光栅编码器是数控机床的重要功能部件，最新高端机床基本全部采用绝对式

——精密测量是数显装备重要的组成成分，机床加工精度很大程度由测量系统精度及分辨率决定。数控机床中工件的装夹定位及加工精度是评价机床性能的一个重要指标，高精度、高分辨率的位移检测是保证加工产品质量的重要手段。随着现代化机械制造业对测量设备在精度、分辨率和工作效率等各方面的要求越来越高。

机床测量系统不断演变和发展，光栅测量已经占据主要地位。机床测量系统经历从刻度盘、同步感应器、光栅、磁栅、球栅等编码器为主导的过程，近年来光栅测量系统在数控机床上的使用占据主要的地位。光栅测量系统的分辨率高达纳米级，测量长度高达百米以上。由于这些无可比拟的优点，高精度、高切削速度的数控机床无疑要采用光栅测量系统。

光栅编码器主要起到辅佐数控机床走刀精度的作用，是数控机床的重要功能部件。在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。数控机床安装了光栅尺，可以保障机床的走刀精度，对于数控机床的加工精度有着良好的辅助效果。

几种测量方式的分辨率

资料来源：CNKI，立鼎产业研究中心

——绝对式光栅尺是所有进给轴为闭环控制的机器和设备的最佳选择。绝对式光栅尺的动态性能优越，沿测量方向可靠的运动速度及加速度性能使其既满足常规轴动态性能要求，也能满足直线电机的高动态性能要求。近两年国内外高端数控机床，基本全部采用绝对式光栅尺，应用前景非常广阔。而以五轴数控机床为例，三个直线轴和两个旋转轴需对应配套三个光栅尺和两个角度编码器。

目前，数控机床伺服控制系统分为半闭环与全闭环控制系统两种。数控机床运动控制链为：数控装置——伺服编码器——伺服驱动器——电机——丝杠——移动部件。

半闭环控制进给伺服系统将位置检查装置（如角度编码器）安装在驱动电机的端部或丝杆的端部，用来检测丝杠或回转马达的回转角，间接测出机床运动部件的实际位置，经反馈送回控制系统。其缺点是:由于测量方式是间接测量，会带来一系列测量误差:如滚轴丝杠的节距误差、反向误差，加速力、切屑力、摩擦力引起的驱动系统变形，滚轴丝打热膨胀带来的定位误差等。

全闭环控制进给伺服系统将位置测量装置（如光栅尺）安装在机床运动部件上，并对移动部件进行实时的反馈，通过数控系统处理后将机床状态告知伺服电机伺服电机，通过系统指令自动进行运动误差的补偿。其优点是:由于实现了运动部件的直接的终端位移测量，克服了半闭环系统的间接测量误差，系统精度更高。这种情况下，机床精度几乎只取决于光栅尺精度和安装位置。

半闭环控位置反馈控制（上）和全闭环位置反馈装置（下）

资料来源：CNKI，立鼎产业研究中心

——加工精度是衡量机床性能的重要指标，高端编码器作用关键。

生产效率和加工精度是机床行业的重要竞争因素，难点主要在于：

机床加工条件快速变化。如在航空航天领域，粗加工时需要强大材料切除能力，而精加工时必须达到高精度。在高质量模具加工过程中，粗加工需要切除大量材料，精加工时需要高的表面质量。同时，如果要求一定时间的加工内实现加工路径间距最小，机床需要足够大的轮廓加工进给速率。

机床热稳定性要求高。特别是小批量生产必须面对不断变化的加工任务，无法达到热稳定条件。钻孔、粗加工和精加工操作的不断变换也使机床温度条件不断发生变化。相加时，铁削率增加到80%以上，而精加时低于10%。加速度和进给速率的不断提高造成直线驱动的滚珠丝打发热。因此，进给驱动的位置检测技术对机床热稳定性具有非常关键的作用。全闭环控制系统的直线光栅尺是实现高精度小批量零件加工的重要因素。

如航空航天工业所需的整体构件，由于高速给进和高速切削会使滚珠丝杠产生大量摩擦热。如果进给驱动采用半闭环控制模式(不用直线光栅尺)，小批量和短交货期生产时，加工零件的尺寸就会不同。由于热膨胀原因，可能无法满足公差要求。如果使用直线光栅尺，就可以避免这些误差，滚珠丝杠的热膨胀在全闭环内可以完全被补偿。