数控钻床利用光栅尺监控直线轴.pdf

数控钻床利用光栅尺监控直线轴 采用达人牌数控多轴钻床加工深孔，系统自动进行多次进给排屑，而保证多次进给直线位移相同， 就是利用光栅尺。 光栅尺作为数控机床直线轴的位置检测元件，相当于人的眼睛，就是监控该直线轴在执行数控系统 的移动指令后，该直线轴是否真正准确地运行到数控系统指令所要求的位置。 光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用莫尔条纹原理工作的反馈装置。光 栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或角位移的检测。 光栅尺特点 1.其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，反应速度快的特点； 2.光栅尺尺身采用铝合金型材制造，经阳极处理，尺头部分用合金压铸而成，全身镀硬铬，具有耐腐蚀 的特点； 3.防尘片采用特种塑胶制成，???有耐腐蚀、耐刮伤、摩擦阻力小的特点； 4.光栅尺还具有抗外部干扰强、安装使用方便、保养简易、使用寿命长等特点。 光栅尺 光栅尺的光栅位置检测装置一般由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。光栅读数头包括光源、透 镜、光电元件、指示光栅等，如下图所示。 光栅位置检测装置 1.光源 2.透镜 3.标尺光栅 4.指示光栅 5.光电元件 标尺光栅和指示光栅也可称为长光栅和短光栅，它们的线纹密度相等。长光栅可安装在机床的固定 部件上（如机床床身），其长度应大于或等于全行程；短光栅长度较短，随光栅读数头安装在机床移动 部件上。 例如达人数控多轴钻床，通过光栅尺实现进给深度的精密控制。光栅尺的长光栅安装在数控多轴 钻床的导轨支柱上，短光栅通过一个小部件与机头连接。在安装时，工人用千分表检测光栅尺与导轨支 柱表面，避免因平行度原因造成的读数不准确等问题。 达人数控立式多轴钻床上的光栅尺 光栅尺原理 1.工作原理 在测量时，长短两光栅尺面相互平行地重叠在一起，并保持 0.01 至 0.1mm 的间隙，指示光栅相对 标尺光栅在自身平面内旋转一个微小的角度θ。当光线平行照射光栅时，由于光的投射和衍射效应，在 与两光栅线纹夹角θ的平分线相垂直的方向上会出现明暗交替、间隔相等的粗条纹——莫尔条纹，如 下图所示。 莫尔条纹 两条暗带或明带之间的距离称为莫尔条纹的间距 B，若光栅的栅距为 W，则 因为θ很小，则上述公式可表达为 由此可见，莫尔条纹的间距与光栅的栅距成正比，同时还具有以下几点特点： (1)莫尔条纹具有放大作用。由上式可知，莫尔条纹的间距 B 是光栅栅距 W 的 1/θ，由于θ很小（小 于 10），因此 BW。例如，当栅距为 W=0.01mm，θ=0.001rad 时，莫尔条纹的间距 B=10mm。所以， 不需要经过复杂的光学系统，就能把光栅的栅距转换成放大了很多倍的莫尔条纹的宽度（例中放大了 1000 倍），从而大大的简化了电子放大线路，这时光栅技术独有的特点。 (2)莫尔条纹具有匀化误差的作用。莫尔条纹由若干线纹组成，若光电元件接受长度为 10mm，当 W=0.01mm 时，10mm 宽的莫尔条纹就由 1000 条线纹组成。因此，制造上的误差或缺陷，只会影响千分之 几的光电效果。所以，莫尔条纹测量长度时，决定其精度的不是一条线纹，而是一组线纹的平均效应。 (3)莫尔条纹的变化具有一定的规律。长短两光栅相对移动一个栅距 W，莫尔条纹就移动一个条纹 间距 B，即光栅某一固定点的光按明→暗→明的规律交替变化一次。光电元件只要读出移动的莫尔条纹 的条纹数，就知道光栅移动了多少栅距，也就知道了运动部件的准确位移量。 2.光栅的信号处理与辨向 在移动过程中，经过光栅的光线，其光强呈正（余）弦函数变化，反映莫尔条纹的移动的光信号由 光电元件