活塞作為發(fā)動機(jī)燃燒推動力轉(zhuǎn)變成機(jī)械運動的核心部件，直接影響著發(fā)動機(jī)乃至整個動力、傳動系統(tǒng)的性能指標(biāo)。隨著發(fā)動機(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)動機(jī)汽缸中高溫、高壓的交變作用，普通的圓柱形銷孔各個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，工作溫度的提高影響活塞銷和銷孔橫截面半徑的對比變化，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)價值。隨著數(shù)字化時代的來臨，一個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.但它致命的弱點就是僅限于加工標(biāo)準(zhǔn)橢圓，對于越來越多的非標(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模控制鏜刀徑向進(jìn)給來實現(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。其具有傳動精度低、頻響特性差的缺點。

　　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變化的條件下伸縮的性能，通過計算機(jī)精確控制電場的變化來實現(xiàn)對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)奈恢蒙希圭M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)自動化所研制成功的新型NC鏜床，采用以壓電元件為動力的新型變形鏜桿機(jī)構(gòu)和微驅(qū)動技術(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。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，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，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)先編好的軌跡運動。

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

　　計算響應(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)計的關(guān)鍵技術(shù)。

　　4系統(tǒng)設(shè)計4.1控制模型ournalElectronicPublish制計算機(jī)經(jīng)工業(yè)控制計算機(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)控制計算機(jī)發(fā)出控制信號（脈沖個數(shù)），驅(qū)動交流伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)，帶動滾珠絲桿運轉(zhuǎn)，從而推動斜面滑塊在直線導(dǎo)軌上產(chǎn)生前后滑動，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)生工作平臺位置檢測信號回送給工業(yè)控n主軸4.2微進(jìn)給裝置設(shè)計采用的微進(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)械傳動的角度出發(fā)，設(shè)計出一套新機(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錐度的一個斜面滑塊在直線導(dǎo)軌上來回滑動，促使撓性接頭變形，這時鏜桿將會偏離軸向一個微小角度，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軸承固定在一個套筒上，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)，以增大傳動過程中的穩(wěn)定性。

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

　　根據(jù)工作平臺（步進(jìn)電機(jī)或位置檢測元件）所選用脈沖當(dāng)量（如0.01）以及活塞銷孔總長度，就可以計算出所需存儲單元個數(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個脈沖每轉(zhuǎn)），計算出交流伺服電機(jī)對應(yīng)Z向的Z=0.01mm時所需發(fā)送脈沖個數(shù)N. =導(dǎo)程=0.愚（圈）交流伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)所需脈沖個數(shù)N：若鏜孔進(jìn)給量取為/= 1.0mm/r則工作平臺-個脈沖當(dāng)量所需時間：交流伺服電機(jī)響應(yīng)所需時間：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，對高效率的發(fā)動機(jī)具有顯著的實用價值，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)計到手工繪圖，然后才能在機(jī)床上加工。而對于刀刃復(fù)雜的復(fù)雜形狀刀具的設(shè)計，刀具的繪圖工作量會比較大，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，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)一個重要問題是系統(tǒng)的信息建模。為此，用面向?qū)ο蟮姆椒▽?fù)雜形狀刀具CNC集成系統(tǒng)建模的具體實現(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)，具有以下特點和要求：系統(tǒng)涉及的范圍廣。它涉及了計算機(jī)圖形學(xué)、刀具設(shè)計、實時控制系統(tǒng)、CAD、CAM、CAPP等內(nèi)容。如果要實現(xiàn)CAD和CAM―體化的有機(jī)系統(tǒng)，需要有一個統(tǒng)一的模型貫串于整個系統(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CAD/CAM系統(tǒng)必須有一個刀具數(shù)據(jù)庫來滿足各種刀具的管理以及支撐整個系統(tǒng)的運行。

　　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。