2 中凸變橢圓活塞車削加工系統(tǒng)組成

3 活塞裙部中凸變橢圓成型原理

1. 刀具的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 保持刀具的徑向往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)頻率是活塞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)頻率的兩倍锁荔，以形成活塞的橢圓截面蟀给。
2. 刀具同杠桿系統(tǒng)間的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng) 當(dāng)?shù)毒哐剌S向進(jìn)給時(shí)，按照活塞裙部橢圓度的變化曲線來控制刀具和杠桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)阳堕，改變刀具徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程的大小跋理，以形成活塞裙部的變橢圓截面。
3. CNC機(jī)床控制的刀具附加徑向運(yùn)動(dòng) CNC機(jī)床主要控制刀具在沿軸向進(jìn)給時(shí)恬总，給刀具一個(gè)附加的徑向運(yùn)動(dòng)前普，以實(shí)現(xiàn)活塞裙部的中凸型線。

1. 活塞裙部變橢圓的實(shí)現(xiàn)機(jī)理
   變橢圓的加工是通過兩組加工運(yùn)動(dòng)的復(fù)合實(shí)現(xiàn)的登翩，一是刀具作高頻往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，二是刀具與杠桿系統(tǒng)間的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)耘昙。前者控制的是刀具的運(yùn)動(dòng)頻率，后者控制的是刀具的運(yùn)動(dòng)幅度计浮。兩組運(yùn)動(dòng)的疊加谓墨，可以使得系統(tǒng)在加工過程中保持活塞裙部橢圓截面的短軸長度始終不變，其長軸長度則在活塞軸線方向上隨橢圓度曲線的變化而變化辫继，以此實(shí)現(xiàn)變橢圓的加工怒见。
   在實(shí)現(xiàn)過程中，由于活塞的橫截面是一個(gè)橢圓姑宽，當(dāng)采用車削加工方式時(shí)遣耍，刀具相對(duì)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)作相應(yīng)的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)闺阱。活塞每轉(zhuǎn)一圈舵变，刀具必須往復(fù)進(jìn)給兩次酣溃。亦即可以得出，刀具的進(jìn)給頻率是主軸旋轉(zhuǎn)頻率的兩倍纪隙。主軸的轉(zhuǎn)速越高赊豌，刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率就越高，刀具的運(yùn)動(dòng)速度绵咱、加速度也就越大碘饼。同時(shí)，由于活塞裙部橢圓截面的長短軸長度之差一般在2mm以下悲伶，因此刀具的徑向運(yùn)動(dòng)的幅度很小艾恼。這樣，刀具的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是一個(gè)高頻微位移運(yùn)動(dòng)锨耍。
   為了實(shí)現(xiàn)刀具的高頻微位移進(jìn)給执摆，在考慮了硬靠模的優(yōu)點(diǎn)后，采用如圖4所示的原理给番，以步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源蚤件，通過一杠桿結(jié)構(gòu)將橢圓靠模的高速旋轉(zhuǎn)化為刀具的高頻微位移進(jìn)給。為避免在加工過程中出現(xiàn)刀具往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率和主軸旋轉(zhuǎn)頻率的不協(xié)調(diào)狞绰，使得所加工的活塞出現(xiàn)變形完株，系統(tǒng)在主軸和靠模上均安裝上光電編碼器，并以光電編碼器的輸出信號(hào)作為反饋信號(hào)峦夺，由主控CPU進(jìn)行快速甄別颁殃，不斷改變步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)源的控制信號(hào)頻率以調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)橢圓靠模和主軸的位置同步拄屈，保證加工工件和橢圓靠模的相位的一致性显钙。
   

   圖4 變橢圓加工原理圖

   橢圓靠模和主軸的同步既是橢圓截面的實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)變橢圓的前提斋值。在圖4所示的變橢圓加工原理中绑雄，執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過橢圓靠模將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為杠桿的擺動(dòng)，從而推動(dòng)刀具作高頻微位移直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)奥邮。圖中如果保持刀具與杠桿之間的相對(duì)位置不變万牺，則加工出的活塞裙部應(yīng)為橢圓柱，即活塞各截面的橢圓形狀大小相等洽腺。為了能加工出變橢圓的活塞型面脚粟，可以通過主控PCU控制另一步進(jìn)電機(jī)15的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲桿(圖2)，使得杠桿相對(duì)刀具有一個(gè)軸向的運(yùn)動(dòng)核无。這樣就可以控制刀具與杠桿支點(diǎn)之間的距離L的大小扣唱，改變刀具的徑向運(yùn)動(dòng)行程。圖3中的光柵位移傳感器為系統(tǒng)提供了刀具位移的反饋信號(hào)团南，確保加工出的變橢圓符合給定的橢圓度變化曲線噪沙。在此還需要指出的是，在加工過程中已慢，當(dāng)杠桿與橢圓靠模的觸點(diǎn)在橢圓長軸位置時(shí)曲聂，杠桿必須一直保持處于水平的狀態(tài)，其目的在于當(dāng)?shù)毒呦鄬?duì)杠桿運(yùn)動(dòng)時(shí)佑惠，可保證活塞的各加工截面其橢圓的短軸長度始終保持不變侠呛。隨刀具與杠桿的相對(duì)位置不斷變動(dòng)的僅僅是橢圓長軸長度。因此采用這樣的結(jié)構(gòu)可以使得形成變橢圓的整個(gè)控制過程簡單化凯践，便于實(shí)現(xiàn)橢圓度任意變化的活塞橫截面的加工披锨。
   采用步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動(dòng)的橢圓靠模杠桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)變橢圓的加工，充分利用了杠桿和硬靠模的優(yōu)點(diǎn)符站。整個(gè)系統(tǒng)不但可以獲得很大的剛度和足夠大的推力卖寻，同時(shí)在高頻振動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和跟隨性較好，使得系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定可靠弯沥。另外系統(tǒng)也綜合了有關(guān)軟靠模的優(yōu)點(diǎn)除阐，可以方便地通過主控CPU控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)來改變刀具和杠桿間的距離(杠桿臂L)，從而可以加工得到不同橢圓度曲線的型面鸳辛，靈活地實(shí)現(xiàn)各類不同型面活塞的加工消贼。
2. 中凸型線的成型機(jī)理
   通常，活塞的中凸型線均采用列表數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)舒疚，型線的徑向位置變化量僅僅是一系列的離散點(diǎn)异凹。為確定活塞軸向各截面處的徑向位置變化量，必須要先對(duì)給定的有限點(diǎn)進(jìn)行一定的擬合處理兜畸，生成一條活塞中凸型線的曲線努释。有關(guān)擬合處理的方法有很多，例如：三次樣條擬合法咬摇、等誤差直線逼近法伐蒂、高斯擬合法、多項(xiàng)式擬合法等肛鹏。通過擬合處理饿自，就可以找出在任意裙長處刀具同工件的徑向相對(duì)位置。
   由于系統(tǒng)采用現(xiàn)有CNC機(jī)床作為母體龄坪，因此系統(tǒng)本身就具有直接加工中凸型線的能力。可以根據(jù)擬合得到的曲線健田，在計(jì)算機(jī)中按照NC的指令規(guī)則對(duì)型線進(jìn)行自動(dòng)編程烛卧，生成加工中凸型線的NC程序。然后通過與CNC機(jī)床CPU的通信妓局，將所編制的程序傳輸?shù)紺NC的程序存儲(chǔ)單元总放，實(shí)現(xiàn)活塞裙部中凸型線的加工。在NC的加工過程中好爬，應(yīng)保持與加工變橢圓截面的對(duì)應(yīng)關(guān)系侥嫂，使中凸型線準(zhǔn)確地疊加在活塞的各橫截面上，完成活塞裙部中凸變橢圓的加工蒸撕。

4 結(jié)論

1. 充分利用了軟靠模的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于不同活塞形狀尺寸的工件慈肯，不管是調(diào)整活塞型面的中凸型線范益，還是調(diào)整活塞的橢圓度曲線，只要調(diào)整主控CPU中的控制程序即可實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞的改型遭歉，因而系統(tǒng)具有較大的柔性虫犀。
2. 加工系統(tǒng)具有硬靠模的結(jié)構(gòu)簡單、輸出力大肪援、加工穩(wěn)定性好等特性证莺。
3. 可以通過軟件的改進(jìn)對(duì)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高加工精度笋熬。