海德汉编码器打造完美表面

创造完美表面需要消耗大量时间和精力。例如，位于芝加哥千禧公园由艺术家Anish Kapoor创作的“云门”雕塑― 的*终抛光消耗了24名专业人士数月时间。这个不锈钢雕塑重达99吨，体积庞大，尺寸达10 m x 20 m x 13 m，它完美无暇地展现了芝加哥的天际线。

同样，在机床行业，也经常需要这样的完美表面，尤其是模具加工中。然而，其经济性是个重要因素。在短时间内生产严格公差要求和高质量表面的零件十分困难。模具制造中生产高质量工件需要在粗加工阶段切除大量材料，而在精加工阶段又要达到完美的表面质量。只有*优的表面质量才能避免后续成本，例如手动抛光。除机床机械结构质量和数控系统相应性能外，影响*佳铣削效果的第三个因素是测量技术。

为达到零件的更高表面质量，提供单信号周期内极小误差（细分误差）的编码器发挥着关键作用。例如，细分误差导致工件表面留下周期性的异常刀痕，这种刀痕严重影响模具制造。

创造高表面质量的前提条件

周期性表面缺陷的可能原因

工件表面上的可见缺陷有不同的表现形式，可能是暗影也可能是波纹。从正常视距看，人眼能发现这些表面的不连贯现象。其原因其实完全不同：

?影响加工过程的机床振动

?轴编码器的短周期误差（单信号周期内位置误差，即细分误差）

该“技术信息”提供了有关由于单信号周期内位置误差导致的表面缺陷。

单信号周期内位置误差

编码器直接提供的分辨率通常无法满足现代化机床要求。因此，需要对信号进行细分处理，即细分周期变化的模拟信号―通常是正弦信号―扫描信号A与B。细分倍数经常达到4 096（12 bit），甚至更高。这样可以用栅距较大的测量基准获得用于控制机床的不足0.1 μm的测量步距。海德汉LC *和LC 400直线光栅尺的测量步距甚至能达到0.001 μm。

只要两个正弦输出信号相同，也就是说相同的波形、幅值、占空比和相位差是准确的90°，细分过程就能没有误差。输出信号的误差将造成重复的误差，每个扫描信号周期重复一次。因此，它被称为单信号周期内误差或细分误差。单信号周期内位置误差大小由以下因素决定：

?信号周期大小

?光栅一致性和周期确定性

?扫描滤波器结构质量

?传感器特性

?模拟信号后续处理的稳定性和动态性能

单信号周期内位置误差的影响

模具制造的几何形状日趋复杂，工件加工难度越来越高。用5轴加工时，所有进给轴共同运动的情况非常普遍。如果用多个NC轴插补加工倾斜面或曲面，细分误差将直接反映到工件上。

用小角度加工倾斜面时，这个影响尤其明显。Z轴编码器的细分误差投影到倾斜工件表面上后明显可见。由于倾斜，沿刀具路径将有n倍放大的信号周期。进给轴沿Z轴运动一个信号周期时，X轴运动n个或更多个信号周期。倾斜的工件表面上波形的波长对应于Z轴编码器的n个信号周期。由于各类倾斜面都是在自由曲面加工中形成的，因此都有相应的信号周期放大作用。人眼可以很容易发现0.5 mm至5 mm的波长。

如果细分误差值小于* nm，工件表面看不到缺陷。从大约200 nm的细分误差开始，细分误差都能体现在铣削结果中。如果细分误差更大，将形成光影不连续的形状误差。

加工举例

样件用一个 12 mm的球头铣刀进行多道铣削加工。三个加工面存在不同大小的细分误差。

顶部的工件是用*小细分误差编码器加工的，例如海德汉LC *系列直线光栅尺。其典型细分误差远远小于* nm。该工件表面完美。细分误差较大编码器的工件照片则不同：由于进给轴细分误差较大，工件表面有明显的波纹。

中间的照片是细分误差为200 nm编码器的铣削效果。波形明显可见。如果细分误差达到500 nm，工件表面的波纹非常明显。

细分误差极小的编码器，例如海德汉直线光栅尺LC *、LC 400或LF能满足没有可见波纹达到完美工件表面的铣削要求。