活塞作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒推動(dòng)力轉(zhuǎn)變成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的核心部件，直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整個(gè)動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)燃油耗、輸出功率和轉(zhuǎn)速的日益提高，活塞所承受的燃?xì)鈮毫蛻T性力愈來愈大，活塞銷孔所承受的載荷也愈來愈大，這樣傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中作為支承部分的銷孔內(nèi)表面上部的裂紋問題就變得舉足輕重。由于發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中高溫、高壓的交變作用，普通的圓柱形銷孔各個(gè)部分承受載荷不均勻，受熱變形和機(jī)械變形的影響，銷孔的內(nèi)側(cè)應(yīng)力*大，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，而外側(cè)應(yīng)力*小。

　　活塞銷彎曲使載荷向銷孔內(nèi)側(cè)集中；活塞的撓性結(jié)構(gòu)也趨于沿銷孔方向重新分布載荷；活塞銷孔內(nèi)氣體壓力使*大壓力位置從外側(cè)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，工作溫度的提高影響活塞銷和銷孔橫截面半徑的對(duì)比變化，導(dǎo)致載荷趨于朝垂直面集中。

　　因而通過改變銷孔的幾何形狀來降低銷孔內(nèi)側(cè)的應(yīng)力集中、均化銷座的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷、提高銷座的承載能力，從而延長活塞的使用壽命，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和寶貴的技術(shù)價(jià)值。隨著數(shù)字化時(shí)代的來臨，一個(gè)嶄新的課題一新型活塞異型銷孔數(shù)控鏜削技術(shù)的研究應(yīng)運(yùn)而生。目前，活塞銷孔形狀主要有以下幾種：橢圓型、內(nèi)喇叭口型、帶卸荷槽型等，通常將這些非圓柱形銷孔統(tǒng)稱為“異型銷孔”。

　　2研究現(xiàn)狀受超精加工技術(shù)、數(shù)控技術(shù)以及工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的制約，活塞異型銷孔加工技術(shù)的研究還處于起步階段。目前，主要有以下幾種加工方案：2.1斜截法加工此方案基于圓柱的斜截面是橢圓的原理，巧妙地將橢圓的加工轉(zhuǎn)變?yōu)閳A的加工，在加工效率和精度方面都十分出色。具有代表性的是美國B0HAI公司，他們采用機(jī)械斜槽進(jìn)刀，加工精度達(dá)0.005mm.但它致命的弱點(diǎn)就是僅限于加工標(biāo)準(zhǔn)橢圓，對(duì)于越來越多的非標(biāo)準(zhǔn)橢圓孔（如內(nèi)喇叭口型銷孔）的加工便無能為力。

　　2.2機(jī)械仿形加工機(jī)械仿形加工方法是通過仿形靠?？刂歧M刀徑向進(jìn)給來實(shí)現(xiàn)的。目前國內(nèi)外許多廠家都采用了這種技術(shù)進(jìn)行活塞異型銷孔的加工，如德國KS公司采用機(jī)械仿形加工技術(shù)，可加工出精度為0.005mm的異形銷孔。其具有傳動(dòng)精度低、頻響特性差的缺點(diǎn)。

　　2.3數(shù)控變形鏜桿加工數(shù)控變形鏜桿加工是利用壓電陶瓷或超大磁致伸縮棒元件在電壓磁場(chǎng)變化的條件下伸縮的性能，通過計(jì)算機(jī)精確控制電場(chǎng)的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)鏜桿位移的精密控制。其原理是在鏜桿上開槽，而后將壓電陶瓷或超大磁致伸縮棒元件置于適當(dāng)?shù)奈恢蒙?，使鏜桿的伸長量轉(zhuǎn)變?yōu)殓M桿的偏轉(zhuǎn)角度。此方法機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、精度高、易于數(shù)字控制、頻響高，是現(xiàn)代活塞設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，可適應(yīng)各種異型銷孔的加工。廣東工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化所研制成功的新型NC鏜床，采用以壓電元件為動(dòng)力的新型變形鏜桿機(jī)構(gòu)和微驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可高效地鏜削活塞異形銷孔，并達(dá)到微米精度的要求，技術(shù)性能指標(biāo)均達(dá)國際**水平。

　　3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)如所示，以內(nèi)喇叭口型銷孔為例，進(jìn)行新型活塞異型銷孔數(shù)控鏜削系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)論證。其中0為內(nèi)喇叭口型活塞銷孔的錐度，L為錐孔長度，A為行程。

　　內(nèi)喇叭口型活塞銷孔在本方案設(shè)計(jì)中，設(shè)定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為n主軸= 3000r/min，滾珠絲桿的導(dǎo)程為L導(dǎo)程=5mm，斜面滑塊錐度為1：100（見4.2微進(jìn)給裝置設(shè)計(jì)中的相關(guān)內(nèi)容）滾珠絲桿與交流伺服電機(jī)之間采用同步齒輪帶傳動(dòng)。目前桑塔納轎車所用活塞L=鏜孔進(jìn)給量取為/=0.03~ 1.0mm/r則鏜刀徑向進(jìn)給速度為：n交=廠滑塊=1.08 L導(dǎo)程故交流伺服電機(jī)所需的轉(zhuǎn)速為：即當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)3X103r/min時(shí)，該微進(jìn)給裝置所用交流伺服電機(jī)每分鐘至少轉(zhuǎn)1次，而該轉(zhuǎn)速在交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，因此該交流伺服電機(jī)能夠響應(yīng)主軸旋轉(zhuǎn)的要求，可以鏜削出所需要的內(nèi)喇叭口型銷孔。

　　在鏜削過程中，如果鏜刀刀尖的軌跡能準(zhǔn)確地通過這些網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)，就能鏜削出足夠理想的銷孔。數(shù)控系統(tǒng)的任務(wù)就在于此，也就是讓鏜刀在X方向沿預(yù)先編好的軌跡運(yùn)動(dòng)。

　　Sx=X（0i，Z）是根據(jù)圖紙要求預(yù)先計(jì)算出來，并存放在控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，加工過程中讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)送出。

　　計(jì)算響應(yīng)頻率不少于18X103Hz的微進(jìn)給數(shù)字控制系統(tǒng)的研制是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　4系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1控制模型ournalElectronicPublish制計(jì)算機(jī)經(jīng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)判斷鏜削加工中鏜刀本套活塞異型銷孔數(shù)控鏜削系統(tǒng)采用數(shù)字技術(shù)控制，由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)（脈沖個(gè)數(shù)），驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲桿運(yùn)轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)斜面滑塊在直線導(dǎo)軌上產(chǎn)生前后滑動(dòng)，促使撓性接頭的可變形段產(chǎn)生變形，達(dá)到使鏜桿沿徑向產(chǎn)生微小位移、加工出所需要的活塞異型銷孔的目的。由傳感器產(chǎn)生工作平臺(tái)位置檢測(cè)信號(hào)回送給工業(yè)控n主軸4.2微進(jìn)給裝置設(shè)計(jì)采用的微進(jìn)給裝置拋棄了以往靠壓電元件、磁致伸縮棒等在受控后產(chǎn)生變形、從而使鏜桿沿銷孔徑向產(chǎn)生微位移的基本思想，而是從機(jī)械傳動(dòng)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出一套新機(jī)械式的微進(jìn)給裝置，如所示。

　　微進(jìn)給裝置1.撓性接頭2斜面滑塊3.套筒100錐度的一個(gè)斜面滑塊在直線導(dǎo)軌上來回滑動(dòng)，促使撓性接頭變形，這時(shí)鏜桿將會(huì)偏離軸向一個(gè)微小角度，從而在活塞銷孔的徑向方向產(chǎn)生微位移。直線導(dǎo)軌的滑軌裝在斜面滑塊上，直線導(dǎo)軌的滑塊裝在撓性接頭上，撓性接頭的不動(dòng)端固定在機(jī)床空心主軸上，隨機(jī)床空心主軸旋轉(zhuǎn)；而鏜桿固定在撓性接頭的可變形端。斜面滑塊的另一端采用滾動(dòng)軸承固定在一個(gè)套筒上，而該套筒同滾珠絲桿的螺母固定在一起。該套筒采用直線軸承固定在機(jī)床床身上，只能隨滾珠絲桿的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生前后進(jìn)給。另外，斜面滑塊的中部也可以安裝直線軸承，直線軸承固定在機(jī)床空心主軸上，隨機(jī)床空心主軸旋轉(zhuǎn)，以增大傳動(dòng)過程中的穩(wěn)定性。

　　4.3軟件設(shè)計(jì)及誤差分析在鏜削內(nèi)喇叭口型銷孔時(shí)，為一定值，因此只需要計(jì)算x（/）值（也即是交流伺服電機(jī)所需發(fā)送脈沖個(gè)數(shù)N）并將其存放入控制計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。

　　根據(jù)工作平臺(tái)（步進(jìn)電機(jī)或位置檢測(cè)元件）所選用脈沖當(dāng)量（如0.01）以及活塞銷孔總長度，就可以計(jì)算出所需存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)（不超過64k）以分別存放數(shù)組x根據(jù)行程A、錐孔長度L（10mm），斜面滑塊錐度、滾珠絲桿導(dǎo)程L導(dǎo)程和交流伺服電機(jī)線程m（1線，增量式編碼器脈沖：25⑴個(gè)脈沖每轉(zhuǎn)），計(jì)算出交流伺服電機(jī)對(duì)應(yīng)Z向的Z=0.01mm時(shí)所需發(fā)送脈沖個(gè)數(shù)N. =導(dǎo)程=0.愚（圈）交流伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)所需脈沖個(gè)數(shù)N：若鏜孔進(jìn)給量取為/= 1.0mm/r則工作平臺(tái)-個(gè)脈沖當(dāng)量所需時(shí)間：交流伺服電機(jī)響應(yīng)所需時(shí)間：達(dá)3000r/min，因此完全可以滿足交流伺服電機(jī)響應(yīng)工作平臺(tái)的進(jìn)給。

　　5結(jié)束語活塞異形銷孔可改善應(yīng)力分布狀態(tài)，延長活塞的使用壽命，因此，對(duì)高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)具有顯著的實(shí)用價(jià)值，已成為國際活塞行業(yè)發(fā)展的主要方向。此夕卜，該系統(tǒng)也可用于其它工件異形孔的加工，并可推廣到超精加工控制的應(yīng)用領(lǐng)域。在加快我國工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程和企業(yè)技術(shù)改造中，活塞異形銷孔鏜削數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)研究具有廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的現(xiàn)71994-2014ChinaAcademicournal面向?qū)ο蟮膹?fù)雜形狀刀具CNC集成系統(tǒng)來傳遠(yuǎn)，金建新（華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院，湖北武漢430074）的信息模型。并詳細(xì)介紹了該信息模型的組成和原理。

　　1刖目在傳統(tǒng)的刀具加工中，刀具要從設(shè)計(jì)到手工繪圖，然后才能在機(jī)床上加工。而對(duì)于刀刃復(fù)雜的復(fù)雜形狀刀具的設(shè)計(jì)，刀具的繪圖工作量會(huì)比較大，而且有很多的重復(fù)的工作。CAD/CAM―體化可以簡化刀具設(shè)計(jì)，加速刀具的不斷改進(jìn)。如所示。

　　復(fù)雜形狀刀具的CAD/CAM系統(tǒng)一個(gè)重要問題是系統(tǒng)的信息建模。為此，用面向?qū)ο蟮姆椒▽?duì)復(fù)雜形狀刀具CNC集成系統(tǒng)建模的具體實(shí)現(xiàn)加以探討。

　　2復(fù)雜形狀刀具CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析2.1復(fù)雜形狀刀具CAD/CAM系統(tǒng)的要求工程系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)和要求：系統(tǒng)涉及的范圍廣。它涉及了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、刀具設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、CAD、CAM、CAPP等內(nèi)容。如果要實(shí)現(xiàn)CAD和CAM―體化的有機(jī)系統(tǒng)，需要有一個(gè)統(tǒng)一的模型貫串于整個(gè)系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)容量大。系統(tǒng)必須滿足刀具行業(yè)絕大多數(shù)刀具的加工。整個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)必須有一個(gè)刀具數(shù)據(jù)庫來滿足各種刀具的管理以及支撐整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　系統(tǒng)的要求是變化的。刀具不斷推陳出新，如何在現(xiàn)有系統(tǒng)上設(shè)計(jì)及加工新刀具是需考慮的。

　　系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)代加工的需要。