随着近几年汽车行业的快速发展,国内对于高精度高可靠性的活塞非圆车床的需求很大。目前国内外活塞非圆车床数控系统大多采用了基于运动控制卡的PC解决方案,要用这种方案构建出加工效率和稳定性高的系统,需要较长的开发周期且系统难以实现后期扩展。随着开放式数控系统技术的发展,基于PC的纯软件解决方案相对于传统控制技术方案以及基于运动控制卡的PC解决方案表现出了明显的优越性。本文基于PC及TwinCAT CNC开放式架构及实时内核,构建了活塞非圆车削开放式数控系统,并成功进行了活塞外圆加工实验。本文主要研究内容如下:首先,在分析了 TwinCAT CNC解决方案的基础上,着重从软件开发角度介绍了基于TwinCAT CNC搭建活塞异形外圆数控系统的主要过程。其次,为提高直线伺服刀架的动态响应能力,对刀架的运动部分进行质量轻量化改进,并针对切削过程中的负载扰动,设计了基于负载观测的速度补偿环节。然后,为了克服离线幅相调整器无法考虑加工过程中切削力时变等复杂工况、辨识模型存在误差等不足,解决机床在主轴转速1500r/min以上时精度下降的问题,设计了自适应幅相补偿器。最后,在精度测量和参数整定之后,通过对不同型面的中凸变椭圆活塞的车削实验,验证了机床在主轴转速2000r/min时的加工能力。实验表明,机床在2000r/min条件下加工标准椭圆型面活塞时,加工误差在2μm以内,满足工艺要求。