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

1 高速復合伺服進給工作臺工作原理

　　在一般進給速度的滾珠絲杠副驅(qū)動工作臺驅(qū)動系統(tǒng)中，滾珠絲杠副伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)是起到兩個作用：既要完成對進給工作臺的精密定位控制，又要完成對進給工作臺的加減速驅(qū)動控制。進給工作臺加減速驅(qū)動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，在高速進給工作臺驅(qū)動系統(tǒng)中，對進給工作臺滑板的加減速驅(qū)動控制，將使?jié)L珠絲杠驅(qū)動系統(tǒng)受到很大的動態(tài)變化的驅(qū)動力，并且，速度變化越大，受到的動態(tài)驅(qū)動力越大，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，進而使進給工作臺的進給定位精度下降。并且，工作臺質(zhì)量越大，滾珠絲杠副的磨損越嚴重。為克服上述問題，本文采用一種新型工作臺復合進給驅(qū)動控制系統(tǒng).

　　該驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由進給工作臺的機械結構和進給伺服驅(qū)動控制兩大部分組成。機械結構部分主要由滾珠絲杠主進給伺服驅(qū)動裝置和液壓輔助進給伺服驅(qū)動裝置兩部分組成；進給驅(qū)動控制部分主要由滾珠絲杠主驅(qū)動控制裝置及進給控制器單元和液壓缸輔助驅(qū)動控制裝置及進給控制器兩部分組成。滾珠絲杠主驅(qū)動裝置主要承擔進給定位任務，液壓輔助驅(qū)動裝置主要承擔進給驅(qū)動任務；主輔驅(qū)動控制裝置主要承擔兩種驅(qū)動方式的控制作用，進給控制器單元主要完成對兩種驅(qū)動方式的分別同步控制作用。

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

2 進給工作臺同步控制

　　進給工作臺同步控制技術問題決定著整個進給工作臺的綜合動態(tài)響應性能。但與滾珠絲杠驅(qū)動系統(tǒng)相比，液壓驅(qū)動系統(tǒng)的響應會出現(xiàn)滯后和延時，這會嚴重影響兩個伺服驅(qū)動系統(tǒng)的同步協(xié)調(diào)控制。為此，采取了多項措施保證兩者的動態(tài)同步誤差保持在一定允許范圍內(nèi)。

　　首先，對液壓伺服系統(tǒng)進行快速動態(tài)跟蹤響應設計，滿足動態(tài)響應特性要求；其次，為保證兩個伺服系統(tǒng)驅(qū)動的協(xié)調(diào)同步，由控制器輸出兩路有嚴格同步要求的控制信號，分別提供給兩個伺服系統(tǒng)，以滿足同步的要求；再者，為克服液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)本身響應滯后的影響，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。

　　復合伺服驅(qū)動進給工作臺同步控制系統(tǒng)由進給工作滑臺、滾珠絲杠副、聯(lián)軸器、伺服電動機、電動機驅(qū)動器、工控機、液壓驅(qū)動控制器、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。

　　復合進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理為：當由工控機發(fā)出進給工作臺快速向前移動指令時，通過接口電路將加速控制信號同時送到伺服電動機驅(qū)動器和液壓伺服控制器中，伺服電動機通過滾珠絲杠副驅(qū)動進給工作臺加速移動；同時，液壓伺服控制器通過電液比例閥和電磁換向閥驅(qū)動液壓缸，由液壓缸經(jīng)過作用力傳感器驅(qū)動工作臺進給。通過作用力傳感器中信號的大小和方向，能使復合進給伺服系統(tǒng)及時獲得兩個進給伺服系統(tǒng)的同步運行信號，從而能及時動態(tài)地調(diào)整伺服系統(tǒng)。伺服電動機的伺服驅(qū)動主要起到驅(qū)動進給定位控制作用和部分的進給驅(qū)動作用，而伺服液壓缸的伺服驅(qū)動主要起到輔助伺服進給驅(qū)動作用，以有效地減小滾珠絲杠副在進給工作臺加速過程中承擔的驅(qū)動力，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、回滯和低通濾波作用，使控制器單元輸出的控制信號從液壓伺服控制器到電液比例閥和電磁換向閥，再到液壓缸將會產(chǎn)生較大的輸出失真，使伺服液壓缸輸出的伺服驅(qū)動力的變化特性與交流伺服電動機輸出的加減速曲線變化特性不相吻合。因而需要對液壓伺服系統(tǒng)采取有效的動態(tài)自動矯正措施，使這兩種伺服驅(qū)動系統(tǒng)之間的不同步誤差限定在允許的范圍之內(nèi)，確實能減小滾珠絲杠副在進給工作臺加減速過程中承受的驅(qū)動力，這也是實現(xiàn)兩者協(xié)調(diào)控制的關鍵技術之一。

3 結語

　　電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)的輸出響應速度與伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)輸出響應速度之間有一定的響應誤差，但因為滾珠絲杠定位系統(tǒng)的確定性與電液伺服系統(tǒng)的快速響應和定位的不確定性，恰好使后者既能起到有效減小進給工作滑臺、滾珠絲杠在加減速過程中承受的實際驅(qū)動力，又不干涉滾珠絲杠對滑臺移動的準確定位控制。所以只要使兩者動態(tài)響應定位的不同步性限定在一個小的允許范圍內(nèi)就可以保證兩種驅(qū)動的一致性。改善高速進給工作臺的整體動態(tài)性能是有效改善高速進給工作臺綜合性能的一條可行的實用途徑。