非圆截面零件的车削加工在机械加工行业,尤其是在内燃机活塞加工中起着极其重要的作用。本论文以活塞型面加工为对象,对中凸变椭圆活塞车削加工中所涉及到的技术,特别是对伺服刀架系统的抗扰性能进行了深入的研究。主要内容如下: 1.在综合分析中凸变椭圆活塞的车削加工要求、传统的加工方法以及传统微进给技术的基础上,确定了由动圈式直线电机驱动的高频响、大行程伺服刀架为核心的车削方案,建立了中凸变椭圆活塞数控车削加工系统。 2.针对中凸变椭圆活塞数控车削所需的高速伺服技术,本文研究了中凸变椭圆活塞数控车削控制的系统结构。在软件上研究了新的插补理论;在硬件上开发了满足高速伺服需求的、基于工业PC和数字信号处理芯片(DSP)的主从控制结构。 3.高频响、大行程伺服刀架是中凸变椭圆活塞加工中最为关键的部件。设计了直线伺服刀架及相应的机构。从系统动力学的角度,对伺服刀架进行分析和建模。分析和研究了半闭环、闭环控制系统及其有关参数对伺服刀架控制性能和工件加工质量的影响。 4.在中凸变椭圆活塞加工中,需要直线伺服驱动单元执行重复性的工作,其输入为周期性的信号或指令,其输出要求能稳定无静差地跟踪这种周期性的输入信号。而重复控制对于周期性的信号和/或周期性的干扰具有较好的跟踪效果和抑制作用。通过对重复控制系统透彻的稳定性分析,揭示了重复控制的实质。 5.在中凸变椭圆活塞车削的过程中,系统的抗扰性能是一个关键问题。为了提高系统的跟踪性能和伺服刀架对作周期性变化的切削力干扰的抑制能力,提出了三种新型控制方案,从理论分析和计算机仿真等方面对它们进行了分析,仿真结果表明这三种控制方案有效地提高了活塞车直线伺服驱动系统的跟踪性和抗扰性,取得了较优的性能,具有一定的理论指导意义。