基于非圆截面零件加工的数控车床研制

摘要

活塞是内燃发动机的关键部件之一。为防止在高温、高压下工作的活塞发生敲缸和拉缸，提高其使用寿命和工作性能，活塞常被设计成中凸变椭圆。然而，中凸变椭圆活塞给实际制造带来了很大困难。传统采用硬靠模技术的机床不能适应高速度、高精度、多变化的生产要求。 针对现有活塞加工机床存在的不足，本文提出了一种非圆活塞数控车床方案，其中采用了直线电机作为X轴进给机构，且应用PMAC的电子凸轮功能代替传统的硬靠模。应用此方案研制了一台非圆活塞数控车床样机，并在此车床上验证了非圆活塞加工的可行性。 论文内容主要包括： 1、通过对非圆活塞加工原理分析，指出了非圆活塞数控切削加工关键在于机床X轴运动必须跟随工件的回转运动，按椭圆横截面的要求在X轴作快速的往复运动。因此设计了采用直线电机作为X轴进给机构和采用基于“电子靠模”原理的非圆活塞数控车床的总体结构方案。 2、分析了中凸变椭圆活塞加工对机床机械结构的要求，在旧机床基础上，对机床机械结构进行了设计和改造，重点设计了X轴的直线电机伺服进给机构。 3、设计了基于PC的开放式数控系统，采用了PMAC+IPC双CPU的结构方案，将控制系统的开发平台直接构筑于IPC的软硬件之上，充分利用了IPC现有的软硬件资源，由下位的PMAC卡完成插补、位置控制等实时任务，IPC完成非实时性的任务。 4、在原理样机上，应用PMAC时基控制功能进行非圆活塞加工实验。实验结果证明通过合理的调节PMAC的PID＋速度/加速度前馈控制算法的参数，可使直线电机伺服系统精确的跟随主轴的高速旋转运动，加工出非圆工件。