機床數顯發(fā)展的概況
數顯機床是20世紀70年代以微電子技術改造傳統(tǒng)的機床產業(yè)的新生事物。機床采用數顯裝置后提高了加工精度和工效，降低了廢品率。半個世紀以來，以先后次序取得在數顯機床上應用的位移傳感器共有5種：20世紀50年代新興的感應同步器；20世紀60年代的光柵和磁柵；20世紀70年代的容柵和球柵。這五種測量系統(tǒng)都是柵式測量系統(tǒng)，都采用了重復周期的結構設計方法，利用平均技術減少誤差、提高精度，利用差動技術提高靈敏度。除了磁柵、球柵外，其他三種傳感器都采用光刻、復制的方法制造標尺，其產品制造成本得到降低而精度得到提高。這五種測量系統(tǒng)體現了位移測量領域中的多樣性，都有各自的優(yōu)點和不足,在使用中相互補充。
在我國最先應用的是感應同步器和光柵傳感器，開始是作為角度編碼器，然后才發(fā)展成為線位移傳感器。應用領域開始是軍事上，然后是測量儀器上，一直到有了數顯表才有了機床數顯，然后才有位置反饋的數控系統(tǒng)。磁柵和球柵一開始就用于數顯，容柵開始是用于量具、量儀，2003年日本三豐（Mitutoyo）公司將容柵用于機床數顯。
發(fā)達國家機床數顯的推廣應用是在20世紀70年代中期，微電子發(fā)展到中規(guī)模集成電路時出現，制造光柵數顯的企業(yè)也紛紛出現，如1972年美國的ACU-RITE，1973年西班牙的Fagor，奧地利的RSF，日本的三豐（Mitutoyo）和雙葉（Futaba）等。1974年英國的Newall也推出了球柵數顯。發(fā)達國家機床的數顯化率在30%~60%左右。
我國以數顯技術改造傳統(tǒng)的機床產業(yè)是在20世紀80年代中期，在政府推動下全國各省、市設立了數顯技術推廣服務中心，用大量經費補貼企業(yè)安裝機床數顯裝置，當時國產傳感器比較成熟的產品是感應同步器，所以數顯中心推廣的大部分是感應同步器數顯裝置。20世紀90年代中后期，我國的光柵數顯產品才逐步商品化、產業(yè)化，2000年以來我國數顯產業(yè)每年以30%~40%的速度增長，到2006年光柵尺的銷售量已超過30萬個坐標，銷售額達到人民幣2億元。用于銑床的一套數顯裝置（400 mm/800 mm二支光柵尺和一臺數顯表）銷售價降到1200元；圓光柵編碼器的銷售量已超過53萬個，銷售額達到人民幣1.5億元，這與我國年產55萬臺機床是相適應的。我國機床的數顯化率估計已達到30%左右。
五種數顯測量系統(tǒng)
光柵、感應同步器、磁柵、球柵和容柵五種測量系統(tǒng)在機床行業(yè)中常用的柵距、分辨力、準確度和最大速度如表所示。
1.光柵數顯裝置
當今世界已從精密加工、檢測，達到亞微米級加工、檢測，目前正向納米級加工技術及納米檢測技術的方向發(fā)展。光柵技術也正是在這些相關技術的促進下，取得了飛躍的發(fā)展。
從20世紀70~80年代以來，不少國家的公司如日本、美國、意大利、法國、瑞士、中國等均將光柵數顯的技術及產品，應用于自己的產品之中。該系列產品已成功應用于坐標測量機、比長儀等計量儀器、高精密數控機床、超精密加工機床和半導體工業(yè)的專用設備上。普通機床用的光柵尺多數是封閉式的，標尺有玻璃和鋼兩種，玻璃標尺可以到3 m長，鋼帶標尺可以到30 m或更長。分辨率從5μm~0.1μm，準確度有±5μm/±3μm/±2μm。0.1μm時的速度可達60 m/min，1μm時達120 m/min。精密機床要用敞開式光柵尺，分辨率從1μm~1 nm，最高準確度到±0.5μm。近來發(fā)展的絕對式光柵尺得到比較廣泛的應用，其分辨率可達到0.1μm，速度達120 m/min，在起動時不需要尋找零位，縮短了機床的非生產時間，提高了機床的可靠性。
德國Heidenhain公司是當今世界制造光柵尺、圓光柵編碼器、數顯表和數控裝置最著名的公司。西班牙Fagor、日本Mitutoyo（三豐）、英國Renishaw也都是數顯測量系統(tǒng)領域著名的公司。國內比較大的光柵尺生產企業(yè)是長春光機、信和、怡信、萬濠和新天，圓光柵編碼器生產企業(yè)是長春禹衡、無錫瑞普。
2. 感應同步器數顯裝置
感應同步器測量系統(tǒng)包括傳感器和數顯表兩部分。這種電磁感應位置檢測元件是20世紀50年代美國Farrand公司根據美國空軍提出的要求發(fā)明的。從本質上看，它是一種采用平面繞組的分解器，最早研制成功的感應同步器是旋轉型的，直徑為127 mm，有108個極的圓感應同步器。它由轉子和定子兩部分組成，分別安裝在相對轉動的部件上。這個127 mm的圓感應同步器，成功地用于導彈制導設備的跟蹤系統(tǒng)中。
由于20世紀50年代數控機床出現后，急需行程大、精度高、性能穩(wěn)定的直線位置數字檢測系統(tǒng)，因而在圓感應同步器的基礎上，又發(fā)展出直線式感應同步器。直線感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，使用時分別安裝在相對移動的部件上。標準型感應同步器定尺長度為250 mm
