销座孔加工设备控制系统及控制算法的研究

摘要

经济的发展，离不开能量转换。内燃机作为能量转换的主要装备，近年来得到了很快的发展。特别是近年来国内汽车工业的发展，内燃机的使用量越来越大，而且单个内燃机的输出功率、转速也在不断提高。活塞是内燃机的中枢部件，在内燃机中有着极其重要的地位。随着对内燃机输出功率和转速及排放标准的要求越来越高，活塞在设计和制造方面也有了很大的改变。
　　内燃机转速不断提高，输出功率不断增大，活塞承受的压力也不断上升。活塞销是活塞与曲轴连杆连接的支撑元件，当其受力时会产生弯曲，因此会引起载荷向的活塞销孔内侧应力集中。在不均匀的应力作用下，销孔内端容易产生裂纹，导致活塞过早的失效。为了解决这一问题，人们做了大量的研究和试验。研究发现将活塞销孔设计成轴截面为喇叭口、椭圆及二次曲线等异形可以有效消除应力集中现象。传统数控镗床在加工异型销孔时，镗刀不能实现自动的精确的径向调整，在加工喇叭口、椭圆及二次曲线等异形销孔时达不到工艺要求。异形销座孔是解决内燃机性能提高的关键，市场非常需要研究出快速方便的异形孔加工设备。市场竞争的加剧和客户对产品质量要求的提高，使得研发出能方便快速的完成异形孔加工的新型镗床成为当务之急。
　　根据客户实际机型的要求，结合销孔的轴截面曲线的理论研究、仿真和实验，本文以贝加莱的合作项目异形孔镗床控制系统设计为课题，进行了CNC系统的软硬件设计，并在实际设备上调试成功，并形成了批量生产。本文主要研究内容如下:
　　(1)在工艺要求和运行环境的基础上，利用现代控制技术及变频伺服技术，探讨异形孔加工镗床CNC控制系统设计的关键环节。
　　(2)针对非线性的径向移动镗杆镗刀系统，采用最小二乘法编写程序拟合升刀和降刀的曲线，实现镗刀的精确控制。
　　(3)根据系统要求，编写代码实现喇叭口、椭圆型及二次曲线异形孔的镗削加工。
　　(4)以贝加莱控制系统AS开发设计平台，采用可编程计算机控制器(PCC)及多功能伺服控制器(ACOPOS)，搭建异形孔镗床控制系统，利用CNC控制技术，实现活塞异形销孔快速精确的加工。