带型长磁栅的应用

1 带型长磁栅性能简介

带型长磁栅是一卷录刻好磁信号的金属带材,以其无接缝、精度高、寿命长、体积小、安装调整方便、对使用环境要求低等特点,在大型坐标测量机、大型金属加工机床上得到广泛的应用。带型长磁栅最突出的优点是能做得很长,其使用长度可达到30m,甚至更长:而且不管多长,都是完整的一根。安装使用时,只需把它整根地张紧在铁框架上即可,没有麻烦的接长问题,极为方便。带型长磁栅的精度高,可达±20µm/3m(任意3m的区间精度为±20µm),带型磁栅尺在录刻时它的精度数据是通过与激光干涉仪(每隔一个小的间隔)动态对比打印而得,精度数据可靠。而且由于长磁栅的带材和框架都是金属的,它们的线胀系数与工件基本一致,所以适合在加工车间环境下使用,精度稳定性很好。
带型长磁栅对使用环境的要求很低。它不怕油污(即使浸在机油中仍能正常工作)、不怕铁屑、不怕粉尘。
另外带型长磁栅的使用寿命长。它在设计时已保证了磁带与磁头在工作区域内是分开的(间距约为0.05mm),因此从理论上讲,其使用寿命是无限的。
上海机床研究所长期从事带型长磁栅的研究和生产,在带型长磁栅的制造和应用方面积累了丰富的经验。我所生产的带型磁栅采用整体型的磁合金带材,即使在非工作区稍有摩擦,耐磨性能也极佳:采用串联式读磁头,大幅度降低了大型机床导轨误差对位移传感器的精度所带来的影响,提高了安装、调试的方便性。我所研制、生产的带型长磁栅是目前国内生产的性价比较优的大量程线位移传感器,其精度都控制在±10µm/3m左右,精度余量大,而且各区间的线性误差一致性都控制得较好。

2 使用时的注意事项

带型长磁栅优点突出,但在使用时还是要注意一些问题。

  1. 正确选择带型长磁栅尺的有效长度 带型长磁栅的有效长度是根据用户的需要定制的。用户在选购长磁栅时应该根据机床的实际最大行程来订货,而不要根据自己设置的限位间距来选购,这是因为如果限位失灵将会撞坏整根长磁栅尺。
  2. 选择理想的安装位置 根据我们的经验可从下述三个方面来考虑这个问题:
    1. 安全性,不会由于吊装工件而撞坏磁栅尺,不会由于清理铁屑而损坏磁栅尺。
    2. 减小阿贝误差的影响,尽可能把磁栅尺的安装位置选择在刀具运动轨迹的附近,以尽可能地缩小阿贝距离。
    3. 安装形式以磁头架与磁栅框架的滑动开口位置处于向下或水平方向为好。

3 带型长磁栅的安装步骤

  1. 安装磁栅尺框架。用户拿到的磁栅尺框架是一组850mm长的铁框架(两端的框架长度是根据有效长度来定制的),安装时,首先将框架安装到机床上,要求磁栅尺框架在水平、垂直两个方向上与导轨的不平行度小于±0.1mm。
  2. 安装磁带。将磁带装在框架两端的磁带压紧块上,调节框架两端的张紧螺钉,使磁带的张紧量约为0.1%。
  3. 安装磁头。磁头的侧面应与磁带保持平行(以磁头的输出信号达到最大值为准),磁头对磁带的压入深度应控制在0.3~0.5mm。
  4. 调整磁栅的PM信号。将示波器的探头接在数显表的PM点,参照数显表的使用说明书中的要求调整好磁栅的PM信号。
  5. 恢复磁带的累积精度。长磁带是在带有400N张紧力的条件下录刻磁信号的,因此它在使用时应该恢复张紧状态,否则将出现明显的线性误差。如果安装使用现场没有张紧力的测试基准,可采用恢复累积精度的方法来恢复它的张紧状态。一般采用长的量棒或块规(其长度一般要求大于500mm)作基准,对比数显表与量棒或块规的读数值。若数显表的读数比量棒、块规大,应继续张紧磁带:反之,应放松磁带,直至二者的读数基本一致为止(一般应调整到0.01mm)。由于长磁带长、而长度基准短,一般应调整首尾两段或首、尾、中间三段的磁带累积精度。在选用带有线性误差补偿功能的磁栅数显表时,调整长磁带的累积精度不必严格要求磁栅数显表与量棒或块规的读数基本一致,只需把二者的读数调整至大致相同(如差0.1mm),再加线性误差补偿功能即可,这样会方便得多。

4 带型长磁栅的应用

我所自20世纪90年代中期以来,每年生产几百根带型长磁栅,深受广大用户欢迎,已被国内多家大型三坐标测量机和落地镗、铣床、立车等重、大型机床的生产、使用单位选作位移数显的配套、改造元件。国产带型长磁栅的最长应用实例为16m,是在1997年被安装在上海泛亚汽车技术中心的英国KEMCO公司生产的双16m的三坐标的测量机上,用以替代原先已损坏的进口带型长光栅。这两根16m长磁栅,安装后经H-P双频激光测试,精度分别为±0.03mm/14.5m和±0.07mm/14.5m。在2000年3月再用H-P双频激光进行测试,精度仍为±0.03mm/14.5m和±0.07mm/14.5m。观察精度为±0.07mm/14.5m的这根长磁栅的精度曲线,它带有明显的线性误差,但因为它已达到了原先设定的±0.1mm的精度要求和使用要求而没进行修正,否则它的精度将更高。四、五年来,尽管没有进行任何保养和维修,安装在测量机上的这两根超长带型磁栅精度一直非常稳定可靠。

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