基于840D數(shù)控系統(tǒng)的活塞變橢圓車床研究與設(shè)計.pdf

1、大功率船用柴油機是船舶的關(guān)鍵設(shè)備，然而此領(lǐng)域基本上長期由MAN B&W和Wartsila兩大國外巨頭壟斷。雖然我國造船量約占世界市場份額的40％，但大功率船用柴油機有70%依賴國外進口。特別是受進口限制，我國海軍艦艇的發(fā)動機必須國產(chǎn)化。如果發(fā)動機的功率達不到先進水平，艦艇速度就難以與敵艦抗衡，就會在局部戰(zhàn)爭中處于被動挨打的地位。
　　活塞是對發(fā)動機性能有決定性影響的關(guān)鍵零件。大功率船用柴油機對活塞加工提出了更高的技術(shù)要求：活塞的缸

2、徑大大增加；活塞的變橢圓型面更加復(fù)雜、精度更高；活塞的環(huán)槽精度以及關(guān)鍵型面之間的位置精度大大提高。
　　本文主要針對上述大功率船用柴油機活塞的車削加工技術(shù)問題進行研究，開發(fā)一種專用于大功率船用柴油機變橢圓活塞加工的數(shù)控車床。本項目綜合SIEMENS840D數(shù)控技術(shù)、PLC技術(shù)、VB上位軟件技術(shù)、DSP與CPLD等技術(shù)組成一套完整的綜合性高性價比數(shù)控機床控制系統(tǒng)。討論了如何設(shè)計以840D數(shù)控系統(tǒng)作為控制核心，采用高頻響音圈式直線電機

3、實現(xiàn)X2/a+Y2/b=1等變橢圓異形截面的加工，并采用并聯(lián)橫滑板安裝8工位刀塔在一次裝夾中完成活塞外圓型面、環(huán)槽及頂面的高精度加工。本設(shè)計開發(fā)了高精度、大剛度、高頻響音圈式直線電機及功放用于大活塞變橢圓型面的加工，其中直線電機及驅(qū)動器系統(tǒng)的靜剛度大于100N/μm，頻響不低于450Hz(-3dB時)，最大加速度98m/s2，定位精度0.002mm，重復(fù)定位精度0.001mm，峰值推力不小于1000N；本設(shè)計還建立了變橢圓活塞型面數(shù)學(xué)模

4、型，開發(fā)大活塞外圓曲面數(shù)據(jù)處理軟件，能夠處理一次橢圓X 2/a+Y2/b=1的活塞截面形式；另外，本設(shè)計還在數(shù)控系統(tǒng)中嵌入以DSP為核心的高實時性直線伺服控制單元，專門用于直線電機的跟隨控制，通過在直線伺服卡中植入活塞外圓加工控制模塊，直線電機軸的位置伺服周期小于10μs，并且數(shù)控系統(tǒng)通過PCI總線與直線伺服卡集成，在活塞加工過程中實現(xiàn)信息的交互。
　　該項目為長沙一派數(shù)控有限公司申請的國家級重大專項。經(jīng)過長達兩年多的努力，該項目