在采礦、造船、水電、火電、核電、冶金、航空、重型機(jī)械制造等領(lǐng)域中，單機(jī)容量越來(lái)越大，其尺寸與質(zhì)量也隨之增加，往往長(zhǎng)、寬、高各達(dá)到數(shù)米以上，質(zhì)量達(dá)幾十噸以至于幾百?lài)�。這些工件不但尺寸大，而且精度要求也很高。并且在生產(chǎn)加工中，不允許產(chǎn)生廢品，免受重大經(jīng)濟(jì)損失。而數(shù)控龍門(mén)移動(dòng)式鏜銑床在重型機(jī)床中具有代表性，是實(shí)現(xiàn)大型工件五面體加工的理想設(shè)備。重型數(shù)控龍門(mén)移動(dòng)式鏜銑床示意圖如圖9～14所示．
但在重型龍門(mén)移動(dòng)式加工機(jī)床中，存在著不平衡受力問(wèn)題。由于龍門(mén)及其相配套的部件、橫梁及其配套的部件等大型組件并不總是形成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)與對(duì)稱(chēng)受力，再加上制造與安裝上的某些誤差的不一致性，以及在實(shí)際運(yùn)行中存在著難以預(yù)料的各種不確定性擾動(dòng)，所以在實(shí)際上盡管采用左、右完全相同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺報(bào)系統(tǒng)，最終還是不能保持龍門(mén)框架或橫梁移動(dòng)的平行性，這是由于框架立柱或橫梁兩端運(yùn)動(dòng)不同步所造成的。這樣，由于機(jī)械上的強(qiáng)耦合，將導(dǎo)致移動(dòng)部件發(fā)生微
扭斜，破壞了同步進(jìn)給，致使工件加工精度無(wú)法保證，甚至使大型加工件報(bào)廢，這是****不允許的。
這里所說(shuō)的同步進(jìn)給是指按所要求的精度和快速性，實(shí)現(xiàn)多個(gè)伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)的相對(duì)同步運(yùn)行(速度同步)或****同步運(yùn)行(位移或角度)或者要求速度位移實(shí)現(xiàn)雙重同步運(yùn)行。為了確保在動(dòng)態(tài)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)給，就要求各伺服機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)加速度也必須保持相同，只有這樣才能保證各伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的高度一致性。
解決機(jī)床中同步控制問(wèn)題當(dāng)前具有代表性的方案是：立柱兩邊各采用一套交流伺服電動(dòng)機(jī)，即所謂的雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，各自檢測(cè)與控制自身的加速度、速度和位移，即所謂的雙檢測(cè)方法。從整體上來(lái)看，就是采用雙電動(dòng)機(jī)、雙檢測(cè)的同步進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
龍門(mén)機(jī)床的橫梁，通常由兩根絲杠驅(qū)動(dòng)。當(dāng)?shù)都芑蛑鬏S箱不在橫梁中心點(diǎn)時(shí)，則絲杠的受力是不對(duì)稱(chēng)的，因而會(huì)發(fā)生橫梁的傾斜。這時(shí)要根據(jù)刀架或主軸箱所在的位置對(duì)兩邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，使之平衡。在只有一根絲杠的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，可以增設(shè)一套伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)這根絲杠所確定的橫梁傾斜方向的高或低，而使絲杠獲得相應(yīng)的多轉(zhuǎn)一點(diǎn)或少轉(zhuǎn)一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，從而使橫粱調(diào)整到水平，這就是一種自動(dòng)調(diào)平的方法。
大跨度龍門(mén)框架兩邊立柱不同步，將會(huì)通過(guò)橫梁或固定框架梁頂互相間產(chǎn)生機(jī)械耦合，可以采用檢測(cè)應(yīng)力的方法，補(bǔ)償控制立柱伺服系統(tǒng)。所以主要問(wèn)題可歸結(jié)為：①如何檢測(cè)不同步現(xiàn)象并能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償調(diào)整；②非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)與非對(duì)稱(chēng)受力的重型大跨度部件的雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與雙檢測(cè)方案，是當(dāng)前流行的先進(jìn)技術(shù)。當(dāng)前其可能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：當(dāng)龍門(mén)寬>2m時(shí)，同步誤差為O．01mm；當(dāng)龍門(mén)寬>7m時(shí)，同步誤差為0．025～O．035mm，當(dāng)誤差大于O 03mm時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)停止，
以保護(hù)設(shè)備和工件。
兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)若采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)．實(shí)行獨(dú)立控制，無(wú)法保證同步性能，甚至因龍門(mén)框架的二立柱問(wèn)存在機(jī)械耦合而造成設(shè)備損壞。為此，這里是采用改進(jìn)型的主一從同步驅(qū)動(dòng)方式。
圖9—15所示的同步控制系統(tǒng)是一種實(shí)用的雙驅(qū)動(dòng)元件主一從控制方案。
在這種情況下，這里采用所謂的速度／轉(zhuǎn)矩耦合控制方法。主動(dòng)Ac伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)定位控制，從動(dòng)Ac伺服電動(dòng)機(jī)則以主動(dòng)Ac伺服電動(dòng)機(jī)的位置控制器的輸出為速度控制指令，執(zhí)行速度控制。在兩個(gè)Ac伺服電動(dòng)機(jī)輸出中，獲得了同一個(gè)位置控制器控制定位和同樣的速度控制作用，而保持同步。如果因某種因素，兩驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出不同步，機(jī)械耦合機(jī)構(gòu)則會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形應(yīng)力和應(yīng)力扭矩，應(yīng)力扭矩測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后送到一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，其輸出根據(jù)應(yīng)力扭矩的符號(hào)+或一，分別附加到主、從伺服電動(dòng)機(jī)的速度指令上，改變電動(dòng)視的運(yùn)動(dòng)速度，從而保持同步運(yùn)行。以上就是所謂的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)充控制器，這是本系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)。以上是討論了Y，方同上縱向兩個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械耦合存在的情況下的同步控制問(wèn)題。另外，在X軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，如橫梁上附有主軸箱與刀架機(jī)構(gòu)等負(fù)載，其位置變化往往造成Y，軸的兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)軸上的等效慣量的改變。其中，從動(dòng)電動(dòng)機(jī)由于不具備
獨(dú)立定位的功能，因此，相對(duì)容易受到等效慣量的改變而影響性能，進(jìn)而影晌y軸的同步輸出響應(yīng)。系統(tǒng)中一般也設(shè)有負(fù)載動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電路(圖中并未畫(huà)出)。
同步進(jìn)給技術(shù)也常常用在大跨度行車(chē)驅(qū)動(dòng)中。行車(chē)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖9—16所示。行車(chē)控制系統(tǒng)的原理框圖如圖9—17所示．
由于行車(chē)的跨度大，所以在行車(chē)的兩側(cè)各裝有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。行車(chē)移動(dòng)時(shí)．兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)應(yīng)始終保持同步。如果只用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)兩側(cè)的輪子，則機(jī)樁傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要很復(fù)雜。若是用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單側(cè)輪子，另一側(cè)的輪子作為從動(dòng)運(yùn)動(dòng)，則可能出現(xiàn)很大的不平衡力，產(chǎn)生歪斜，使行車(chē)行走不穩(wěn)定。行車(chē)結(jié)構(gòu)中包括與電動(dòng)機(jī)相連的減速齒輪、導(dǎo)軌齒輪等，行車(chē)的輪子在平面導(dǎo)軌上移動(dòng)。如果采用兩臺(tái)Ac伺服電動(dòng)機(jī)分別對(duì)兩側(cè)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行伺服控制，使它們始終保持同步運(yùn)轉(zhuǎn)，則可以獲得較為理想的效果。這里采用了由電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)組成的三環(huán)控制方式。加給兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)指令信號(hào)完全相同，考慮到兩個(gè)回路位置控制環(huán)的參數(shù)的離散性，另外再加沒(méi)一個(gè)位置控制器，將兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的光電編碼器的輸出進(jìn)行比較后再對(duì)其中一個(gè)位置環(huán)進(jìn)行校正，形成校正環(huán)，這樣就可以保證兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)也完全同步運(yùn)行。應(yīng)該說(shuō)明，在大跨度行車(chē)的同步驅(qū)動(dòng)中，其同步誤差較大，不可與移動(dòng)式龍門(mén)鏜銑床中的同步誤差要求相比，機(jī)床中對(duì)誤差的要求是很小的。
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