引言

　　随着汽车、航空和船舶工业的飞速发展，对发动机的性能要求不断提高，中高速发动机的关键部件活塞经常被设计成非圆截面(中凸变椭圆)。目前，同内外活塞制造主要采用硬靠模，这种加工方法不利于多品种、小批量特种环的生产和新产品的研究与开发。活塞的“软靠模”技术就是把活塞的横截面形状或数据输入计算机，再由计算机控制刀具运动，完成活塞变椭圆截面的车削加工。它不仅能切削各种复杂的截面形状，而且具有切削效率高、加工精度高、柔性好等优点。活塞中凸变椭圆数控车削时，X轴进给机构的性能和控制方法决定了加T精度和表面质量，因而对机床进给系统的伺服性能提出了更高的要求：要有很高的驱动推力、快速进给速度和进给加速度。对于一般数控机床，由于受到传统机械结构(即旋转电动机+滚珠丝杠)进给方式的限制，其有关伺服性能指标(特别是快速响应性)难以突破提高。而直线电机驱动机构作为一种新的高速进给方式能提供120—200m／min的速度和5～10g的加速度。进给机构由直线电机直接驱动，消除了中间环节的机械滞后及螺距误差，其运动精度取决于反馈装置、控制系统和直线导轨，从而可达到很高的精度。

　　1、数控活塞车床X轴进给机构结构及原理

　　本文将直线电机作为X轴进给驱动部件，设计的数控车床X轴进给机构结构如图1所示。直线电机对称立式安装，滑台和简易刀架采用轻质高强度合金材料，优化的结构设计尽可能减小滑台质量以提高进给系统的快速响应性能和加速度，导轨采用直线滚动导轨。进给系统行程限位采用接近开关和弹簧空气阻尼式机械挡块二级安全过冲防护，以确保滑台不会因为误操作而冲出导轨。光栅位置反馈装置位于滑台内部，以免受到外界油污和铁屑污染。系统具有全封闭防护结构和由内向外的吹风冷却功能(图1中未表示)。由于采用无铁芯动子(初级)结构，发热量小，散热容易，这使得加工中受热变形的影响小。整个活塞车床的结构如图2所示。

　　图1 活塞车床的X轴进给机构结构

　　图2 活塞车床整体结构图

　　2、活塞车床数控系统设计

　　已成为数控系统发展趋势的开放式数控系统是计算机硬件技术、信息技术、控制技术融人数控技术的产物，它具有强大的适应性和灵活配置能力，能适应各种数控设备，可灵活配置，随意集成。该系统遵循统一的标准体系结构规范，模块之问具有兼容性，部件具有互换性和互操作性。目前的开放式数控系统主要有以下3种结构：

　　(1) PC机＋数控专用模块

　　即在Pc机上嵌入数控专用模板。这种数控系统的开放性只限于PC微机部分，其专业的数控部分仍处于封闭状态。

　　(2) PC机＋可编程运动控制器

　　这种基于开放式可编程运动控制器的系统结构以通用微机为平台，以PC机标准插件形式的可编程运动控制器为控制核心，双CPU并行通信，是一种便于开发的全方位开放式体系结构。