高速高精度加工要求現(xiàn)代機(jī)床設(shè)備的動(dòng)態(tài)同步跟蹤響應(yīng)速度越來越高，加工速度和加工精度要求不斷提高，其動(dòng)態(tài)定位響應(yīng)精度要求也不斷提高，大的切削量要求機(jī)床設(shè)備有更高的剛度。這樣就需要增加滾珠絲杠的幾何尺寸和伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，使?jié)L珠絲杠副的磨損情況也更加嚴(yán)重，大大影響了機(jī)床設(shè)備加工精度的穩(wěn)定性。為有效改善進(jìn)給工作臺(tái)滾珠絲杠副的伺服驅(qū)動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，有效保持滾珠絲杠的精度穩(wěn)定性。本文提出了復(fù)合伺服進(jìn)給工作臺(tái)的伺服控制方法。

1 高速?gòu)?fù)合伺服進(jìn)給工作臺(tái)工作原理

　　在一般進(jìn)給速度的滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，滾珠絲杠副伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是起到兩個(gè)作用：既要完成對(duì)進(jìn)給工作臺(tái)的精密定位控制，又要完成對(duì)進(jìn)給工作臺(tái)的加減速驅(qū)動(dòng)控制。進(jìn)給工作臺(tái)加減速驅(qū)動(dòng)控制下滾珠絲杠的磨損情況直接影響滾珠絲杠的精密定位精度。但是，在高速進(jìn)給工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)進(jìn)給工作臺(tái)滑板的加減速驅(qū)動(dòng)控制，將使?jié)L珠絲杠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)受到很大的動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)力，并且，速度變化越大，受到的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)力越大，產(chǎn)生的摩擦力就越大。這一現(xiàn)象造成的直接后果是加速滾珠絲杠定位槽的磨損，從而造成其精密定位精度的下降，進(jìn)而使進(jìn)給工作臺(tái)的進(jìn)給定位精度下降。并且，工作臺(tái)質(zhì)量越大，滾珠絲杠副的磨損越嚴(yán)重。為克服上述問題，本文采用一種新型工作臺(tái)復(fù)合進(jìn)給驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng).

　　該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由進(jìn)給工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)控制兩大部分組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要由滾珠絲杠主進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和液壓輔助進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置兩部分組成；進(jìn)給驅(qū)動(dòng)控制部分主要由滾珠絲杠主驅(qū)動(dòng)控制裝置及進(jìn)給控制器單元和液壓缸輔助驅(qū)動(dòng)控制裝置及進(jìn)給控制器兩部分組成。滾珠絲杠主驅(qū)動(dòng)裝置主要承擔(dān)進(jìn)給定位任務(wù)，液壓輔助驅(qū)動(dòng)裝置主要承擔(dān)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)任務(wù)；主輔驅(qū)動(dòng)控制裝置主要承擔(dān)兩種驅(qū)動(dòng)方式的控制作用，進(jìn)給控制器單元主要完成對(duì)兩種驅(qū)動(dòng)方式的分別同步控制作用。

　　為有效地改善高速進(jìn)給工作臺(tái)滾珠絲杠惡劣的工作狀況，提高進(jìn)給工作臺(tái)定位精度保持特性，本文采取將滾珠絲杠副的定位功能與加減速驅(qū)動(dòng)功能部分分離的方法，來改善工作臺(tái)的整體動(dòng)態(tài)性能。由滾珠絲杠副主要完成精密定位功能，由起輔助驅(qū)動(dòng)作用的液壓伺服系統(tǒng)主要承擔(dān)滑臺(tái)的加減速驅(qū)動(dòng)功能。液壓伺服系統(tǒng)的隨動(dòng)性使輔助驅(qū)動(dòng)作用不會(huì)影響滾珠絲杠的精密定位功能，使工作臺(tái)滾珠絲杠的驅(qū)動(dòng)力矩有效減小，提高了動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)剛度。所以，本文認(rèn)為由滾珠絲杠和液壓缸共同組成的復(fù)合進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)將進(jìn)給定位與驅(qū)動(dòng)伺服分開考慮又協(xié)調(diào)一致的新思想是一種改變高速進(jìn)給工作臺(tái)動(dòng)態(tài)定位驅(qū)動(dòng)控制的方法，液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與滾珠絲杠定位系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)同步協(xié)調(diào)控制是復(fù)合進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

2 進(jìn)給工作臺(tái)同步控制

　　進(jìn)給工作臺(tái)同步控制技術(shù)問題決定著整個(gè)進(jìn)給工作臺(tái)的綜合動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。但與滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)滯后和延時(shí)，這會(huì)嚴(yán)重影響兩個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)控制。為此，采取了多項(xiàng)措施保證兩者的動(dòng)態(tài)同步誤差保持在一定允許范圍內(nèi)。

　　首先，對(duì)液壓伺服系統(tǒng)進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)跟蹤響應(yīng)設(shè)計(jì)，滿足動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性要求；其次，為保證兩個(gè)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)同步，由控制器輸出兩路有嚴(yán)格同步要求的控制信號(hào)，分別提供給兩個(gè)伺服系統(tǒng)，以滿足同步的要求；再者，為克服液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身響應(yīng)滯后的影響，研究在液壓伺服系統(tǒng)控制方法中增加有效控制環(huán)節(jié)，來滿足兩者的同步跟蹤精度要求問題。

　　復(fù)合伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給工作臺(tái)同步控制系統(tǒng)由進(jìn)給工作滑臺(tái)、滾珠絲杠副、聯(lián)軸器、伺服電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、工控機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)控制器、電液比例閥、電磁換向閥、流體壓力傳感器、溢流閥、油泵、液壓缸M1和作用力傳感器等組成。

　　復(fù)合進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理為：當(dāng)由工控機(jī)發(fā)出進(jìn)給工作臺(tái)快速向前移動(dòng)指令時(shí)，通過接口電路將加速控制信號(hào)同時(shí)送到伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和液壓伺服控制器中，伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)進(jìn)給工作臺(tái)加速移動(dòng)；同時(shí)，液壓伺服控制器通過電液比例閥和電磁換向閥驅(qū)動(dòng)液壓缸，由液壓缸經(jīng)過作用力傳感器驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)給。通過作用力傳感器中信號(hào)的大小和方向，能使復(fù)合進(jìn)給伺服系統(tǒng)及時(shí)獲得兩個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的同步運(yùn)行信號(hào)，從而能及時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整伺服系統(tǒng)。伺服電動(dòng)機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)主要起到驅(qū)動(dòng)進(jìn)給定位控制作用和部分的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)作用，而伺服液壓缸的伺服驅(qū)動(dòng)主要起到輔助伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)作用，以有效地減小滾珠絲杠副在進(jìn)給工作臺(tái)加速過程中承擔(dān)的驅(qū)動(dòng)力，從而可有效地減小滾珠絲杠副的發(fā)熱和磨損。由于液壓伺服系統(tǒng)的延時(shí)、回滯和低通濾波作用，使控制器單元輸出的控制信號(hào)從液壓伺服控制器到電液比例閥和電磁換向閥，再到液壓缸將會(huì)產(chǎn)生較大的輸出失真，使伺服液壓缸輸出的伺服驅(qū)動(dòng)力的變化特性與交流伺服電動(dòng)機(jī)輸出的加減速曲線變化特性不相吻合。因而需要對(duì)液壓伺服系統(tǒng)采取有效的動(dòng)態(tài)自動(dòng)矯正措施，使這兩種伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的不同步誤差限定在允許的范圍之內(nèi)，確實(shí)能減小滾珠絲杠副在進(jìn)給工作臺(tái)加減速過程中承受的驅(qū)動(dòng)力，這也是實(shí)現(xiàn)兩者協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3 結(jié)語

　　電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)速度與伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出響應(yīng)速度之間有一定的響應(yīng)誤差，但因?yàn)闈L珠絲杠定位系統(tǒng)的確定性與電液伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)和定位的不確定性，恰好使后者既能起到有效減小進(jìn)給工作滑臺(tái)、滾珠絲杠在加減速過程中承受的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力，又不干涉滾珠絲杠對(duì)滑臺(tái)移動(dòng)的準(zhǔn)確定位控制。所以只要使兩者動(dòng)態(tài)響應(yīng)定位的不同步性限定在一個(gè)小的允許范圍內(nèi)就可以保證兩種驅(qū)動(dòng)的一致性。改善高速進(jìn)給工作臺(tái)的整體動(dòng)態(tài)性能是有效改善高速進(jìn)給工作臺(tái)綜合性能的一條可行的實(shí)用途徑。