随着非圆零件在航空、宇航、汽车、机床、轻工业等制造业中的比重日益增长,为了达到所需性能要求,其加工精度要求随之提高。一方面,高精度非圆截面加工常用的微进给方式有利用弹性变形、机械靠模、偏心主轴或偏心刀杆等。这些方法机构复杂,调节困难,精度低,造价高,很难被推广应用。而用直线电机和表面马达的精密机床微进给机构,满足了高频响、大行程和高精度的要求,但控制系统设计复杂,成本高,难以在一般企业中推广应用。因此,研制具有高频响、高分辨率、高精度、大行程的刀架伺服进给机构是核心问题。另一方面,以Terfenol-D为代表的稀土超磁致伸缩材料(GMM)制成的机电转换器(超磁致伸缩微致动器GMA)驱动的非圆型面精密加工系统,具有结构简单紧凑、重复精度高、无间隙、刚性好、传动惯量小、工作稳定性好等优点,既可实现无模体自动控制高精密加工,克服传统硬靠模法的缺点,又可克服以电磁力推动车刀进给的软靠模方法精度差的缺点,更适用于复杂型线或硬质基体的加工然而,GMA由于本身超磁致伸缩材料的滞回特性,及GMA的设计与应用涉及非线性振动、磁弹性动力学、精密机械加工、自动控制等诸多学科,磁机耦合微致动机理与非圆精密加工的滞回补偿同步过程控制问题,以及在磁场作用下还伴有发热、能量损耗,致使GMA控制位移精度不高等原因,严重阻碍了GMA的应用。因此,数控车削系统的GMA伺服微进给控制系统的研究成为重中之重。本文围绕GMA数控车削加工系统的加工数据文件的生成、控制方法、加工零件及加工结果虚拟显示进行了研究,主要进行了以下的工作：1、通过复杂活塞加工数据文件生成及数控车削加工成型机理的研究,利用非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合方法建立了复杂型面加工数据的统一表达式,解决了用三次样条差值算法拟合时在两点间插值存在“阶梯”的现象；针对拟合曲线具有的端点效应,提出了在两端构造虚拟控制点方法,提高了曲线的拟合精度。2、根据压磁理论,考虑温度的影响,引入预压弹簧的几何非线性及GMM滞回物理非线性的影响,并基于扩展的J-A滞回模型,建立了GMA车削加工系统的动力学模型,采用Simulink仿真工具对GMA车削系统的动力学特性进行了详细的讨论,对不同参数的影响进行了研究。提出了不同参数下,使系统输出位移达到最大时的最佳激励振幅的概念。3、基于实验,在超磁致伸缩微致动器线性工作区内,采用理想滞回模型,根据泰勒近似公式,建立了只考虑几何非线性的GMA车削系统的动力学模型。并根据所建立模型及实际工况的特点,采用基于精确反馈线性化的滑模变结构控制实现了GMA车削加工系统的控制,并通过Simulink仿真针对不同的期望输入验证控制方法的有效性。4、在超磁致伸缩微致动器具有逆系统的非线性工作区内,针对GMA车削加工系统的滞回非线性,研究了RBF神经网络前馈逆补偿—自适应模糊滑模变结构反馈控制(RDFSC)方法。采用PID型设计了滑模面,并将自适应模糊控制融合到了滑模变结构控制器的设计中,一方面减小了滑模变结构控制器存在的抖振现象,另一方面由于采用了自适应模糊控制器,使模糊规则按照当前系统的运行状态自动更新模糊规则,使系统更具有了智能化。5、针对RDFSC在初始过度阶段误差较大的缺点,提出了RBF神经网络前馈逆控制-多模自适应控制(RMDC)的方法。提出以时间为切换开关,在研究RDFSC的基础上,确定使自适应模糊滑模变结构控制器(DFSC)稳定的时间。当DFSC达到稳定前,反馈控制采用PID控制策略,同时运行DFSC,但不参与控制；当DFSC达到稳定后,切换到DFSC。仿真结果表明,RMDC使系统既具有较好的稳态精度又具有较好的过度过程。6、从GMA的结构设计角度出发,为了消除超磁致伸缩微致动器的“倍频”现象及使GMA的结构设计更为紧凑,基于模型的等价代换及状态反馈,研究了模糊自适应控制方法,并通过构造李亚普诺夫函数分析了系统的稳定,进一步通过仿真试验验证了控制方法的有效性。该方法在一定范围内扩展了超磁致伸缩微致动器的工作区间,使GMA的结构设计简单紧凑。7、通过CAD对外部开发系统的接口,利用VS2005作为开发平台,实现了加工零件及加工结果可控制的虚拟显示。操作者可以通过虚拟加工系统将工件横截面轮廓、工件纵向轮廓以设定精度的方式完美展现出来。直观明了的将刀头加工移动过程进行展示,通过选择不同的控制算法,形象地显示加工后的三维实体模型。