王亞峰，夏田

(陜西科技大學，陜西西安710021)

機械加工的自動化、對加工精度要求的日趨提高，推動了在線測量技術和精密自動計量技術的發(fā)展。與其他位移測量系統(tǒng)相比，光柵測量系統(tǒng)具有量程大、精度高、穩(wěn)定性好、較強的信息傳輸功能和性能價格比，它廣泛應用于各種加工設備和計量儀中。在高精度的數(shù)控機床中，光柵常應用于數(shù)控機床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，用作直線位移或角位移的檢測，檢測機床直線軸的實際位移是否和數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令相符，以提高機床的控制精度和加工精度。

在高精度的數(shù)控機床上，光柵已得到了廣泛的應用。光柵作為執(zhí)行機構終端檢測元件，其精度直接影響數(shù)控機床的加工精度甚至機床的正常使用。因此，在工程實際中，必須做好光柵的防護措施，防止光柵暴露在惡劣的切削環(huán)境下，造成光柵的污染或報廢，影響光柵的使用壽命。

1 光柵工作要求與環(huán)境分析

數(shù)控機床大多采用油冷卻，在機床切削過程中，冷卻油的噴濺會在機床罩殼內形成油氣。傳統(tǒng)光柵為開放式安裝，這些油氣、冷卻液及鐵屑會通過光柵尺身與讀數(shù)頭的滑行間隙進入光柵內部，破壞光柵線條紋分布，造成光柵的污染。光柵被污染后會引起測量誤差、直線軸在回參考點中找不到零脈沖、直線軸在運行過程中報警，甚至出現(xiàn)直線軸暴走的現(xiàn)象，嚴重時會直接導致光柵報廢。因此，對處于封閉式機床內部的光柵進行防護，避免光柵暴露在切削液、冷卻油的環(huán)境中，以延長光柵的使用壽命。

2 設計思路與防護結構

2.1 設計思路

將光柵置于一個封閉的防護裝置內，將其與冷卻油、鐵屑、灰塵隔絕，使其在完全獨立的空間工作，保證光柵的檢測精度和工作效率。光柵防護裝置結構如圖1 所示(拆去頂蓋)。其工作原理為:直線光柵尺安裝于防護裝置底座內，拉動連接桿將會通過塞子帶動連接塊運動，連接塊的運動將帶動滑塊與光柵讀數(shù)頭一起運動，通過導軌的導向，使讀數(shù)頭的運動平穩(wěn)、準確，實現(xiàn)光柵尺身與讀數(shù)頭的相對運動，完成檢測功能。

圖1 光柵防護裝置結構圖

2.2 讀數(shù)頭導向與出線設計

光柵讀數(shù)頭的導向通過直線導軌來實現(xiàn)。拉動連接桿將會通過塞子帶動連接塊運動，連接塊的運動將帶動滑塊與光柵讀數(shù)頭一起運動，通過導軌的導向，使讀數(shù)頭的運動平穩(wěn)、準確。同時，光柵讀數(shù)頭的伸出線通過預留在連接桿與限位套上的豁口進入連接桿后伸出防護裝置外。連接桿與限位套結構如圖2 所示，都采用無縫鋼管。限位套一方面可以增強連接桿進線缺口處的剛性，另一方面還能起到光柵尺右端的機械限位作用。光柵尺左端的機械限位由限位螺母來實現(xiàn)。

圖2 限位套、連接桿結構

2.3 光柵安裝精度保證

底座結構如圖3 所示。

圖3 底座結構圖

底座采用鑄件。光柵尺身的兩個安裝凸臺與導軌的安裝面加工至平行度0.01 mm，需要滿足光柵安裝后，讀數(shù)頭上表面與滑塊上表面在同一高度上。底座右側(或左側)加工一條校正帶，此校正帶既作為防護裝置內安裝導軌時的測量基準，也作為防護裝置整體安裝于機床上時的測量基準，保證安裝精度。

3 防護性能測試

3.1 滲漏試驗

向防護裝置(注:裝配時在底座與左端蓋、右端蓋、頂蓋間加δ =1 mm 的紙鉑或橡膠墊圈)內倒入冷卻油或切削液做滲漏試驗。3 個工作日后，經(jīng)檢查倒入防護裝置內的油、液沒有滲漏出防護裝置外。

3.2 安裝測試

將防護裝置安裝在數(shù)控機床立柱上。通過設計簡單的夾緊塊，使防護裝置連接桿與機床立柱上的拖板一起運動，從而帶動光柵尺運動。以此來測試光柵尺的工作穩(wěn)定性，并且再次驗證防護性能。通過在數(shù)控機床上半年多的使用，光柵工作正常，反應時間無滯后，反應數(shù)據(jù)精確。拆下防護裝置，將防護裝置整體打開檢測內部情況，沒有發(fā)現(xiàn)有油污、鐵屑、灰塵等進入防護裝置內部，證實防護裝置防護性能好。

4 結論

工程中的實際應用表明:此防護裝置可以充分起到對光柵尺的防護作用，防止冷卻油及鐵屑等對光柵造成的損害，并且該封閉式防護裝置結構緊湊，占用空間小，制造費用低廉，實用性強，有效解決了光柵尺的受污染問題，一定行程內的直線光柵尺都可以使用，獲得了不錯的經(jīng)濟效益。

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