开放式中凸变椭圆活塞车削加工研究

摘要

活塞是发动机的关键部件，而由于活塞工作条件的特殊性及材料的限制，大大增加活塞加工的难度。考虑到活塞工作在高温高压的环境下，容易受热膨胀变形，活塞截面形状通常设计成中凸变椭圆截面。由于中凸变椭圆截面的不标准性，每个截面都不一样，使活塞加工难度大大增加。为降低加工难度及减少成本，国内外都加大投入研发非圆截面加工机床。
　　本文针对中凸变椭圆截面活塞加工现状，提出一种新的“软靠模”方法，即以主轴旋转角度和直线电机伺服驱动配合，实现中凸变椭圆活塞加工。本文以上位机PC+运动控制器ACR9000结构模型，研制一种开放式数控活塞加工车床控制体系。
　　论文主要内容如下：
　　1）根据中凸变椭圆活塞形状特点，对活塞形状结构进行数学描述，根据活塞加工厂提供的离散加工数据，通过 MATLAB拟合活塞型线。深入分析中凸变椭圆成型运动原理，以主轴转角对应直线电机相应的进给量，建立一个二维数表，刀具只要在允许误差内通过数表上的点就可以加工出符合要求的活塞。
　　2）提出开放式数控机床的设计思想，以运动控制器ACR9000代替之前PMAC卡控制的数控机床，并重新设计了电路接线部分，详细介绍了运动控制器 ACR9000基本功能及连接伺服控制系统，完成PLC辅助控制的设计，实现开放式数控车削硬件平台的搭建。
　　3）设计了基于运动控制器ACR9000的开放式数控系统，以PC+ACR9000双CPU控制模式，充分利用Windows平台，发挥资源配置优势。完成开放式数控软件系统各功能模块设计及人机界面设计。
　　4）高频响直线伺服刀架是中凸变椭圆活塞加工的关键部件，采用经验借鉴法对伺服刀架进行数学建模，运用 MATLAB软件对数学模型分析，并采用自适应模糊 PID控制，对控制系统的PID参数进行自适应整定。

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第1章 绪论

1.1本课题的来源和背景

1.2 活塞外圆车削技术的发展过程

1.3开放式数控系统发展简介

1.4开放式活塞数控加工的国内外研究现状

1.5课题研究意义

1.6 课题研究内容

1.7本章小结

第2章 中凸变椭圆活塞型线数学分析

2.1中凸变椭圆活塞型线的形成

2.2中凸变椭圆活塞工程简介

2.3离散数据拟合

2.4活塞裙部轮廓数学经验公式描述

2.5活塞裙部数据处理

2.6活塞裙部成形加工原理

2.7活塞横截面型线数据验证

2.8本章小结

第3章 开放式中凸变椭圆活塞数控系统硬件设计

3.1开放式数控系统简介

3.2基于PC+运动控制器的开放式数控体系

3.3ACR9000多轴运动控制器

3.4开放式活塞数控车床主要硬件

3.5 电气线路系统结构

3.6开放式活塞数控车床PLC控制设计

3.7插补算法

3.8本章小结

第4章 开放式中凸变椭圆数控车床系统软件设计

4.1开放式数控车削系统软件结构总体方案

4.2软件系统各功能模块实现

4.3人机交互界面设计

4.4本章小结

第5章 开放式中凸变椭圆活塞车削控制系统及模型仿真

5.1中凸变椭圆活塞控制体系

5.2直线伺服刀架系统建模

5.3直线伺服刀架的控制

5.4 MATLAB/Simulink模拟仿真

5.5本章小结

结论与展望

1、结论

2、改进之处及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果

致谢

附录