活塞是内燃机的关键零件,在燃烧室内部高温高压的环境中工作。改善活塞的各方面性能,可以大幅度降低内燃机的功率损耗,减少燃料的浪费和废气、噪音等污染的产生。中凸变椭圆活塞凭借其优越的性能而被广泛的应用于当前内燃机中。这种活塞的结构复杂,传统机床完成其非圆截面的精密车削非常困难。因此,对于中凸变椭圆活塞的高精度成形技术的研究以及相应加工设备的研发具有重要的意义。研究了中凸变椭圆活塞外形车削的加工成形机理。把中凸变椭圆型面的车削加工分解为2种孤立的成形运动:刀架相对于高速旋转的活塞径向成椭圆路径的运动和刀架相对于活塞轴向成中凸线路径的运动。并研究了刀架相对于活塞的进给的运动特性。采用新型双驱动微量进给系统作为伺服刀架进行高频往复运动,从而降低摩擦非线性影响,并利用集中参数法、S-GMS摩擦模型对伺服刀架进行精确的动力学建模。建立控制量与工作台位移的关系,为控制系统的设计提供基础。在建立精确动力学模型的基础上,利用扩张状态观测器出色的稳定性能与跟踪性能,并结合了滑模控制对于干扰不敏感的优点,设计出一种基于线性扩展状态观测器的自适应滑模控制器(ASMC-LESO),并通过仿真对比了该方法和其他的控制方法对于输入位置信息的轨迹追踪,从而验证其跟踪性能。利用工作台进行单驱动模式和双驱动模式的半实物仿真对比实验。采用基于线性扩张状态观测器的滑模控制器,对控制系统的参数进行调试,模拟加工椭圆度为0.2mm的椭圆活塞截面时的刀具进给曲线,并分别对比了在不同时单驱动模式和双驱动模式的跟踪误差,实验结果进一步被验证了 SMC-LESO控制系统的可行性,并且验证在相同条件时,双驱动模式相比于单驱动模式有着更好的轨迹跟踪性能。本课题研究内容为中凸变椭圆活塞的加工提供新的方法,并为新型双驱动伺服刀架设计出可靠的控制器,有助于提高刀具进给运动的控制精度。