問題。

2 光柵（shān）尺的在FANUC係統上的應用

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

2.1 相關參數設定

在發那科數控係（xì）統中使（shǐ）用帶距離（lí）編碼的海德漢光柵尺，需進行如下參數的設置。通過參數 1815 的第一位（OPT）和（hé）參（cān）數 1815 的（de）第（dì）二位（DCL）設置光柵尺使用類型。

參數 1802 的第一位（DC4）。

參數 1821 ：用於設置 Mark1 相鄰（lín）兩個標準（zhǔn）參考點（diǎn）標誌柵格間（jiān）距（jù）。

參數 1882 ：用於（yú）設置 Mark2 相鄰兩個標準參考（kǎo）點標誌柵格間距。

參（cān）數 1883 ：用於設置光柵尺理（lǐ）想的原點與參考點之（zhī）間的距離。

以海德漢公司的 LB382C 型光柵尺為例，參數設置如（rú）下所示。可以看出相鄰（lín）兩個（gè） Mark1 之間的距離為 50mm，相鄰兩個 Mark2 之間的距離50.020mm. 相關的參數設置為：將參數 1802 的第一位（wèi）（DCL）設置為 0，即使用三參考點的方式檢測回零點。

參數 1821 設置為（wéi） 50000，其單位為數控（kòng）係統的最小檢測單位。

參數 1882 設置為 50020，其單位為數控係統的（de）最小（xiǎo）檢測單位。

參數 1883 設置 1，即機床重新上電後回零。

機床重新上電後（hòu）通過 3 次移動計算坐標（biāo）零點的位置。

參數 1883 設置完成後就建立了進給軸的參考（kǎo）點。斷電後（hòu）再上電就需執行回零操作，進給軸走停 3 次後，根據光柵尺的檢測數據計算出當前位置的機械坐標和絕對坐標。並給該進給軸的機械坐標和絕（jué）對坐標進行賦值，無需把（bǎ）回零操作完全執行結束，就能（néng）建立進（jìn）給軸參（cān）考點（diǎn）。類似於絕對式編碼器（qì）的回零方式。

2.2 控製方式（shì）

（1）按照上述（shù）方式對相關參數進行設置。

（2）確（què）認機床的絕對位置：因為兩個通道（dào）的參考點標誌之間的（de）距離是不同的，係統可以準確地判斷出進給（gěi）軸所處（chù）的是哪一個參考點，並計算出進給軸（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原點偏移參數來（lái）計算。參數 1883 就是這樣的參數，該（gāi）參數的設置值就是第一參考（kǎo）點到機床原點的距離。

通過以（yǐ）上的設置就完成（chéng）了帶距離編（biān）碼參考點標誌光柵（shān）尺在 FANUC 數（shù）控係統中的應用。

3 結語

具有長行（háng）程進（jìn）給（gěi）軸的（de）大型數控機床（chuáng），在安裝了帶距離編碼參考點標（biāo）誌（zhì）的（de）直線光柵尺後，極大方便了日（rì）常的使用和操作（zuò），如可以以更快的速度返回參考點；可在兩（liǎng）個方向進行（háng）回零。

在某些特（tè）殊情況下，如帶中心架（jià）的車（chē）床，原來 Z 軸回零操作（zuò）比較繁瑣，但是應用帶距離編碼（mǎ）參考點標誌的直（zhí）線光柵尺後，這個問（wèn）題就很好地解決了

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