多軸聯(lián)動(dòng)是 數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的本質(zhì)區(qū)別。閥門機(jī)床在多軸聯(lián)動(dòng)高速加工過程中，各進(jìn)給軸絕大多數(shù)時(shí)間處在頻繁加減速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，勻速運(yùn)動(dòng)所占比例很小，而且各軸之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)性能又各不相同，這就導(dǎo)致對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)過程的目標(biāo)軌跡控制變得困難。因此，在高速高加速運(yùn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制是 數(shù)控機(jī)床面臨的主要挑戰(zhàn)，下面主要從機(jī)械系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)3個(gè)方面闡述其聯(lián)動(dòng)控制的核心技術(shù)問題。
機(jī)械系統(tǒng)是 聯(lián)動(dòng)控制的對(duì)象，作為機(jī)床傳動(dòng)、支撐和導(dǎo)向的主體，在結(jié)構(gòu)上主要有單直線軸、轉(zhuǎn)擺臺(tái)、轉(zhuǎn)擺頭、結(jié)構(gòu)禍合多直線軸等多種形式，組成上主要包括基礎(chǔ)大件、移動(dòng)部件和各類動(dòng)靜結(jié)合部，其系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性取決于各種組成零部件動(dòng)態(tài)特性及各類動(dòng)靜結(jié)合部的物理特性，而其特性好壞又直接決定了伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制性能。在高速高加速條件下，三面車床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的分布位置變化、移動(dòng)部件的速度和加速度變化和所受負(fù)載的變化，都會(huì)造成機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性較準(zhǔn)靜態(tài)發(fā)生改變。
因此，機(jī)械環(huán)節(jié)面臨的核心問題是 要分析系統(tǒng)零部件和動(dòng)靜結(jié)合部在不同位移/姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(速度、加速度)下所受到的移動(dòng)部件重力、加工切削力、預(yù)緊力、摩擦力和慣性力等多源力以及其物理行為特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全工作狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)性能定量計(jì)算與分析，進(jìn)而對(duì)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、零部件布局和尺寸參數(shù)以及裝配過程參數(shù)等進(jìn)行主動(dòng)設(shè)計(jì)。
伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是 進(jìn)給系統(tǒng)的能量輸入環(huán)節(jié)，是 實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。由于電機(jī)結(jié)構(gòu)非線性和驅(qū)動(dòng)電路非線性，直線電機(jī)及旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)輸出的力矩并不是 名義指令力矩，而是 存在多階干擾諧波成分。在高速高加速場合，進(jìn)給軸處于不斷加減速或頻繁換向狀態(tài)，此時(shí)伺服進(jìn)給系統(tǒng)的跟隨誤差受到數(shù)控指令頻寬、伺服系統(tǒng)帶寬以及伺服參數(shù)的共同影響，僅靠調(diào)整伺服參數(shù)無法減小跟隨誤差和其運(yùn)動(dòng)性能。此外，在多軸聯(lián)動(dòng)加工場合，由于各軸的伺服特性、機(jī)械特性各不相同，數(shù)控系統(tǒng)分配給各軸的指令也不相同，導(dǎo)致各軸跟隨誤差不協(xié)調(diào)，造成聯(lián)動(dòng)精度下降。
因此，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)面臨的核心問題是 研究電機(jī)結(jié)構(gòu)非線性(磁鏈諧波、三相繞組不對(duì)稱、繞組匝間短路故障、齒槽效應(yīng)及直線電機(jī)特有的端部效應(yīng)等)和驅(qū)動(dòng)電路存在非線性(三相驅(qū)動(dòng)電壓不對(duì)稱、寄生電容、死區(qū)效應(yīng)以及電流傳感器反饋誤差等)因素對(duì)電機(jī)力/力矩特J睦的影響機(jī)制，提出基于諧波特征的補(bǔ)償策略，實(shí)現(xiàn)中間解禍，并根據(jù)位移波動(dòng)的允差設(shè)計(jì)出控制策略。另外，需研究加減速段伺服進(jìn)給系統(tǒng)跟隨誤差的形成機(jī)制，提出相應(yīng)的伺服控制方法，提高單軸控制精度和多軸聯(lián)動(dòng)精度。
數(shù)控系統(tǒng)是 數(shù)控機(jī)床的控制核心，是 實(shí)現(xiàn)前瞻、加減速和插補(bǔ)、規(guī)劃進(jìn)給速度以及輸出控制指令的中 樞。傳統(tǒng)插補(bǔ)器是 基于恒進(jìn)給速度設(shè)計(jì)，加速度不連續(xù)，易對(duì)伺服進(jìn)給系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，引起系統(tǒng)振動(dòng)。為了生成平滑的指令速度和加速度，以樣條插補(bǔ)技術(shù)和小線段連續(xù)插補(bǔ)技術(shù)為代表的加速度連續(xù)或限制插補(bǔ)技術(shù)了發(fā)展和應(yīng)用。但是 ，這些方法沒有考慮到伺服進(jìn)給系統(tǒng)的特性和機(jī)械慣性作用，在高速高精場合下，伺服系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)無法準(zhǔn)確及時(shí)復(fù)現(xiàn)指令輸入。因此，數(shù)控技術(shù)的核心問題是 考慮伺服驅(qū)動(dòng)、進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械特性的速度規(guī)劃和聯(lián)動(dòng)控制策略，此外還需考慮結(jié)構(gòu)禍合對(duì)各軸運(yùn)動(dòng)的影響，通過分析加速度、慣性力與目標(biāo)點(diǎn)軌跡偏差之間的關(guān)系，將加速度作為優(yōu)化目標(biāo)，提出的速度規(guī)劃方法。
