3.2.2、主軸軸承
主軸軸承是主軸部件的重要組成部分。它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào) 整、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響主軸的工作性能。在數(shù)控機(jī)床上，常用的主軸軸承有 滾動(dòng)軸承和靜壓滑動(dòng)軸承。在液體靜壓軸承中，供油裝置在一定初始?jí)毫ο率沟脻?rùn)滑油流經(jīng)節(jié)流孔，在軸承 和主軸間隙間形成壓力油膜，油膜上下存在壓差從而承受載荷。液體靜壓軸承的特點(diǎn)：（1）主軸在轉(zhuǎn)動(dòng)前會(huì)先被浮起，軸承不會(huì)與主軸接觸，因此摩擦力損耗較??；（2）所適應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍廣，在靜止和相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都具有承載能力；（3）壓力油膜的支承剛度大，具有較好的吸振性；（4）使用壽命長(zhǎng)，精度保持性好；（5）油膜具有均化誤差的作用，這樣可以減小主軸和軸承自身精度造成的影響；（6）對(duì)軸承的材料要求不高。
機(jī)床應(yīng)用領(lǐng)域的不同，對(duì)主軸軸承系統(tǒng)的要求是不一樣的。例如，鋁合金的高速 切削需要高轉(zhuǎn)速而剛度較低的軸承系統(tǒng)，而欽合金或鎳基合金的重切削則需要能 承受大切削力和低轉(zhuǎn)速的軸承系統(tǒng)。合理選擇軸承類型和配置軸承以及軸承系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)機(jī)床主軸的性能和壽命有很大影響。主軸軸承的類型有：1) 滾動(dòng)軸承，包括球軸承和圓柱滾子軸承；2) 液體動(dòng)壓軸 承；3)液體靜壓軸承；4)空氣軸承；5) 磁浮軸承。滾動(dòng)軸承具有明顯的綜合優(yōu) 勢(shì)，應(yīng)用最為廣泛。
3.3、 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)工業(yè)母機(jī)之“右手”
數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是在數(shù)控系統(tǒng)的指揮下，將機(jī)床的執(zhí)行部件（如工作臺(tái)、 滑座、立柱等）移動(dòng)到預(yù)定位置，主要由以下部分組成：1）位置控制指令生成。待加工的零件通過(guò)數(shù)控編程后生成刀具軌跡并分解為各 軸的位移，發(fā)出位置控制指令。2）伺服驅(qū)動(dòng)。將位置指令的電信號(hào)通過(guò)速度控制、電流控制和功率放大后，借 助伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)可以是旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，也可以是直線電 動(dòng)機(jī)。速度反饋和電流反饋回路用以保證系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。3）機(jī)械傳動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng) 諸如工作臺(tái)、滑座等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)所要求的位移。采用直線電動(dòng)機(jī)等直接驅(qū)動(dòng)方 式可簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)。4）位置檢測(cè)與反饋。由直線或回轉(zhuǎn)位移測(cè)量裝置檢測(cè)實(shí)際的直線位移和角位移 并將誤差反饋給位置控制環(huán)，加以補(bǔ)償。
數(shù)控程序的插補(bǔ)功能，生成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的路徑規(guī)劃。在刀軌規(guī)劃中不僅要考慮刀具 的位移和進(jìn)給速度，還要考慮其加速度和加加速度，然后向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出參考軌 跡的位移、速度、加速度和加加速度 4 個(gè)參數(shù)，進(jìn)行各軸運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。在進(jìn) 給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響下獲得真實(shí)的位移，并將其反饋給位置信號(hào)的輸入 端，形成一個(gè)閉環(huán)回路。
機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的任務(wù)是完成刀具和工件之間的復(fù)雜空間運(yùn)動(dòng)。按照運(yùn)動(dòng)的形式， 可以分為直線進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和回轉(zhuǎn)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)兩大類。按照驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和執(zhí)行部件之間是 否有中間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可分為間接驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)。1）實(shí)現(xiàn)間接直線驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有絲杠螺母、齒輪齒條和蝸桿齒條；2）能完成直接直線驅(qū)動(dòng)的有直線電動(dòng)機(jī)和電液伺服作動(dòng)器；3）實(shí)現(xiàn)間接回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有蝸輪蝸桿、滾柱凸輪傳動(dòng)；4）能完成直接回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的有力矩電動(dòng)機(jī)、伺服作動(dòng)器和混合驅(qū)動(dòng)裝置等。
3.3.1、直線進(jìn)給
滾珠絲杠：滾珠絲杠的傳動(dòng)效率高，具有高載荷下發(fā)熱量較小、磨損小、壽命長(zhǎng)和無(wú)爬行以 及驅(qū)動(dòng)力矩大等一系列優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，是高性能數(shù)控機(jī)床不可或缺的功能部件。滾珠絲杠副廣泛用于各種機(jī)床中行程小于 5m 的水平和垂直進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也有 10m 以上行程的個(gè)別案例。機(jī)床上所采用的滾珠絲杠的直徑和導(dǎo)程多在 12mm~160mm 和 5mm~40mm 范圍之間。根據(jù) NSK 披露，數(shù)控機(jī)床中車床、 銑床、鏜床、鉆床、沖床等常用精度等級(jí)為 C5，磨床、電火花加工機(jī)械、線切 割機(jī)等常用精度等級(jí)為 C3。
由于滾珠需要無(wú)限循環(huán)，所有滾珠絲杠至少由絲杠軸、螺母、滾珠、循環(huán)部件四 大零部件構(gòu)成。按照滾珠循環(huán)方式，可分為內(nèi)循環(huán)、外循環(huán)兩大類型：（1）內(nèi)循環(huán)在相鄰的導(dǎo)程間通過(guò)馬蹄狀導(dǎo)流器循環(huán)，適合小導(dǎo)程；（2）外循環(huán)又分為端部導(dǎo)流式、管循環(huán)式、端蓋式。其中端部導(dǎo)流式在螺母端 部沿絲杠螺紋槽切線方向平滑地將滾珠掬起，并通過(guò)設(shè)在螺母內(nèi)部的貫通孔循 環(huán)，適合高速靜音傳送；管循環(huán)式在適合滾珠大小的循環(huán)管內(nèi)使?jié)L珠通過(guò)始點(diǎn)、 終點(diǎn)間往復(fù)循環(huán)，規(guī)格(軸徑、導(dǎo)程)的對(duì)應(yīng)范圍廣；端蓋式在螺母端部配置拉升 滾珠的端蓋，在螺母內(nèi)設(shè)置的貫通孔循環(huán)，適合大導(dǎo)程。
從市場(chǎng)空間來(lái)看，全球滾珠絲杠市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)健增長(zhǎng)，中國(guó)已成為最重要的消費(fèi)市 場(chǎng)之一，長(zhǎng)期成長(zhǎng)空間可觀。根據(jù)秦川機(jī)床公告，2016-2021 年全球滾珠絲杠市 場(chǎng)規(guī)模從 13.1 億美元增長(zhǎng)至17.5 億美元；同期我國(guó)滾珠絲杠市場(chǎng)規(guī)模從 16.8 億元增長(zhǎng)至25.6 億元。中國(guó)已成為滾珠絲杠產(chǎn)品重要的消費(fèi)市場(chǎng)之一，約占全 球規(guī)模總量的 20%左右。從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局看，目前全球主要的滾珠絲杠廠商有 NSK、THK、SKF 等，根 據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)，2021 年 CR5 銷售額市占率達(dá)到約 46%，其中主要來(lái)自 歐洲和日本，日本和歐洲滾珠絲杠企業(yè)占據(jù)了全球約 70%的市場(chǎng)份額。
國(guó)內(nèi)滾珠絲杠高端市場(chǎng)基本被德國(guó)力士樂(lè)、日本 THK、NSK 占據(jù)，中端市場(chǎng)則 由德國(guó)、日本品牌（力士樂(lè)、THK、NSK），中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)品牌（上銀、銀泰）， 中國(guó)大陸品牌（漢江、南工藝）占據(jù)。
直線電機(jī)：直接進(jìn)給驅(qū)動(dòng)是依靠直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)和次級(jí)間的磁力移動(dòng)工作臺(tái)，中間沒(méi)有機(jī)械 傳動(dòng)元件，導(dǎo)軌一般與滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)裝置一樣。由于沒(méi)有絲杠、螺母、聯(lián)軸節(jié)、 電機(jī)軸和軸承的柔度，切削載荷和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量直接作用在直線電動(dòng)機(jī)上。與滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)相較，直線驅(qū)動(dòng)的加速度較高，移動(dòng)速度快，能快速定位，伺服 帶寬大等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于直線電動(dòng)機(jī)無(wú)接觸傳遞力，機(jī)械摩擦損耗和爬行現(xiàn)象 幾乎為零，能達(dá)到比滾珠絲杠更高的精度和可靠性。直線電動(dòng)機(jī)分為同步直線電動(dòng)機(jī)和感應(yīng)直線電動(dòng)機(jī)兩類，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子由金 屬條構(gòu)成，同步電動(dòng)機(jī)的定子由永磁材料構(gòu)成。商品化的同步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的最大 推力達(dá)15～20 kN，額定推力 6～8 kN，遠(yuǎn)比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的最大推力 5～10 kN， 額定推力 0.8～2 kN 為高，適用于重切削的機(jī)床。而商品化的感應(yīng)直線電動(dòng)機(jī)由 于推重比高（小型感應(yīng)直線電動(dòng)機(jī)重量?jī)H 1.5kg），因此較適合中小型要求高加 速度的機(jī)床使用。
目前，直線電機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括電子、半導(dǎo)體、醫(yī)療等領(lǐng)域，隨著下游應(yīng)用 場(chǎng)景的增加、技術(shù)的逐漸成熟，直線電機(jī)有望成為性價(jià)比更高的選擇，行業(yè)規(guī)模 也將隨之快速增長(zhǎng)。據(jù) Transparency Market Research 數(shù)據(jù)，2022 年全球直線電機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模 約為 18 億美元，到 2031 年預(yù)計(jì)增長(zhǎng)至 31 億美元。目前我國(guó)直線電機(jī)市場(chǎng) 60%以上的市場(chǎng)份額由中國(guó)大陸以外的品牌壟斷，這些 品牌主要集中在新加坡、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、日本以及歐美地區(qū)，而中國(guó)大陸品牌競(jìng) 爭(zhēng)力較弱，在中國(guó)大陸僅有少數(shù)企業(yè)能夠系統(tǒng)地完成工藝要求。具體來(lái)看，目前 中國(guó)大陸直線電機(jī)行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)主要包括雅科貝思、大族電機(jī)、德康威爾、東莞 智贏、泰科貝爾等。
與滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)相較，直線驅(qū)動(dòng)的加速度較高，移動(dòng)速度快，能快速定位，伺服 帶寬大等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于直線電動(dòng)機(jī)無(wú)接觸傳遞力，機(jī)械摩擦損耗和爬行現(xiàn)象 幾乎為零，能達(dá)到比滾珠絲杠更高的精度和可靠性。但是，直線電動(dòng)機(jī)的加速性 與運(yùn)動(dòng)的總質(zhì)量成反比，與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力成正比。其加速性并非在所有情況下都 優(yōu)于滾珠絲杠螺母系統(tǒng)。直線電動(dòng)機(jī)只有在承載量較小時(shí)達(dá)到高加速度，而滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)卻在大范圍內(nèi)保 持其加速能力，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)慣性經(jīng)過(guò)減速比才反映到回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)上。
3.3.2、圓周進(jìn)給
機(jī)床在加工負(fù)責(zé)形狀表面時(shí)，為了提高加工效率、保證加工質(zhì)量和防止干涉，除 了笛卡爾坐標(biāo)系 X、Y、Z 軸的直線進(jìn)給外，還需要控制刀具與工件相對(duì)姿態(tài)的 回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 A、B、C 軸的圓周進(jìn)給。第 4 和第 5 軸的圓周進(jìn)給是 5 軸聯(lián)動(dòng)加工機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)之一。它可以是 AC 軸 聯(lián)動(dòng)、AB 軸聯(lián)動(dòng)或 BC 軸聯(lián)動(dòng)。這兩種圓周進(jìn)給可由安裝工件的工作臺(tái)完成， 也可以由裝有刀具的主軸系統(tǒng)來(lái)完成，或者由兩者共同完成。對(duì)各類機(jī)床以及復(fù)雜的加工中心來(lái)說(shuō)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是其圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)最 為關(guān)鍵的部分，在各類機(jī)床和加工中心上廣泛應(yīng)用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以如下劃分， 分度工作臺(tái)、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)以及直驅(qū)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
間接驅(qū)動(dòng)
間接驅(qū)動(dòng)包括蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)、凸輪滾子轉(zhuǎn)臺(tái)以及諧波轉(zhuǎn)臺(tái)。蝸輪蝸桿副是傳統(tǒng)的分度和圓周進(jìn)給機(jī)構(gòu)，廣泛用于鏜銑床和齒輪加工機(jī)床。通 常作為分度裝置，對(duì)于 100mm 到 500mm 直徑的工作臺(tái)分度精度一般為±20″ 左右。滾柱驅(qū)動(dòng)（RollerDrive）是一種新型的無(wú)間隙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可用于構(gòu)建新型數(shù)控 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。滾柱驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能皆明顯高于傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)。
中小型雕刻機(jī)的雕刻、鉆銑、車削、打孔等工藝中，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)不僅需要高 速輸出，也需要低速高精度輸出。蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)臺(tái)扭矩高，但是精度難以保證，且 采購(gòu)及維護(hù)成本較高。諧波轉(zhuǎn)臺(tái)主要由諧波減速器和伺服電機(jī)組成，具有精度高、體積小、傳遞扭矩大、 成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)于各種機(jī)床的生產(chǎn)需求，近年來(lái)在市場(chǎng)上的占比也越來(lái) 越大。諧波轉(zhuǎn)臺(tái)主要應(yīng)用于如筆記本電腦、手機(jī)殼、手表后蓋類 3C 產(chǎn)品、珠寶 首飾等行業(yè)零件加工，可以一次裝夾完成多面加工，大幅度提升設(shè)備加工效率和 加工能力范圍。
直接驅(qū)動(dòng)
采用伺服電動(dòng)機(jī)配合蝸輪蝸桿傳動(dòng)副驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)的缺點(diǎn)是體積大，電主軸和轉(zhuǎn) 臺(tái)之間的干涉位置多，導(dǎo)致可用回轉(zhuǎn)半徑小，工件裝夾和機(jī)床操作不便。直接驅(qū) 動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是一項(xiàng)新技術(shù)，工作臺(tái)由專門(mén)設(shè)計(jì)的力矩電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)子與工作臺(tái)主軸直接連接在一起，中間沒(méi)有任何機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)非常緊湊，動(dòng)態(tài)性能好，慣性小，轉(zhuǎn)速高，除圓周進(jìn)給 外，還可用于車削。由于沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)的背隙和磨損問(wèn)題，維修方便，輔以直接 測(cè)量系統(tǒng)，可獲得很高的回轉(zhuǎn)精度（約±5"），使用壽命遠(yuǎn)比機(jī)械傳動(dòng)回轉(zhuǎn)工作 臺(tái)長(zhǎng)。
大陸及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的中低檔數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)占據(jù)了我國(guó)大部分的轉(zhuǎn)臺(tái) 市場(chǎng)；少部分市場(chǎng)由美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家公司生產(chǎn)的高端產(chǎn)品所占據(jù)。內(nèi)地 最具競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)生產(chǎn)廠家是煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司，該廠家的產(chǎn) 品體系完備，規(guī)格齊全，種類繁多，且設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和制造方面具備豐富的經(jīng)驗(yàn)。中 國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的德川機(jī)械股份有限公司是專業(yè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)生產(chǎn)廠商之一。國(guó)外有日本 的 NIKKEN（日研）、德國(guó) Peiseler、美國(guó) HASS 公司等專業(yè)的生產(chǎn)廠家。國(guó)內(nèi) 生產(chǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品與國(guó)外的產(chǎn)品相比，在精度、速度及可靠性等參數(shù)上仍與國(guó) 外數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)存在一定差距。2021 年中國(guó)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)市場(chǎng)銷售收入達(dá)到了 5.43 億美元，據(jù) QYResearch 預(yù)計(jì)， 2028 年可以達(dá)到 11.17 億美元。從產(chǎn)品類型及技術(shù)方面來(lái)看，單軸占有重要地位，2021 年份額達(dá)到 89.43%， 銷量達(dá)到 58678 臺(tái)，而雙軸由于價(jià)格較貴，從 2021 年銷量上來(lái)看僅為單軸的 1/9，達(dá)到 6935 臺(tái)，但銷售額超過(guò)單軸的 1/3，達(dá)到 1.44 億美元。預(yù)計(jì)未來(lái)單 軸和雙軸的比例穩(wěn)定，在 2028 年，單軸的銷量將達(dá)到 104280 臺(tái)，而雙軸達(dá)到 13671 臺(tái)。從產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，與立式數(shù)控機(jī)床配套使用的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)最多，接近 60%，在 2021 年達(dá)到 38816 臺(tái)，而臥式和龍門(mén)分別達(dá)到 19330 臺(tái)與 7467 臺(tái)。未來(lái)增長(zhǎng)速度最快的為龍門(mén)數(shù)控機(jī)床，2022-2028 年的 CAGR 達(dá)到 9.69%。目 前中國(guó)主要廠商包括旭陽(yáng)國(guó)際精機(jī)、寶嘉誠(chéng)、德川機(jī)械、潭佳精密科技和潭興精 工等，2021 年 Top5 廠商份額占比超過(guò) 50%。
3.4、 測(cè)量系統(tǒng)：工業(yè)母機(jī)之“眼”
數(shù)控機(jī)床檢測(cè)元件的作用是檢測(cè)位移和速度，發(fā)送反饋信號(hào)，構(gòu)成閉環(huán)控制。位置檢測(cè)裝置的分類按照不同的分類標(biāo)志，可以分為不同的類型。根據(jù)測(cè)量方法，可分為增量式和絕對(duì)式；根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的類型，可分為模擬式和 數(shù)字式；根據(jù)安裝的位置及耦合方式，可分為直接測(cè)量和間接測(cè)量；根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式，可分為回轉(zhuǎn)型和直線型檢測(cè)裝置。
3.4.1、編碼器
編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式測(cè)量元件，通常裝在被測(cè)軸上，隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可將被 測(cè)軸的角位移轉(zhuǎn)換成增量脈沖或絕對(duì)式的數(shù)字代碼。在數(shù)控機(jī)床上，通常與驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)同軸連接，屬間接式測(cè)量元件。編碼器根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方式分類，可分為接觸式、光電式和電磁式三種。按 照編碼方式可分為絕對(duì)式編碼和增量式編碼兩種。在數(shù)控機(jī)床上，大多采用光電式增量脈沖編碼器。
從編碼器在機(jī)床各部分的使用來(lái)看，編碼器可以分類為：主軸編碼器，手持脈沖 發(fā)生器，分度頭編碼器（角度編碼器），刀架編碼器，伺服進(jìn)給編碼器。
根據(jù) MMR 數(shù)據(jù)，全球編碼器市場(chǎng)規(guī)模將從 2022 年的 25.2 億美元提升至 2029 年的 49.6 億美元，CAGR 為 10.1%。
美國(guó)是編碼器解決方案銷售的主要國(guó)家之一。美國(guó)擁有主要的編碼器制造商，包 括霍尼韋爾國(guó)際公司、羅克韋爾自動(dòng)化公司、海德漢公司等。
中國(guó)是編碼器消費(fèi)的重要國(guó)家。這歸因于汽車和其他制造業(yè)對(duì)編碼器的需求大幅 增長(zhǎng)，以及該國(guó)最終用途行業(yè)的增長(zhǎng)。由于市場(chǎng)參與者的大量存在以及工業(yè)革命 4.0 在該國(guó)的不斷發(fā)展，多年來(lái)對(duì)編碼器的需求不斷增加。
3.4.2、光柵尺
光柵尺是光柵線位移傳感器的簡(jiǎn)稱，是一種利用光柵原理實(shí)現(xiàn)線位移測(cè)量的傳感 器。光柵線位移傳感器主要應(yīng)用于直線移動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)量的精確顯示 和自動(dòng)控制，廣泛應(yīng)用于金屬切削機(jī)床加工量的數(shù)字顯示和 CNC 加工中心位置 環(huán)的控制。按照材質(zhì)不同，可分為玻璃光柵和鋼光柵；按照測(cè)量原理可分為絕對(duì)式和增量式；按照掃描方式可分為成像掃描和干涉掃描；按照防護(hù)性能不同，可分為封閉式光 柵尺和開(kāi)放式光柵尺。從產(chǎn)品類型及技術(shù)方面來(lái)看，目前增量式光柵尺由于較低的成本和技術(shù)要求，占 有超過(guò) 80%的份額。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，絕對(duì)式光柵尺將保持更快的增長(zhǎng)速度。
光柵是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的基礎(chǔ)，其由一系列等間距排列的刻線和狹縫組成，其間 距誤差極小，刻線邊緣整齊清晰。根據(jù)海德漢公司產(chǎn)品手冊(cè)，公司通過(guò)光刻、鍍 膜等工藝制造的光柵包括 DIADUR 精密光柵、METALLUR 光柵、相位光柵、SUPRADUR 光柵、OPTODUR 光柵、MAGNODUR 光柵等，度可達(dá)到微米級(jí)或 亞微米級(jí)。
成像掃描原理
成像掃描原理是用透射光生成信號(hào)，兩個(gè)柵距相同或相近的光柵與掃描掩膜彼此 相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在狹縫對(duì)齊時(shí)，光線通過(guò)。如果一條光柵的柵線與另一條光柵上的狹 縫對(duì)齊，光線無(wú)法通過(guò)。光電池組將光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。掃描掩膜的特殊柵 狀結(jié)構(gòu)將光強(qiáng)調(diào)制為近正弦輸出信號(hào)。
干涉掃描原理
干涉掃描原理是用精細(xì)柵狀結(jié)構(gòu)的光衍射和光干涉生成位移信號(hào)，測(cè)量運(yùn)動(dòng)。光 波穿過(guò)掃描掩膜時(shí)，將光波衍射為光強(qiáng)近似的三束光：+1、0 和-1。光柵尺所衍 射的光波是反射的衍射光+1 和–1 中光強(qiáng)最強(qiáng)的光束。這兩束光波在掃描掩膜的 相位光柵處再次相遇，再一次被衍射和干涉。也形成三束光，并以不同的角度離 開(kāi)掃描掩膜。光電池將這些交變的光強(qiáng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。掃描信號(hào)基本沒(méi)有高次諧 波，能進(jìn)行高倍頻細(xì)分。因此，這些光柵尺特別適用于小測(cè)量步距和高精度應(yīng)用。
增量式光柵尺的測(cè)量原理是將光通過(guò)兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的光柵調(diào)制成摩爾條紋，通過(guò) 對(duì)摩爾條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)、細(xì)分后得到位移變化量，并通過(guò)在標(biāo)尺光柵上設(shè)定一個(gè)或 是多個(gè)參考點(diǎn)來(lái)確定絕對(duì)位置；絕對(duì)式光柵尺的測(cè)量原理是在標(biāo)尺光柵上刻劃一 條帶有絕對(duì)位置編碼的碼道，讀數(shù)頭通過(guò)讀取當(dāng)前位置的編碼可以得到絕對(duì)位置。絕對(duì)式光柵尺的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)電后直接得到當(dāng)前位置信息，無(wú)需“歸零”操作， 簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。絕對(duì)式光柵尺可以從上一次停機(jī)的地方開(kāi)始繼續(xù)原來(lái)的加工工作，提高了工作效 率，并且可以隨時(shí)監(jiān)控光柵尺所處的位置，使得機(jī)床或儀器有一永遠(yuǎn)不變的參考 坐標(biāo)，使機(jī)床或儀器的誤差修正等工作變得非常容易和可靠。因此，絕對(duì)式光柵 尺是未來(lái)光柵尺發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，會(huì)逐步取代增量式光柵尺被廣泛的應(yīng)用到精密 數(shù)控機(jī)床上。
根據(jù)Global Info Research ，2020年，中國(guó)光柵尺市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了 10.3億元， 預(yù)計(jì)2027年將達(dá)到19.7億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為9.7%。2020 年全球 光柵尺收入大約 6.18 億美元，預(yù)計(jì) 2026 年達(dá)到7.16億美元，2020至2026期間，年復(fù)合增長(zhǎng)率為2.5%。
光柵尺常用于數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)中。在機(jī)床中用于檢測(cè)刀具和工件的坐標(biāo)，觀察和跟蹤走刀誤差，起到補(bǔ)償?shù)毒哌\(yùn)動(dòng)誤差的作用。中國(guó)市場(chǎng)，光柵尺主 要用在高性能機(jī)床、磨床、車床、銑床和加工中心等。其他領(lǐng)域及其他設(shè)備包括 半導(dǎo)體行業(yè)的生產(chǎn)和測(cè)量設(shè)備、電路組裝設(shè)備、測(cè)量顯微鏡和其他精密設(shè)備等。從產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，目前，數(shù)控機(jī)床是最大的下游應(yīng)用領(lǐng)域，占有67%的份額（2021年），預(yù)計(jì)接下來(lái)幾年該領(lǐng)域依然是最大的下游市場(chǎng)，尤其是其 中的高端類型。目前中國(guó)光柵尺市場(chǎng)，主要由德國(guó)的海德漢Heidenhain、西班牙發(fā)格、英國(guó)雷 尼紹、和三豐Mitutoyo等歐洲和日本品牌主導(dǎo)，尤其是在中高端領(lǐng)域，這幾個(gè)品牌占有接近90%的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)本土廠商主要是長(zhǎng)春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限責(zé)任公司（長(zhǎng)春禹衡光學(xué)）、廣州市諾信數(shù)字測(cè)控設(shè)備有限公司（信和）和東莞市索信測(cè)量?jī)x器有限公司等。目前國(guó)內(nèi)廠商主要產(chǎn)品是增量式光柵尺，不過(guò)長(zhǎng)春光機(jī)已經(jīng)突破了絕對(duì)式光柵尺的相關(guān)技術(shù)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，本土品牌將扮演更重要的角色。
