基于双刀架进给机构的活塞车削技术-论文.pdf

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1、2014年6月西北工业大学学报June2014第32卷第3期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVo1．32No．3基于双刀架进给机构的活塞车削技术辛红敏，史耀耀，颉潭成，张建国，孙鹏程，1．西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安710072＼I2．河南科技大学机电工程学院，洛阳471003／摘要：活塞是内燃机的关键零部件，外形一般为中凸变椭圆形，横截面为椭圆形，其中横截面是h．x-中的难点。在单刀架进给机构的基础上，设计了双刀架进给机构，分别为W-Y--位刀架和直线刀架。

2、直线刀架由高频率的直线电机驱动，进行活塞横截面的车削h．x-。最后将Matlab工具处理的活塞数据与活塞h_v-软件处理的数据对比，证明基于双刀架进给机构的数控车削技术能满足活塞h_v-的精度要求，从而解决了单刀架进给机构进给频率低，加工平稳性差的问题。关键词：控制器，成本降低，内燃机，车削，机床，MATALAB，发动机，活塞，可靠性，稳定性，中凸变椭圆，双刀架进给机构，直线电机中图分类号：TH6文献标志码：A文章编号：1000-2758(2014)03-0457．07活塞是发动机的核心部件，其轴截面为中凸形，线数据的输入和修改可以直接在计算

3、机中进行操横截面为椭圆形，且在轴向上每个横截面的椭圆度作，径向进给系统选用直线电机，z轴选用普通伺服不尽相同，由于活塞外形不同于传统的回转体零件，电机，工件的形线轮廓误差为0．01ITIm。湖南长沙单靠车床主轴的旋转，主轴的单次进给不能加工出一派数控机床有限公司研制的ECK2320数控活塞其外形，要加工出活塞的外形必须在主轴高速旋转异形外圆车床，采用运动控制卡控制z轴、轴、主的前提下，车刀不停地做高频的进给。其中横截面轴的运动，轴可实现直线插补，、z轴可联动。国的加工是活塞加工中的难点，要想加工出符合要求内对此项技术进行的大量研究，执行机构都

4、普遍采的活塞，通用数控车床已经不能满足其要求，必须采用单刀架进给系统，由直线电机驱动，因其推力小，用专用的中凸变椭圆活塞数控车床。线性和动态特性差，与国外同行业的机床还有很大国外早在2O世纪8O年代已经开始了此项技术差距。基于此种情况，本文在单刀架进给机构的基的研究，1987美国CROSS．CO．公司研制出了一套独础上，提出双刀架进给机构，不仅能降低由于进口机特的应用于活塞加工的软件系统，此项创新开创了床增加的成本，而且能保证活塞加工的平稳性，保持活塞加工的新工艺，标志着活塞加工新时代的到来。加工的精度。此后，CROSS．CO公司又推出PTM

5、-2000T和PTM．3000专用活塞数控车床j。紧接着日本、德国、美1中凸变活塞形线数学描述方法国等也相继开展了活塞数控加工设备的研发。国内此项技术进行最早的是清华大学以王先逵教授为核由于中凸变活塞形线的复杂性，没有统一的方心的科研团队，早在1988年就研制出了中凸变椭圆程可描述，一般取形面上一些离散的点进行活塞CNC车床_2_3_，1995年清华大学分别与广州机表示。床厂、安阳机床厂联合研发了2台活塞数控车床J。1．1中凸变活塞轴截面形线数学描述1990年长沙国防科技大学研制了由TP801单板机中凸变椭圆活塞轴截面内形线一般以一些离散控制

6、的样机J，该系统采用486作为主机，活塞的型收稿日期：2013—10．28基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项基金(2013ZX04001081)资助作者简介：辛红敏(1979一)，女，西北工业大学博士研究生，主要从事现代集成制造技术研究。·458·西北工业大学学报第32卷的点给出J，轴向坐标用表示，纵向半径用_y来表△的过程中，刀具以变速度沿径向运动，当旋转到示，轴截面内的无数个点便可表示成(。，Y。)，(z，角度A0时，刀具必须同时走到对应的等分点处，通Y)，⋯，(一，Y)，(，Y)如图1a)所示。过分析可看出，从0。到4

7、5。的旋转期间，相邻等分点中凸变椭圆活塞每一个横截面的椭圆度用字母之间的径向距离越来越大，电机必须加速运动，加速G表示，G即为椭圆长轴与短轴之差。G的大小沿裙度。为正值。从45。到90。的旋转期间，相邻等分点高呈线性变化，如图1a)中G表示中凸变活塞裙上之间的径向距离越来越小，直线电机必须不断减速，部的椭圆度，G下表示中凸变活塞裙下部的椭圆度，加速度口为负值，到9O。时，速度减到零。从90。到G、G下两部分的线性变化系数分别为。、jc。G。为180。的旋转期间，电机做退回运动，过程与0。到9O。长轴直径最大处的椭圆度。通常利用长轴尺寸的不相同

8、。180。到360。与0。到180。的运动相同。断变化来形成不同的椭圆度，所以图1中_y代表椭圆在活塞横截面形线车削成型中，若主轴转速为长轴的半径值。n(r／rai