数控铣床对光栅尺的维护要注意的问题

 
位置检测元件是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的，是数控机床闭环伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测工作台的位置和速度的实际值，并向数控装置或伺服装置发送反馈信号，从而构成闭环控制。由于检测元件是一种极其精密和容易受损的器件，一定要 注意下面几个方面，进行正确的使用和维护保养。

1）不能受到强烈振动和摩擦以免损伤代码板，不能受到灰尘油污的污染，以免影响正常信号的输出。

2）工作环境周围温度不能超标，额定电源电压一定要满足，以便于集成电路芯片的正常工作。

3）要保证反馈线电阻和电容的正常，保证正常信号的传输。

4）防止外部电源、噪声干扰，要保证屏蔽良好，以免影晌反馈信号。

5）安装方式要正确，如编码器连接轴要同心对正，防止轴超出允许的载重，以保证其正常的性能。

（1）光栅。光栅有两种形式：①透射光栅，即在一条透明玻璃片上刻有一系列等间隔密集线纹；②反射光栅，即在长条形余属镜面上制成全反射或漫反射间隔相等的密集线纹。光栅 输出信号有：两个相位信号输出，用于辨向；一个零标志信号，用于机床回参考点的控制。

1）光栅尺的基本结构。光栅有长光栅和圆光栅两种，长光栅用于检测直线位移量，圆光栅用于检测转角位移量。

光栅位置检测装置由光源、标尺光栅（长光栅）、指示光栅（短光栅）和光电元件等组成。光栅是在一块长条形的光学玻璃上均匀地刻上线条，线条之间的距离称为栅距，记为P。栅距决定精度，一般是每毫米50条、100条、200条线。长光栅G1装在机床的移动部件上， 短光栅G2装在机床的固定部件上。两块光栅互相平行并保持一定的间隙（如0.05mm或0.1mm等），且两块光栅的栅距相同。

2）光栅尺的拆装。用于数控机床的直线光栅尺采用封闭式结构，铝制外壳保护光栅尺、 扫描单元和轨道免受灰尘、切屑和切削液的影响，自动向下的弹性密封条保持外壳的密封。

安装光栅尺时，密封条朝下或远离溅水的方向。

安装封闭式光栅尺非常简单，只需在多点位置处将光栅尺与机床导轨对正，也可以用限位面或者限位销对正光栅尺。

安装辅助件以将光栅尺和扫描单元间的间隙以及横向公差调整正确。如安装空间有限，必须在安装光栅尺前先安装辅助件，精确地调定光栅尺和扫描单元的间隙，还必须确保符合横向 公差要求。

除了采用两个M8的螺栓将直线光栅尺固定在平面上的标准安装方法外，还可以采用安装 板安装（如果测量长度超过I240mm，必须使用安装板安装）。

用安装板安装时，安装板可以作为机床的一部分安装在机床上，最后安装时只需将光栅尺夹紧即可，因此，可以很容易地更换光栅尺，便于维修。

3）对光栅尺的维护要注意的问题。

①防污。光栅尺由于直接安装于工作台和机床床身上，因此，极易受到切削液的污染，从而造成信号丢失，影响位置控制精度。

切削液在使用过程中会产生轻微结晶，这种结晶在扫描头上形成一层薄膜且透光性差，不易清除，故在选用切削液时要慎重。加工过程中，切削液的压力不要太大，流量不要过大.以免形成大量的水雾进入光栅。光栅最好通入低压压缩空气（0.075MPa左右），以免扫描头运 动时形成的负压把污物吸入光栅。压缩空气必须净化，滤芯应保持清洁并定期更换。光栅上的污物可以用脱脂棉蘸无水酒精轻轻擦除。

②防振。光栅拆装时要用静力，不能用硬物敲击，以免损坏光学元件。

（2）光电脉冲编码器光电脉冲编码器是在一个圆盘的边缘上开有间距相等的缝隙，在其两边分别装有光源和光敏元件。当圆盘转动时，光线的明暗变化，经光敏元件变成电信号的强弱，从而得到脉冲信号。编码器的输出信号有：两个相位信号输出，用于辨向；一个零标志 信号（又称一转信号），用于机床回参考点的控制。另外还有+5V电源和接地端。编码器的维护主要注意以下两个问题。

1）防振和防污。由于编码器是精密测量元件，使用环境或拆装时要与光栅一样注意防震和防污问题。污染容易造成信号丢失，振动容易使编码器内的紧固件松动脱落，造成内部电源短路。

2）连接松动。脉冲编码器用于位置检测时有两种安装形式，一种是与伺服电动机同轴安装，称为内装式编码器，如SIEMENSIFT5IFT6伺服电动机上的ROD320编码器；另一种是编码器安装于传动链末端，称为外装式编码器，当传动链较长时，这种安装方式可以减小传动链累积误差对位置检测精度的影响。不管是哪种安装方式，都要注意编码器连接松动的问题，因为连接松动，往往会影响位置控制精度。

在有些交流伺服电动机中，内装式编码器除了位置检测外，同时还具有测速和交流伺服电动机转子位置检测的作用，如三菱HA系列交流伺服电动机中的编码器(ROTARYENCODER- OSE253S)。因此，编码器连接松动还会引起进给运动不稳定，影响交流伺服电动机的换向控 制，从而引起机床振动。

【例】一数控机床出现进给轴飞车失控的故障。

该机床伺服系统为SIEMENS 6SC610驱动装置和IFT5交流伺服电动机带ROD320编码器。在排除数控系统、驱动装置及速度反馈等故障因素后，将故障定位于位置检测控制。经检查， 编码器输出电缆及连接器均正常，拆开ROD320编码器，发现一紧固螺钉脱落并置于+5V与 接地端之间，造成电源短路，编码器无信号输出，数控系统处于位置环开环状态，从而引起飞车失控的故障。

（3）感应同步器感应同步器是一种电磁感应式的高精度位移检测元件，它由定尺和滑尺两部分组成，且相对平行安装，定尺和滑尺上的绕组均为矩形绕组，其中定尺绕组是连续的，滑尺上分布着两个励磁绕组，即正弦绕组和余弦绕组，分别接入交流电。对感应同步器的维护应注意：①安装时，必须保持定尺和滑尺相对平行，且定尺固定螺栓不得超过尺面，调整 间隙在(0.090.15) mm为宜；②不要损坏定尺表面耐切削液涂层和滑尺表面一层带绝缘层 的铝箔，否则会腐蚀厚度较小的电解铜箔；③接线时要分清滑尺的正弦绕组和余弦绕组，其阻值基本相同，这两个绕组必须分别接入励磁电压。

（4）旋转变压器旋转变压器输出电压与转子的角位移有固定的函数关系，可用作角度检测元件，一般用于精度要求不高或大型机床的粗测及中测系统。对旋转变压器的维护应注意：①接线时，定子上有相等匝数的励磁绕组和补偿绕组，转子上也有相等匝数的正弦绕组和余弦绕组，但转子和定子的绕组阻值却不同，一般定子电阻阻值稍大，有时补偿绕组自行短接 或接入一个阻抗；②由于结构上与绕线转子异步电动机相似，因此，电刷磨损到一定程度后要更换。

(5)磁栅尺磁栅尺是由磁性标尺、磁头和检测电路三部分组成的。磁性标尺是在非导磁材料，如玻璃、不锈钢等材料的基体上，覆盖上一层(1020) μm厚的磁性材料，形成一层均匀有规则的磁性膜。对磁栅尺的维护应注意：①不能将磁性膜刮坏，防止铁屑和油污落在磁性标尺和磁头上，要用脱脂棉蘸酒精轻轻地擦其表面；②不能用力拆装和撞击磁性标尺和磁头，否则会使磁性减弱或使磁场紊乱；③接线时要分清磁头上励磁绕组和输出绕组，前者绕在磁路截面尺寸较小的横臂上，后者绕在磁路截面尺寸较大的竖杆上。

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