光柵尺作為數控機床直線軸的位置檢測元件，相當于人的“眼睛”，就是“監(jiān)視”直線軸在執(zhí)行數控系統(tǒng)的移動指令后，該直線軸是否真正準確地運行到數控系統(tǒng)指令所要求的位置。如果數控機床沒有安裝光柵尺，當數控系統(tǒng)發(fā)出直線軸的移動指令后，直線軸能否到達數控系統(tǒng)要求的位置，完全依靠數控系統(tǒng)調試的精度和機械傳動精度來保障。
數控機床使用一段時間后，由于電氣調試參數的修改和機械誤差的加大等原因，該直線軸很可能和數控系統(tǒng)指令所要求的位置相差很多，這時候數控系統(tǒng)根本不知道，維修和操作機床的人員也不知道，要想知道這個差距，維修人員就要對機床進行精度檢測。所以數控機床沒有安裝光柵尺，就要定期對機床的精度進行檢查，一旦忘記檢測數控機床的精度，很可能導致加工的產品精度超差甚至報廢。
如果數控機床的直線軸安裝了光柵尺，上述問題就不用人來操心了，由光柵尺來完成這個使命。如果該直線軸由于機械等原因沒有準確到達該位置，光柵尺作為位置檢測元件，會向數控系統(tǒng)發(fā)出反饋指令，使該直線軸能夠到達比較準確的位置。這時的光柵尺充當了獨立于機床之外的監(jiān)督功能，像人的眼睛一樣，一直“監(jiān)視”著直線軸的位置，保證了直線軸能夠達到數控系統(tǒng)要求的位置。
在生產新機床或舊機床改造中，采用光柵尺的目的是增加直線軸的運行準確性。但運行準確性不完全取決于光柵尺，主要取決于該直線軸的機械部分的幾何精度。光柵尺不能取代機械的精度，它只能“錦上添花”。很多人在這個問題的認識上存在偏差，如果機床的直線軸的幾何精度很差，比如一些車床Z軸采用齒條進行傳動，反向間隙很大，該軸即使采用光柵尺后，當該軸到達數控系統(tǒng)的運行指令位置附近，由于該直線軸的傳動精度不高，在準確位置前后會出現震蕩。
半閉環(huán)控制系統(tǒng)無法控制機床傳動機構產生的傳動誤差、傳動機構在高速運轉時產生的熱變形誤差、傳動系統(tǒng)在高速運轉時磨損引起的誤差。加工過程中，這些誤差已經嚴重影響了數控機床的加工精度及其穩(wěn)定性。直線光柵尺對數控機床各直線坐標軸進行全閉環(huán)控制，減少了上述誤差，提高了機床的定位精度、重復定位精度和精度可靠性。作為提高數控機床定位精度的關鍵部件，越來越受到用戶的青睞。
數控機床的精度
數控機床精度主要有三個方面：幾何精度、定位精度和加工精度。
機床幾何精度，又稱機械精度，是綜合反映機床關鍵零部件經組裝后的綜合幾何形狀誤差。使用的檢測工具和方法跟普通機床相比基本相同，但要求就更高。以一臺普通立式加工中心的幾何精度為例：
1)工作臺面的平面度
2)各坐標方向移動的相互垂直度
3)X、Y坐標方向的移動的工作臺面的平行度
4)主軸的旋轉精度
5)主軸箱沿Z坐標軸心線方向移動時主軸線的平行度
6)主軸在Z軸坐標方向移動的直線度
機床定位精度，是指機床主要部件在運動終點所能達到的實際位置精度。實際位置與定位位置之間的誤差稱為定位誤差。數控機床的定位精度又可以理解為機床的運動精度，因此定位精度決定于數控系統(tǒng)和機械傳動誤差。機床各運動部件的運動是在數控裝置的控制下完成的，各運動部件所能達到的精度直接反映加工零件所能達到的精度，所以，定位精度是項很重要的檢測內容。
重復定位精度，是指在數控機床上反復運行同一程序代碼，所得到的位置精度的一致程度。重復定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給傳動環(huán)節(jié)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重復定位精度是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項非常重要的精度指標。
加工精度
機床的幾何精度和定位精度通常是在沒有切削載荷以及機床不運動或運動速度較低的情況下檢測的，只能在一定程度上反映機床的加工精度。因為機床在實際工作狀態(tài)下，還有一系列因素會影響加工精度。例如，由于切削力、夾緊力的作用，機床的零部件會產生彈性變形。在機床內部熱源(如電動機、液壓傳動裝置的發(fā)熱軸承、齒輪等零件的摩擦發(fā)熱等）以及環(huán)境溫度變化的影響下，機床零部件將產生熱變形。由于切削力和運動速度的影響，機床會產生振動。機床運動部件以工作速度運動時，由于相對滑動面之間的油膜以及其他因素的影響，其運動精度也與低速下測得的精度不同。所有這些都將引起機床靜態(tài)精度的變化，影響工件的加工精度。機床在外載荷、溫升及振動等工作狀態(tài)作用下的精度，稱為機床的動態(tài)精度。動態(tài)精度除與靜態(tài)精度有密切關系外，還在很大程度上決定于機床的剛度、抗振性和熱穩(wěn)定性等。
目前，生產中一般是通過切削加工出的工件精度來考核機床的綜合動態(tài)精度，稱為機床的工作精度。工作精度是各種因素對加工精度影響的綜合反映。
機床精度提高
目前，在零件加工行業(yè)中，提高數控機床加工精度的方法主要有兩種：一種是誤差預防法；另一種是誤差補償法。
所謂防錯，是指提高零部件設計、加工、裝配的質量水平，有效控制環(huán)境因素，達到消除或減少誤差源的目的等措施。例如，采用高剛性、熱對稱的導軌和滾珠絲杠進行室溫控制，可以有效地降低機床的熱變形和熱源的溫升，從而減少誤差的發(fā)生。
誤差預防方法主要分為三類：尺寸誤差幾何誤差預防、熱變形誤差預防和其他誤差預防。誤差預防方法可以在一定程度上降低誤差發(fā)生的概率，但要完全消除熱變形和幾何誤差幾乎是不可能的。另外，母機床的加工精度對其影響很大，提高零件質量的成本太高，在實際應用中并不常見。
誤差補償法，在數控機床上安裝精密元件探頭、位置傳感器、光柵尺等設備，使機床的加工誤差實時反饋給數控系統(tǒng)。機床自動補償加工精度，提高了零件的加工精度，大大節(jié)約了原材料成本。
光柵尺作為直線軸的位置檢測元件時常見的幾種故障
1、直線軸在回參考點中，找不到零脈沖。
在表現形式上就是該軸在回參考點時一直運行直到撞到該軸的限位。
這種故障發(fā)生的原因一般是讀數頭或光柵尺不潔引起。把讀數頭卸下來用無水乙醇沖洗干凈，用絲綢布沾上無水乙醇把帶有刻度部分清潔干凈即可。
2、數控機床的直線軸在運行中出現報警。
如果采用西門子840D或力士樂數控系統(tǒng)出現報警“硬件編碼器錯誤”；如果采用發(fā)格數控系統(tǒng)出現報警“反饋錯誤”。原因：
①由于震動或其它原因，造成機床在使用中讀數頭與光柵刻度尺的間距變大，數控系統(tǒng)誤認為光柵尺壞了。處理該故障的方法是按光柵尺說明書的要求調整讀數頭與光柵尺的距離。讀數頭與光柵尺尺身之間的間距為1~1.5mm左右，最好別超過2mm.。
②光柵尺的安裝位置不合適，如安裝在油池附近，油氣等將光柵尺污染，這時候就要把光柵尺的“定尺”和“動尺”分別進行清潔，然后再安裝之后進行光柵尺的調試才可使用。
?、圩x數頭的位置安裝不合適，造成讀數頭損壞，更有甚者，光柵尺定尺內出現鋁合金碎屑，光柵刻線出現損壞，造成光柵尺定尺的徹底報廢。
3、數控機床的直線軸出現暴走
當數控機床的直線軸出現暴走時，一般情況下是該直線軸的位置檢測元件光柵尺被污染，需要對光柵尺的光柵或讀數頭進行保潔才可消除故障。
4、其他故障情況
在多年的數控機床維修中，我們發(fā)現光柵尺作為數控系統(tǒng)的位置檢測元件，在機床的機械部分良好的情況下，可以提高機床直線軸的定位精度。除此之外，光柵尺還可以檢測機床機械部分存在的隱患或問題。
一臺武重生產的C61200車床經過數控化改造后，采用發(fā)格8055TC數控系統(tǒng)。一次在加工軋輥時，由于軋輥的輥身呈現橢圓形，當機床的刀具吃上輥身尺寸較大的地方時，在無 X 軸移動指令的情況下， X 軸自行往遠離軋輥的方向移動。當刀具接觸上軋輥輥身尺寸比較小的地方時， X 軸自行向靠近軋輥的方向移動，造成X軸的前后竄動。
對該機床的數控系統(tǒng)進行檢查，發(fā)現 X 軸在加上“使能”信號的情況下，其交流伺服電機加上了自鎖力。當把 X 軸的位置檢測元件屏蔽掉，改成半閉環(huán)后，再進行吃刀加工，發(fā)現之前的 X 軸前后竄動現象消失。這種現象有人認為是光柵尺出了問題，但通過檢查發(fā)現是 X 軸滾珠絲杠的背帽松了，因此，在軋輥旋轉時，由于軋輥呈橢圓形，當刀具接觸上軋輥輥身尺寸比較大的地方時，軋錕輥身對 X軸有一個"頂"力， X 軸被"頂"向遠離軋輥直徑的方向，此時 X 軸的移動不是機床數控指令所致。用于檢測 X 軸位置的光柵尺發(fā)現了在沒有數控系統(tǒng)發(fā)出指令的情況下， X 軸向"+ X "方向（遠離軋輥輥身的方向）移動，而光柵尺的作用是，通過檢測直線軸在數控指令的作用下移動是否準確，如果移動不準確，通過數控系統(tǒng)的干預，使該直線軸定位至準確位置。因此，當刀具接觸上軋輥輥身尺寸比較小的地方時，刀具與軋輥輥身有了一定間隙，通過光柵尺的作用，使 X軸向靠近軋輥直徑的方向移動，定位至數控系統(tǒng)發(fā)出的 X 軸坐標位置。這樣軋輥每轉一周，在 X 軸沒有數據指令移動的情況下， X 軸就出現”遠離軋輥直徑方向”和”靠近軋輥直徑方向”的交替移動，故加工軋輥時， X 軸由于滾珠絲杠背帽的松動使其產生來回竄動。
數控機床的某個直線軸采用全閉環(huán)時出現電機抖動、軸震蕩等現象，而將位置檢測元件屏蔽掉，這種不正常的現象消失，一般情況下，首先檢查位置檢測元件，如光柵尺及讀數頭是否清潔，讀數頭的安裝位置是否合理，排除掉位置檢測元件不正常的因素。
如果能保證位置檢測元件良好的情況下，一般就是該直線軸的機械傳動鏈出現了問題，此時應檢查直線軸的機械傳動鏈是否有部件松動現象、機械部件是否有磨損、機械傳動鏈的相關潤滑是否良好。
