数控机床推动了线性编码器的极限

西门子工业Sinumerick CNC系统的产品营销经理Ryan Legg表示，数控机床需要编码器来精确控制机床的横轴。“你通常会在每个电机的后面发现一个旋转编码器。高端自动化机器还在机器轴上安装了一个线性编码器。”

计算机数控(CNC)机床是专门的多轴运动控制系统。与它们所取代的手动操作机床不同，数控机床通常有一个单独的电机来运行每个轴。

例如，卧式车床可以有四个轴:主轴旋转，与主轴平行的纵向运动，与主轴成直角的横向进给水平运动，以及垂直运动。在手动车床上，一个电机带动主轴，并通过传动装置和丝杠带动纵轴。交叉进给和垂直运动通常(虽然不总是)由机械师操作的手动曲柄驱动。

然而，一台数控车床有四个伺服马达分别驱动四个轴。每个伺服电机都有一个旋转编码器来跟踪其运动，但这些编码器无法解释机械中的磨损、滑移或反弹。为了保持这些机床的预期公差(可超过0.0001英寸(2.54微米))，车床得益于高精度编码器来跟踪实际刀具位置。四个运动轴中有三个是线性的，只有一个是旋转的，所以这样的数控车床可以使用三个高精度的线性编码器。编码器技术的选择是光学玻璃编码器。

数控精度和再现性的前沿限制涉及热膨胀。这些机床的工作温度随时间而变化。在启动或调试期间，或闲置一段时间后，机器的结构是相对凉爽的。随着机器的运行，温度升高，金属部件膨胀，导致制造错误。根据所制造零件的设计公差、机床结构所用材料的热膨胀系数以及所涉及的线性尺寸，热膨胀很容易超过已加工零件的允许公差。

一个解决方案，如图所示Heidenhain公司的1D plus编码器，是提供第二个，更短，编码器轴与主轴成直角。这第二个轴可以用来感知运动-特别是由于热膨胀-刀具的运动同时在主轴上。

假设一个1米编码器被用来感知沿x轴的刀具运动。实际位置将是由于预期的运动，加上由于热膨胀的修改。然而，交叉轴读数将是由于热膨胀单独。由于各向同性材料中的热膨胀是各向同性的，CNC控制器可以使用交叉轴测量所感知的热膨胀来计算对直轴测量的修正，从而消除热膨胀误差。

另请参阅控制工程.．.

机器控制通道；

传感器新产品区;

www.heidenhain.com;

www.usa.siemens.com/cnc

- C.G. Masi是控制工程, www.globalelove.com。联络他的地址是cgmasi@cgmasi.com．

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