多軸聯(lián)動(dòng)是 數控機床與普通機床的本質(zhì)區別。閥門(mén)機床在多軸聯(lián)動(dòng)高速加工過(guò)程中，各進(jìn)給軸絕大多數時(shí)間處在頻繁加減速運動(dòng)狀態(tài)下，勻速運動(dòng)所占比例很小，而且各軸之間的運動(dòng)狀態(tài)和運動(dòng)性能又各不相同，這就導致對多軸聯(lián)動(dòng)過(guò)程的目標軌跡控制變得困難。因此，在高速高加速運動(dòng)下實(shí)現聯(lián)動(dòng)控制是 數控機床面臨的主要挑戰，下面主要從機械系統、伺服驅動(dòng)系統和數控系統3個(gè)方面闡述其聯(lián)動(dòng)控制的核心技術(shù)問(wèn)題。
機械系統是 聯(lián)動(dòng)控制的對象，作為機床傳動(dòng)、支撐和導向的主體，在結構上主要有單直線(xiàn)軸、轉擺臺、轉擺頭、結構禍合多直線(xiàn)軸等多種形式，組成上主要包括基礎大件、移動(dòng)部件和各類(lèi)動(dòng)靜結合部，其系統動(dòng)態(tài)特性取決于各種組成零部件動(dòng)態(tài)特性及各類(lèi)動(dòng)靜結合部的物理特性，而其特性好壞又直接決定了伺服進(jìn)給系統的控制性能。在高速高加速條件下，三面車(chē)床系統結構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載的變化，都會(huì )造成機械系統動(dòng)態(tài)特性較準靜態(tài)發(fā)生改變。
因此，機械環(huán)節面臨的核心問(wèn)題是 要分析系統零部件和動(dòng)靜結合部在不同位移/姿態(tài)和運動(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)現系統全工作狀態(tài)下的動(dòng)力學(xué)性能定量計算與分析，進(jìn)而對機械系統結構形式、零部件布局和尺寸參數以及裝配過(guò)程參數等進(jìn)行主動(dòng)設計。
伺服驅動(dòng)系統是 進(jìn)給系統的能量輸入環(huán)節，是 實(shí)現進(jìn)給系統運動(dòng)的動(dòng)力源。由于電機結構非線(xiàn)性和驅動(dòng)電路非線(xiàn)性，直線(xiàn)電機及旋轉伺服電機輸出的力矩并不是 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(chǎng)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)給系統的跟隨誤差受到數控指令頻寬、伺服系統帶寬以及伺服參數的共同影響，僅靠調整伺服參數無(wú)法減小跟隨誤差和其運動(dòng)性能。此外，在多軸聯(lián)動(dòng)加工場(chǎng)合，由于各軸的伺服特性、機械特性各不相同，數控系統分配給各軸的指令也不相同，導致各軸跟隨誤差不協(xié)調，造成聯(lián)動(dòng)精度下降。
因此，伺服驅動(dòng)系統面臨的核心問(wèn)題是 研究電機結構非線(xiàn)性(磁鏈諧波、三相繞組不對稱(chēng)、繞組匝間短路故障、齒槽效應及直線(xiàn)電機特有的端部效應等)和驅動(dòng)電路存在非線(xiàn)性(三相驅動(dòng)電壓不對稱(chēng)、寄生電容、死區效應以及電流傳感器反饋誤差等)因素對電機力/力矩特J睦的影響機制，提出基于諧波特征的補償策略，實(shí)現中間解禍，并根據位移波動(dòng)的允差設計出控制策略。另外，需研究加減速段伺服進(jìn)給系統跟隨誤差的形成機制，提出相應的伺服控制方法，提高單軸控制精度和多軸聯(lián)動(dòng)精度。
數控系統是 數控機床的控制核心，是 實(shí)現前瞻、加減速和插補、規劃進(jìn)給速度以及輸出控制指令的中 樞。傳統插補器是 基于恒進(jìn)給速度設計，加速度不連續，易對伺服進(jìn)給系統產(chǎn)生沖擊，引起系統振動(dòng)。為了生成平滑的指令速度和加速度，以樣條插補技術(shù)和小線(xiàn)段連續插補技術(shù)為代表的加速度連續或限制插補技術(shù)了發(fā)展和應用。但是 ，這些方法沒(méi)有考慮到伺服進(jìn)給系統的特性和機械慣性作用，在高速高精場(chǎng)合下，伺服系統和機械系統無(wú)法準確及時(shí)復現指令輸入。因此，數控技術(shù)的核心問(wèn)題是 考慮伺服驅動(dòng)、進(jìn)給系統機械特性的速度規劃和聯(lián)動(dòng)控制策略，此外還需考慮結構禍合對各軸運動(dòng)的影響，通過(guò)分析加速度、慣性力與目標點(diǎn)軌跡偏差之間的關(guān)系，將加速度作為優(yōu)化目標，提出的速度規劃方法。
