CN102476325A - 一种新式数控机床光栅尺系统及其固定方法 - Google Patents

Abstract

一种新式数控机床光栅尺系统，包括光栅尺和光栅尺读头，所述光栅尺读头对应所述光栅尺的位置设置，沿与所述光栅尺平行的直线移动并读取光栅尺上的刻度，所述光栅尺装设在光栅尺基座上，所述光栅尺基座为高刚性低变形量石质材料。一种新式数控机床光栅尺固定方法，其步骤如下：提供高刚性低变形量石质材料的光栅尺基座；将光栅尺安装在光栅尺基座上；将光栅尺读头对应所述光栅尺的位置设置，所述光栅尺读头沿与所述光栅尺平行的直线移动并读取光栅尺上的刻度。光栅尺基座采用了高刚性低变形量石质材料，保证了装设在光栅尺基座上的光栅尺不易变形，从而提高了数控机床的加工精度。

Description

一种新式数控机床光栅尺系统及其固定方法

技术领域

 本发明涉及机床领域，尤其涉及一种新式数控机床光栅尺系统及其固定方法。

背景技术

 现代社会数控加工已经广泛运用在机械加工领域中，数控加工的加工精度是判断一个国家的制作水平的重要标志。在数控机床的设计中，怎样提高机床的加工精度是需要考虑的最主要因素。

    现有的数控机床包括机架、加工装置、工作平台以及带动工作平台在水平面上直线移动的移动装置。数控机床在加工工件时，将工件固定在工作平台上，加工装置对工件进行加工。移动装置控制工作平台直线移动，使加工装置可以加工到工件同一平面的不同部位。移动装置移动时，需要精确移动的距离，以确保对工件加工的精度。

    因此，为了确保加工的精度，移动装置利用光栅尺来测量工作平台的移动距离。光栅尺上均匀地刻有透光和不透光的线条，光栅尺读头读取时，获取光信号并将光信号转成电信号，放大处理后在显示器上就显示出工件或刀具的移动距离。工业应用中，一般都是将光栅尺装设在光栅尺基座上，光栅尺读头对应光栅尺的位置，读取位移数据。光栅尺读头移动的轨迹与光栅尺基座之间的平行度，对于读取的数据有直接的影响，从而最终影响加工的精度。

    现有技术将光栅尺贴附于金属材料上，金属材料经过研磨加工表面使金属表面的平整度能够达到精度要求。但是，由于金属材料在温度或湿度或应力的影响下，易发生氧化变形，使其表面的平整度产生变化，从而使光栅尺的平整度发生变化，影响加工精度。

还有将光栅尺贴附与玻璃上，玻璃的脆性高易碎，不易加工。在机构运用时大多采用板状结构的形状，所以必须再附于其他的块状结构上；若直接运用块状结构方式，则其材料及加工成本高昂。

发明内容

本发明实施例提供了一种新式数控机床光栅尺系统及其固定方法，以减少温度、湿度、外界应力等环境变化以及使用时间对光栅尺基座的影响，提高数控机床的加工精度。

    为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种数控机床，包括：

    机架，安装在所述机架上的加工装置，所加工装置下方设有工作平台，所述工作平台利用移动装置在水平面上做直线移动，所述工作平台装设在移动装置上，并利用所述移动装置在水平面上做直线移动；所述移动装置包括导轨和与所述导轨平行设置的光栅尺系统；所述光栅尺系统包括光栅尺，光栅尺读头和光栅尺基座，所述光栅尺读头对应所述光栅尺的位置设置，沿与所述光栅尺平行的直线移动并读取所述光栅尺上的刻度，所述光栅尺装设在所述光栅尺基座上，所述光栅尺基座为高刚性低变形量石质材料。

    相应的本发明的实施例提供了一种新式数控机床光栅尺系统，包括：

    包括光栅尺和光栅尺读头，所述光栅尺读头对应所述光栅尺的位置设置，沿与所述光栅尺平行的直线移动并读取光栅尺上的刻度，所述光栅尺装设在光栅尺基座上，所述光栅尺基座为高刚性低变形量石质材料。

    本发明的实施例还提供了一种新式数控机床光栅尺固定方法，其包括如下步骤：

    提供高刚性低变形量石质材料的光栅尺基座；

    将光栅尺安装在光栅尺基座上；

    将光栅尺读头对应所述光栅尺的位置设置，所述光栅尺读头沿与所述光栅尺平行的直线移动并读取光栅尺上的刻度。

    由于光栅尺基座采用了高刚性低变形量石质材料，减少了温度、湿度、外界应力等环境变化以及使用时间对光栅尺基座的影响，进而保证了装设在光栅尺基座上的光栅尺不易变形，从而提高了数控机床的加工精度。

附图说明    

    图1是本发明实施例数控机床的立体结构示意图；

    图2是本发明一个实施例新式光栅尺系统的立体结构示意图；

图3是本发明另一个实施例新式光栅尺系统的局部结构示意图；

图4是本发明实施例新式光栅尺系统中光栅尺读头读取光栅尺的原理图。

具体实施方式     

下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

参见图1、图2，图l为本发明实施例数控机床的立体结构示意图，图2为本发明一个实施例光栅尺系统的立体结构示意图。本发明实施例的数控机床，包括：

机架1，安装在机架1上的加工装置2，加工装置2下方设有工作平台3，工作平台3装设在移动装置4上，并利用移动装置4在水平面上做直线移动；移动装置4包括导轨43和与导轨43平行设置的光栅尺系统(图未示)；光栅尺系统包括光栅尺411，光栅尺读头42和光栅尺基座4l，光栅尺读头41对应光栅尺411的位置设置，沿与光栅尺411平行的直线移动并读取光栅尺411上的刻度，光栅尺4ll装设在光栅尺基座4l上，光栅尺基座41为高刚性低变形量石质材料。由于光栅尺基座4l采用了高刚性低变形量石质材料，减少了环境对光栅尺基座4l的影响，不易变形，对光栅尺41 1的影响小，从而提高了光栅尺411的读取精度，最终提高了机床的加工精度。

本发明实施例中，高刚性低变形量石质材料为花岗岩。花岗岩由于经过了大自然长期的天然时效，组织结构均匀，线胀系数极小，内应力完全消失，不易变形，不受恒温条件阻止，在常温下也能保持测温量精度，极大的提高了机床的加工精度。此外花岗岩的刚性高，耐磨性强，不怕酸，碱液物侵蚀，不会生锈，不必涂油，不易粘微尘，维护，保养方便简单，使用寿命长，这些优良的特性都非常符合于精密机床的加工要求。这里高刚性低变形量石质材料也可为其他材料，只要满足高刚性低变形量，可以应用于数控机床的材料均属于本发明的保护范围。

如表1—1所示，为花岗岩、玻璃以及钢材的线膨胀系数的对比。从表中可以看出，相对于钢材，花岗岩的线膨胀系数小，利用花岗岩制成的光栅尺基座，受环境温度和湿度影响小，因此不易变形，稳定性高。花岗岩与玻璃相比，其线膨胀系数略小，但是玻璃为一种活脆的非晶体，且价格昂贵。使用玻璃生产，会增加加工成本和工艺难度。

                                                  

                 表1-1

本发明实施例中，光栅尺基座41为长条状，光栅尺411可装设在光栅尺基座41的侧面。空气中的灰尘和细屑，长时间使用后，会沉积在光栅尺基座4l的上表面上。将光栅尺411装设在光栅尺基座41的侧面，可以避免因灰尘和细屑附着在光栅尺411上，影响读取的数据或甚至细屑较大时，刮伤光栅尺411。

如图3所示，光栅尺基座41的侧面还可以设有凹槽412，将光栅尺411装设在凹槽412内。这样可以更有效的避免细屑附着在光栅尺411上。

本发明实施例中，光栅尺读头42与光栅尺411之间的距离为O.8—1.0mm，间距太近或太远，都会光栅尺读头42读取的资料断断续续，从而影响读取的数值。

但事实上，O.8—1.0mm瑚并不是理想状态下的理想距离。因为光栅尺读头42在读取光栅尺411时，光栅尺读头42的实际移动路径相对于理想路径(即上述与光栅尺4ll平行的直线)会有一个角度的偏差。假如光栅尺读头42的实际移动路径的偏差对应的光栅尺读头42与光栅尺411之间的距离在O.8—1.0mm的范围内，则可以通过激光干涉仪来校正，使读取的移动值与实际的移动值接近。

激光干涉仪的原理为，利用激光干涉仪测出实际移动值，再比较光栅尺读头42读取的移动值，加以对比，经过几个单位距离点的对比，求得两个数据间的函数，再将函数补正到光栅尺读头42读取的移动值中，就能使光栅尺读头42读取的移动值接近实际移动值。

如图4所示，比较花岗岩固定座读取的移动值及金属固定座读取的移动值。

花岗岩固定座不易变形，稳定性高，所以其实际路径比较接近直线，花岗岩实际路径与理想路径只偏差一个角度，只须导入一函数就能接近理论路径(补正后精度误差为±3μm)；金属固定座因为环境因素影响较高，所以表面产生变形，安装时若与花岗岩固定座偏离相同的角度，其路径与理想路径不只偏差一个角度函数，还需加上本身圆弧变形的函数值，此时所补正出来的精度就会不准确(补正后精度误差为±10μm)；甚至变形後成为s状弧线，其补正计算结果的误差会更大。

本发明的实施例还提供了一种光栅尺基座的制造方法，其包括如下步骤：

步骤S501，探测高刚性低变形量石质原材料表面及内部有无裂缝；本发明实施例中的高刚性低变形量石质原材料为花岗岩，也可以为其他任何满足高刚性低变形量的石质材料。有裂缝的原材料在加工过程中可能损坏，加工后的寿命也都会受到影响。因此需要通过探测选取无裂缝的原材料。

 步骤S502，选定无裂缝的原材料后，使用锯床将原材料锯成矩形长条；此时的矩形长条与光栅尺基座41最终所需加工的形状大致相同，矩形长条的尺寸大于所需的尺寸，其目的是为了方便进一步的加工。

步骤S503，利用龙门刨床，将矩形长条切削成比所需尺寸稍大的矩形长条初胚。

光栅尺基座4l的侧面可开有凹槽412，其目的是为了将光栅尺411装设在凹槽412内。

切削过程中，需要使用大量的切削液，带走切削时产生的细屑。

步骤S504，利用磨床在矩形长条初胚上研磨，使光栅尺基座41的尺寸误差为0.01—0.1mm；

步骤S505，将光栅尺基座4l表面清洗除尘；

步骤S506，保持室温20±2℃的恒温下，搭配电子水平仪检查，利用手工研磨使光栅尺基座4l的加工误差为0.002—0.OlOmm；如使用钢材虽然能使用磨床加工，但磨床对钢材的加工精度最高只能达到

0.005—0.008 mm，加上其他环境因素，只会使加工误差增加。如使用玻璃，玻璃的表面加工精度可以很高，但玻璃的加工工艺复杂，难度大。

步骤S507，利用激光干涉仪检测，确认误差在上述0.002—0.010mm内。

整个切削、钻孔和研磨的过程中，都需要大量的切削液，来冲刷带走切屑。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种新式数控机床光栅尺系统，其特征是：一种新式数控机床光栅尺系统包括光栅尺和光栅尺读头，所述光栅尺读头对应所述光栅尺的位置设置，沿与所述光栅尺平行的直线移动并读取光栅尺上的刻度，所述光栅尺装设在光栅尺基座上，所述光栅尺基座为高刚性低变形量石质材料。

2.一种新式数控机床光栅尺固定方法，其步骤如下：提供高刚性低变形量石质材料的光栅尺基座；将光栅尺安装在光栅尺基座上；将光栅尺读头对应所述光栅尺的位置设置，所述光栅尺读头沿与所述光栅尺平行的直线移动并读取光栅尺上的刻度。

3.根据权利要求1或2所述的数控机床，其特征是：所述光栅尺基座侧面设有一凹槽，所述光栅尺装设在所述凹槽内；所述高刚性低变形量石质材料为花岗岩；所述光栅尺装设在长条状所述光栅尺基座的侧面；所述光栅尺基座侧面设有一凹槽，所述光栅尺装设在所述凹槽内。

4.一种光栅尺基座的制造方法，其包括如下步骤：

    探测高钢性低变形量石质原材料表面及内部有无裂缝；

    选定无裂缝的原材料后，使用锯床将原材料锯成矩形长条；

    利用龙门刨床，将所述矩形长条切削成比所需尺寸稍大的矩形长条初胚；

    利用磨床在所述矩形长条初胚上研磨，使所述光栅尺基座的尺寸误差为0.01—0.1mm；

    将所述光栅尺基座表面清洗除尘；

    保持室温20±2℃的恒温下，搭配电子水平仪检查，利用手工研磨使所述光栅尺基座的加工误差为0.002—O.010mm；

    利用激光干涉仪检测，确认误差在所述0.002—0.010mm内。

Images