论文部分内容阅读
摘 要：随着我国经济的不断发展，我国机械工业行业在发展过程中面临着新的挑战。内燃机是我国机械工业中一个重要的机械设备，它在我国各个行业中的应用都非常的广泛。内燃机活塞加工裙部车削加工，有利于提高内燃机内部系统中的加工效率与加工质量。
关键词：内燃机；活塞；车削加工
1.前言
活塞是内燃机中的一个重要组成部分，它的工作情况关系着内燃机在运行过程中的安全性、可靠性，很大程度上决定了内燃机在使用过程中的耐久性，所以对于内燃机活塞加工裙部车削加工非常的重要，通过分析内燃机内部中的中凸变椭圆活塞零件进行深入的分析与研究，在对中凸变椭圆活塞截面进行车削加工的过程中提出了一种有效的车削加工方法，即使用高频震荡系统与通用的伺服系统相结合而形成的混合系统，有效的提升了内燃机在运行中的整体性能。就目前来看，内燃机中的活塞裙部，对于中凸变椭圆活塞型面的采用最为的普遍，中凸变椭圆活塞型面中的横截面是一种椭圆的形状，轴截面的形状为中凸鼓形，横截面中的椭圆度随着轴向而发生相应的变化。内燃机中的中凸变椭圆活塞能够有效的降低内燃机在运行过程中的所产生的噪音，减少一些客观因素对内燃机造成的冲击，改善内燃机中一些部分的润滑情况。内燃机活塞加工裙部车削加工对于内燃机的发展十分的重要，如何提高内燃机活塞加工裙部车削加工的加工效率、加工精度、加工质量，是内燃机在发展过程中必须解决的一个重要问题。
2.分析中凸变椭圆活塞椭圆截面的加工
内燃机中的中凸变椭圆活塞椭圆截面，在对椭圆进行计算的过程中，椭圆长轴中的半径可以设置为a，短轴中的半径可以设置为b，使a-b=δ，如果使用四次谐波函数与二次谐波函数对其进行计算，椭圆中的回转角θ与椭圆中回转半径R（t）之间的关系，如下列式子：
（1） R（t）=（a-δ/2）+δ/2（cos2θ）+△e
（2） R（t）=（a-δ/2-δβ/2）+δ/2（cos2θ+βcos4θ）+△e
在这一式子中，θ∈[0.2π]，β在式子中为修正系数，而△e在式子中为高次分量。
如果将a的数值取为51mm，将b的数值取为50mm，根据（1）、（2）这两个式子，不将△e高次分量计算在内，通过MATLAB这一数学软件进行仿真，可以得到椭圆的展开的示意图，如图1所示。
根据椭圆展开的示意图与（1）、（2）这两个式子，可以知道椭圆曲线一直都在某一个固定值的周围进行震荡，所以可以将这个固定值分解成两个部分，一个部分为一个确定的值，也可以说是一个基准，还有一个部分在这个基准上，跟随着椭圆中相关角度的变化而变化，然后形成震荡中的一个部分。针对这一事项，可以在椭圆截面加工的过程中使用一种新型的方法，即车削刀具在X轴进行位移的过程中，将两个部分进行相加而组成，第一个部分是在Z轴坐标中，只与其有关的型线；Z轴坐标中，跟随着椭圆中相关角度的变化而变化的震荡部分，则为第二部分，如图2所示。
3.内燃机中的中凸变椭圆活塞椭圆截面插补算法
将内燃机中准备进行加工的内燃机中的中凸变椭圆活塞椭圆截面中的曲线，用参数方程这一形式在直角坐标系中进行表示：
（3） x=acosθ，y=bsinθ，其中，θ∈[0.2π]，a代表椭圆中的长半轴，b代表椭圆中的短半轴。
假设（xi，yi）这一坐标，是某个时间段中，加工点i在坐标系中的坐标，θ1是坐标系对应点中的圆心角，△θ是坐标系中，在插补中每进行一步中圆心角的角度，由x=acosθ，y=bsinθ可得，新插补点在坐标系中的坐标为：
（4）xi+1=acosθi+1=acos（θi+θ）
y i+=bsinθi+1=bsin（θi+θ） （4）
令A=cos△θ，B=sin△θ，k=a/b，则：
（5）xi+1=Axi-kByi
yi+1=Ay i+1/kBxi
使R=（a+b）/2这一式子表示为刀架轨迹，△Ri 表示刀具处于加工点i时的震荡幅值，则：
（6）△Ri+1=ρi+1-R
这一系列的公式之中，（5）、（6）则是在求解插补中的递推公式，插补的次数与主轴编码器中的相关数据信息相同，△θ这一数值能够在还为插补之前，通过主轴编码器进行解析，a与b也可以在插补之前进行解析。
4.结语
就目前而言，内燃机在发展过程中，对于内燃机中的中凸变椭圆活塞椭圆在精度、加工效率这一方面的要求也在逐渐的提高，所以相应的提出了内燃机活塞加工裙部车削加工这一种方法，在车削加工过程中创造了一中新型的计算方法，即基于极坐标的椭圆插补算法，这种新型的计算方法能够对加工曲线进行有效的掌握，计算的方式也非常的简单，能够有效的避免在计算过程中出现的数据误差，在计算机中能够很容易的进行计算，实用性能非常的好，可以有效的满足内燃机活塞加工裙部车削加工中对于相关椭圆截面类零件进行高速数控车削中的要求。
参考文献：
[1]邓中亮，王先逵.基于傅里叶级数的非圆截面车削进给运动特征分析[J].机械工程学报，2010（12）.
[2]郭新贵.面向高速切削的高速高精度插补技术研究[J].上海交通大学工程学报，2009（17）.
[3]秦月霞，胡德金.活塞异型截面曲线数控加工中的一种逼近方法[J].制造技术与机床，2010（06）.
作者简介：张洪生，男，部长助理，工程师。
关键词：内燃机；活塞；车削加工
1.前言
活塞是内燃机中的一个重要组成部分，它的工作情况关系着内燃机在运行过程中的安全性、可靠性，很大程度上决定了内燃机在使用过程中的耐久性，所以对于内燃机活塞加工裙部车削加工非常的重要，通过分析内燃机内部中的中凸变椭圆活塞零件进行深入的分析与研究，在对中凸变椭圆活塞截面进行车削加工的过程中提出了一种有效的车削加工方法，即使用高频震荡系统与通用的伺服系统相结合而形成的混合系统，有效的提升了内燃机在运行中的整体性能。就目前来看，内燃机中的活塞裙部，对于中凸变椭圆活塞型面的采用最为的普遍，中凸变椭圆活塞型面中的横截面是一种椭圆的形状，轴截面的形状为中凸鼓形，横截面中的椭圆度随着轴向而发生相应的变化。内燃机中的中凸变椭圆活塞能够有效的降低内燃机在运行过程中的所产生的噪音，减少一些客观因素对内燃机造成的冲击，改善内燃机中一些部分的润滑情况。内燃机活塞加工裙部车削加工对于内燃机的发展十分的重要，如何提高内燃机活塞加工裙部车削加工的加工效率、加工精度、加工质量，是内燃机在发展过程中必须解决的一个重要问题。
2.分析中凸变椭圆活塞椭圆截面的加工
内燃机中的中凸变椭圆活塞椭圆截面，在对椭圆进行计算的过程中，椭圆长轴中的半径可以设置为a，短轴中的半径可以设置为b，使a-b=δ，如果使用四次谐波函数与二次谐波函数对其进行计算，椭圆中的回转角θ与椭圆中回转半径R（t）之间的关系，如下列式子：
（1） R（t）=（a-δ/2）+δ/2（cos2θ）+△e
（2） R（t）=（a-δ/2-δβ/2）+δ/2（cos2θ+βcos4θ）+△e
在这一式子中，θ∈[0.2π]，β在式子中为修正系数，而△e在式子中为高次分量。
如果将a的数值取为51mm，将b的数值取为50mm，根据（1）、（2）这两个式子，不将△e高次分量计算在内，通过MATLAB这一数学软件进行仿真，可以得到椭圆的展开的示意图，如图1所示。
根据椭圆展开的示意图与（1）、（2）这两个式子，可以知道椭圆曲线一直都在某一个固定值的周围进行震荡，所以可以将这个固定值分解成两个部分，一个部分为一个确定的值，也可以说是一个基准，还有一个部分在这个基准上，跟随着椭圆中相关角度的变化而变化，然后形成震荡中的一个部分。针对这一事项，可以在椭圆截面加工的过程中使用一种新型的方法，即车削刀具在X轴进行位移的过程中，将两个部分进行相加而组成，第一个部分是在Z轴坐标中，只与其有关的型线；Z轴坐标中，跟随着椭圆中相关角度的变化而变化的震荡部分，则为第二部分，如图2所示。
3.内燃机中的中凸变椭圆活塞椭圆截面插补算法
将内燃机中准备进行加工的内燃机中的中凸变椭圆活塞椭圆截面中的曲线，用参数方程这一形式在直角坐标系中进行表示：
（3） x=acosθ，y=bsinθ，其中，θ∈[0.2π]，a代表椭圆中的长半轴，b代表椭圆中的短半轴。
假设（xi，yi）这一坐标，是某个时间段中，加工点i在坐标系中的坐标，θ1是坐标系对应点中的圆心角，△θ是坐标系中，在插补中每进行一步中圆心角的角度，由x=acosθ，y=bsinθ可得，新插补点在坐标系中的坐标为：
（4）xi+1=acosθi+1=acos（θi+θ）
y i+=bsinθi+1=bsin（θi+θ） （4）
令A=cos△θ，B=sin△θ，k=a/b，则：
（5）xi+1=Axi-kByi
yi+1=Ay i+1/kBxi
使R=（a+b）/2这一式子表示为刀架轨迹，△Ri 表示刀具处于加工点i时的震荡幅值，则：
（6）△Ri+1=ρi+1-R
这一系列的公式之中，（5）、（6）则是在求解插补中的递推公式，插补的次数与主轴编码器中的相关数据信息相同，△θ这一数值能够在还为插补之前，通过主轴编码器进行解析，a与b也可以在插补之前进行解析。
4.结语
就目前而言，内燃机在发展过程中，对于内燃机中的中凸变椭圆活塞椭圆在精度、加工效率这一方面的要求也在逐渐的提高，所以相应的提出了内燃机活塞加工裙部车削加工这一种方法，在车削加工过程中创造了一中新型的计算方法，即基于极坐标的椭圆插补算法，这种新型的计算方法能够对加工曲线进行有效的掌握，计算的方式也非常的简单，能够有效的避免在计算过程中出现的数据误差，在计算机中能够很容易的进行计算，实用性能非常的好，可以有效的满足内燃机活塞加工裙部车削加工中对于相关椭圆截面类零件进行高速数控车削中的要求。
参考文献：
[1]邓中亮，王先逵.基于傅里叶级数的非圆截面车削进给运动特征分析[J].机械工程学报，2010（12）.
[2]郭新贵.面向高速切削的高速高精度插补技术研究[J].上海交通大学工程学报，2009（17）.
[3]秦月霞，胡德金.活塞异型截面曲线数控加工中的一种逼近方法[J].制造技术与机床，2010（06）.
作者简介：张洪生，男，部长助理，工程师。