复合伺服驱动高速进给工作台研究

　　高速高精度加工要求现代机床设备的动态同步跟踪响应速度越来越高，加工速度和加工精度要求不断提高，其动态定位响应精度要求也不断提高，大的切削量要求机床设备有更高的刚度。这样就需要增加滚珠丝杠的几何尺寸和伺服电动机的驱动功率，使滚珠丝杠副的磨损情况也更加严重，大大影响了机床设备加工精度的稳定性。为有效改善进给工作台滚珠丝杠副的伺服驱动运行状态，有效保持滚珠丝杠的精度稳定性。本文提出了复合伺服进给工作台的伺服控制方法。

1 高速复合伺服进给工作台工作原理

　　在一般进给速度的滚珠丝杠副驱动工作台驱动系统中，滚珠丝杠副伺服驱动控制系统是起到两个作用：既要完成对进给工作台的精密定位控制，又要完成对进给工作台的加减速驱动控制。进给工作台加减速驱动控制下滚珠丝杠的磨损情况直接影响滚珠丝杠的精密定位精度。但是，在高速进给工作台驱动系统中，对进给工作台滑板的加减速驱动控制，将使滚珠丝杠驱动系统受到很大的动态变化的驱动力，并且，速度变化越大，受到的动态驱动力越大，产生的摩擦力就越大。这一现象造成的直接后果是加速滚珠丝杠定位槽的磨损，从而造成其精密定位精度的下降，进而使进给工作台的进给定位精度下降。并且，工作台质量越大，滚珠丝杠副的磨损越严重。为克服上述问题，本文采用一种新型工作台复合进给驱动控制系统，如图1所示。

图1新型工作台复合进给驱动控制方案

　　该驱动控制系统主要由进给工作台的机械结构和进给伺服驱动控制两大部分组成。机械结构部分主要由滚珠丝杠主进给伺服驱动装置和液压辅助进给伺服驱动装置两部分组成；进给驱动控制部分主要由滚珠丝杠主驱动控制装置及进给控制器单元和液压缸辅助驱动控制装置及进给控制器两部分组成。滚珠丝杠主驱动装置主要承担进给定位任务，液压辅助驱动装置主要承担进给驱动任务；主辅驱动控制装置主要承担两种驱动方式的控制作用，进给控制器单元主要完成对两种驱动方式的分别同步控制作用。

　　为有效地改善高速进给工作台滚珠丝杠恶劣的工作状况，提高进给工作台定位精度保持特性，本文采取将滚珠丝杠副的定位功能与加减速驱动功能部分分离的方法，来改善工作台的整体动态性能。由滚珠丝杠副主要完成精密定位功能，由起辅助驱动作用的液压伺服系统主要承担滑台的加减速驱动功能。液压伺服系统的随动性使辅助驱动作用不会影响滚珠丝杠的精密定位功能，使工作台滚珠丝杠的驱动力矩有效减小，提高了动态驱动刚度。所以，本文认为由滚珠丝杠和液压缸共同组成的复合进给驱动伺服系统将进给定位与驱动伺服分开考虑又协调一致的新思想是一种改变高速进给工作台动态定位驱动控制的方法，液压伺服驱动系统与滚珠丝杠定位系统之间的动态同步协调控制是复合进给伺服驱动系统的关键技术。