活塞外部型面的加工精度對內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能琴市、油耗和廢氣排放有決定性影響灭西。活塞工作于高溫长恒、高壓和周期性沖擊的惡劣環(huán)境中聂帜，受力變形和熱變形非常嚴(yán)重且不均勻。為了使工作狀態(tài)下活塞的外部形狀能與圓柱形缸體相適應(yīng)北取，活塞在常溫下的外部形狀通常都設(shè)計為異型型面涡趟。其沿自身軸線剖面的形狀為近似腰鼓形，垂直于自身軸線剖面的形狀為近似橢圓形涯翠。為滿足使用要求呼泪，活塞外圓的加工方法一般為車削。而要車削出異型截面的活塞憔吉，傳統(tǒng)上采用機(jī)械靠模仿型方法宗窗。但靠模制造困難，易磨損肿讽，頻響低蛮埋，活塞換型難，嚴(yán)重制約了加工精度和加工效率的提高找田。近年來歌憨，國內(nèi)外都在研究將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于活塞外圓的加工着憨，并取得了很大進(jìn)展。我們研制的PTC系列活塞外圓數(shù)控車削系統(tǒng)务嫡，經(jīng)國內(nèi)近30家企業(yè)使用甲抖，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　1 活塞外圓數(shù)控車削系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)

　　活塞外形的輸入 如果采用一般數(shù)控程序描述活塞外形心铃，數(shù)控程序?qū)⑹铸嫶蠛蛷?fù)雜准谚。把垂直于活塞軸線、距活塞止口處的距離為Z的橫截面的最大直徑(一般垂直于銷孔軸線)D稱為截面的大徑于个，最小直徑(一般平行于銷孔軸線)d稱為該截面的小徑，E=D-d稱為該截面的橢圓度暮顺，形狀描述P稱為截面形式厅篓。活塞圖紙上用列表型值點(diǎn)的形式或數(shù)學(xué)公式的形式給出上述三組數(shù)據(jù)或函數(shù)為

　　D=f1(Z)捶码； E=f2(Z)羽氮； P=f3(Z，f)

　　式中：f表示橫截面外圓輪廓線上任意點(diǎn)P的向徑與大徑方向間的夾角惫恼。這些描述以分段形式給出舀美，每段區(qū)間連續(xù)光滑，區(qū)間連接處為跳變斷點(diǎn)垃燃。在我們的系統(tǒng)中玉桅，如果圖紙給出的是數(shù)學(xué)公式，則用戶可在函數(shù)列表中選擇或直接輸入函數(shù)公式介然，控制系統(tǒng)接受并檢查函數(shù)表達(dá)式的正確性掷锻、分段區(qū)間的完整性和函數(shù)值域的合理性：如果給出的是型值點(diǎn)，則檢查型值的合理性盗晨、分段區(qū)間的完整性和擬合函數(shù)值域的合理性蔑来，并根據(jù)型值點(diǎn)處于區(qū)間內(nèi)部的情況將擬合曲線向區(qū)間端點(diǎn)延伸。擬合函數(shù)采用兩端點(diǎn)自由形式的三次樣條献鬼，延伸段采用與首尾型值點(diǎn)斜率相同的兩直線段澈虱。最后將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)控數(shù)據(jù)，必要時與傳統(tǒng)數(shù)控指令進(jìn)行融合许夺，并將數(shù)控數(shù)據(jù)以圖形方式輸出表牲。輸出圖形與傳統(tǒng)活塞圖紙的表達(dá)形式相一致，便于用戶檢查與校對扼褪。

　　實現(xiàn)高頻響的途徑 普通數(shù)控系統(tǒng)的X軸的頻響為1Hz左右言秸，加速度為1g(重力加速度)左右，且受到機(jī)械爬行和反向間隙的影響迎捺。由于活塞為異型截面举畸，要求X軸的頻響為120Hz以上查排，加速度為9g以上，因此必須增加一個與X軸平行的高頻響的第二個X軸抄沮，我們稱此軸為直線軸跋核。我們采用音圈式直線電動機(jī)及直線伺服部件作為直線軸的無間隙傳動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，頻響高于135Hz叛买，加速度大于13g砂代，滿足了車削異型截面的要求。

　　高分辨率的實現(xiàn)方法 普通數(shù)控系統(tǒng)的X軸的控制精度為微米級率挣，而活塞橫截面大徑附近的控制精度要求在亞微米級刻伊，采用傳統(tǒng)的控制方法不能滿足要求。由于活塞橫截面上直線軸的相對位移小于±0.5mm椒功，所以我們采用12或16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器來控制直線軸相對X軸的位移捶箱，滿足了控制精度要求。

　　高頻響四軸聯(lián)動的控制方法 如果采用普通具有伺服主軸的四軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)硫舞，不僅成本太高相脱，而且不能滿足控制的實時性要求。如主軸每轉(zhuǎn)過1°對直線軸控制1次铅惋，則控制頻率應(yīng)高于15kHz绅拢，普通數(shù)控是無法達(dá)到的。我們對X軸和Z軸采用了通用數(shù)控系統(tǒng)的控制方法泪滥，而主軸轉(zhuǎn)角和直線軸的聯(lián)動采用了轉(zhuǎn)角為主濒聪，雙軸聯(lián)動的方法。主軸上安裝有主軸編碼器园凫，計算機(jī)通過中斷方式檢測主軸的轉(zhuǎn)角萌小，中斷處理程序根據(jù)主軸轉(zhuǎn)角、Z軸和X軸的當(dāng)前位置控制直線軸滚曾。這樣既滿足了四軸聯(lián)動和實時性要求狱心，又可以使用一般主軸而不必采用伺服主軸。在這種思想指導(dǎo)下制依，控制系統(tǒng)還可以進(jìn)一步簡化：由于活塞外輪廓表面的最大直徑和最小直徑之差一般小于2mm音诫，活塞的加工為流水線大批量生產(chǎn)，可以用手動X軸調(diào)整一批活塞的最大直徑雪位，用直線軸控制刀尖相對于最大直徑的相對位移竭钝，而在加工過程中不控制X軸，就可滿足絕大部分活塞的加工要求雹洗。

　　這樣香罐，在通用車床的Z軸上再安裝一位置檢測編碼器，由計算機(jī)根據(jù)主軸轉(zhuǎn)角和Z軸位置控制直線軸，就可完成對活塞外輪廓的加工庇茫。在這種情況下港粱，主軸和Z軸都可以采用普通交流電動機(jī)驅(qū)動，X軸通過手柄調(diào)整旦签，系統(tǒng)成本可大幅度降低查坪。

　　直線軸控制參數(shù)的調(diào)整方法 對于直線軸，經(jīng)掃頻和系統(tǒng)辨識可得到其動力學(xué)模型為一個近似的二階系統(tǒng)宁炫，用傳遞函數(shù)表示為 y(s) = k u(s) T2s2+2Tzs+1

　　式中：u為加在控制端的輸入電壓偿曙，y為直線軸的位移，k為靜剛度羔巢，T為時間常數(shù)附直，Z為阻尼比。對直線軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)設(shè)計霹早，合理選擇伺服部件的靜剛度和運(yùn)動部分的質(zhì)量矢锯，可以得到滿足使用要求的時間常數(shù)T和靜剛度k。由于阻尼系數(shù)的動態(tài)性能有決定性影響爬韧，所以如果z過小篱掌，則其階躍響應(yīng)振蕩次數(shù)多锦列，超調(diào)量大奏喜，影響工件的輪廓度和表面粗糙度。機(jī)械部件調(diào)整阻尼比難于實現(xiàn)誊预，我們通過在直線軸的運(yùn)動件上安裝速度傳感器效益，由電子線路為系統(tǒng)提供適當(dāng)?shù)淖枘岜取＿@樣不僅容易實現(xiàn)寡瘩，而且調(diào)整范圍寬缔道，阻尼比穩(wěn)定，調(diào)整方法簡單管书。

　　解決光電隔離的時間延遲與高控制頻率間的矛盾 由于數(shù)控系統(tǒng)要工作在工業(yè)生產(chǎn)線上享甸，我們對所有輸入輸出信號都進(jìn)行了光電隔離。但由于系統(tǒng)控制頻率高梳侨，簡單地采用普通光電隔離器件不能滿足使用要求蛉威。我們采用了脈沖展寬(通過74LS221)、高速光耦(6N137)走哺、時間片復(fù)用蚯嫌、可重入中斷處理程序等一系列技術(shù)措施，保證了對控制的實時性要求丙躏。

　　2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　采用486以上工業(yè)控制機(jī)择示，通過帶8路中斷的32路數(shù)字量輸入和32路數(shù)字量輸出接口板，完成對機(jī)床操作面板和機(jī)床工作狀態(tài)的監(jiān)測與控制：通過4路D/A板和數(shù)字量接口板完成對直線軸、主軸變頻器和伺服軸的控制：通過3路定時器板完成系統(tǒng)的各種定時栅盲。圖中主軸的轉(zhuǎn)速控制可為變頻調(diào)速汪诉、雙速電動機(jī)、普通電動機(jī)加手柄變速等：X伺服軸可有可無剪菱，無X軸時由手柄調(diào)整：Z軸可為交流或直流伺服摩瞎、步進(jìn)電動機(jī)、普通交流電動機(jī)等渗某。硬件系統(tǒng)的配置情況磕糙，包括脈沖當(dāng)量、加減速時間折焙、插補(bǔ)允差晶睦、控制方式、機(jī)床操作面板的信號分配情況和信號的有效極性等层漠，可通過系統(tǒng)的配置文件進(jìn)行調(diào)整爱茫，系統(tǒng)根據(jù)配置文件決定對各個軸的控制方式并完成控制過程。系統(tǒng)配置時應(yīng)使各部件在失電涨旨、斷開慰沸、失效時提供給控制機(jī)的輸入信號為無效狀態(tài)。

　　3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

　　控制軟件運(yùn)行于保護(hù)模式槽叮，用PASCAL磷像、匯編和C語言混合編制，多窗口交互式工作方式津贩。在平時進(jìn)行加工時邦匆，既可用鍵盤操作，也可用機(jī)床操作面板操作尝江。用戶界面為漢字界面涉波，而目前的大多數(shù)漢字系統(tǒng)都采用了直接寫屏技術(shù)，直接寫屏的刷新由中斷級別最高的1NT8完成炭序。屏幕刷新時間需要數(shù)百微秒啤覆，這對控制的實時性要求為數(shù)十微秒的系統(tǒng)是不能允許的。因此惭聂，在實際加工過程中窗声，應(yīng)對1NT8進(jìn)行屏蔽或替換，取消漢字系統(tǒng)的動態(tài)刷新彼妻，才能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行嫌佑。

　　通用數(shù)控模塊當(dāng)具有X軸時使用X、Z軸插補(bǔ)侨歉，當(dāng)不具備X軸時使用Z軸運(yùn)行監(jiān)測：直線軸控制是建立在通用數(shù)控和主軸轉(zhuǎn)角監(jiān)測之上的：

　　加工控制中具備機(jī)床操作面板和系統(tǒng)工作狀況監(jiān)測：開機(jī)后30s如不進(jìn)行鍵盤操作則直接進(jìn)入加工控制：初始化后左邊的一系列模塊間的關(guān)系為平行并列關(guān)系屋摇，可并行或串行運(yùn)行：右邊一系列模塊和加工控制模塊間的關(guān)系為互斥關(guān)系，不能同時運(yùn)行，它們之間通過鍵盤進(jìn)行轉(zhuǎn)換：在不加工環(huán)槽或儲油槽時炮温，數(shù)控程序輸入模塊被加工參數(shù)填表輸入模塊所替代火脉，以降低對用戶技術(shù)水平的要求：DOS外殼便于用戶運(yùn)行一些實用的DOS命令：系統(tǒng)診斷為系統(tǒng)的維修和調(diào)試而設(shè)。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)茸汇，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享品糯，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對其真實性負(fù)責(zé)，也不構(gòu)成任何其他建議居饵。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布蛔交、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺减严，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)镐访。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片肮碗、文字如涉及作品版權(quán)問題限榆，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容始踪，以保證您的權(quán)益笆唧！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。