气缸体缸盖结合面立轴铣磨专用机床的设计研究
摘 要本文论述用于发动机气缸体与缸盖结合面维修加工的立轴铣磨专用机床设计开发背景及关键技术，并针对不同 材质、结构形式气缸体与缸盖结合面维修加工方式及工装刀具等方面进行了探讨和分析，提出改善及提高其维修加工精度、 效率的途径。
关键词气缸体缸盖结合面；维修加工；专用机床；设计开发；关键技术 中图分类号TG58文献标识码A
1设计开发背景
缸体是发动机的基础零件，缸盖是发动机的主要零件之一。
为保证缸体缸盖结合面以及缸垫的可靠耐久密封，对发动机缸体 缸盖结合面的粗糙度、平面度、波纹度甚至纹理都应有严格要求。
传统的维修技术和装备已虽然能满足粗糙度和平面度的基本 要求，但效率低，且加工纹理和波纹度的不能满足新型发动机的 缸体、缸盖结合面修复加工质量要求，因而与之紧密相关的发动 机维修设备应进行提升和改进，以确保修复加工质量。
下面对用立轴矩台铣磨床和卧轴矩台平面磨床两种不同方法 加工出来的缸体缸盖表面在发动机工作中的影响进行分析：
1)从宏观表面来看，二者在平面度和粗糙度方面的加工效果 都很好，均能达到技术要求；
2)在微观上有很大的不同。
立轴矩台铣、磨床产生的是菱形网纹，纵向和横向均为很浅 的波纹断面，密封性能可靠。而卧轴矩台磨床磨削出的是同一方 向由尖锐沙粒划出的断续V形断续槽即直纹，会使缸垫在这一方 向摩擦阻力较小，在发动机工作中，缸内的高频次交变的巨大的 温差和压差作用下的水汽、二氧化碳进入这些底部尖锐的V形直 纹槽中，易产生微观变形、腐蚀或因应力，其影响恶劣，是缸垫 故障的主要原因。
采用立轴端面铣或端面磨工艺加工的表面则可以极大地克服 这些弊端，减少故障率，延长发动机的使用寿命，还具有如下优点：
1)端面铣、磨削加工提高了加工效率，+510mm刀盘一次 切出，生产效率为卧轴精磨的3~5倍，加工表面为完整网状刀纹，
无接刀痕，产品美观，可实现高效加工。
2)缸体与缸盖多用灰铸铁或铝合金铸造，随着发动机技术的 发展，全铝发动机已经在大量的车型上被采用。以铸铁发动机为 主要对象的卧轴磨削方式应用面将逐渐减少，以端面铣削为主，铣、
磨兼顾的维修方式将逐渐成为主流。
基于以上几个方面，采用新型的立轴端铣或端磨方式来实现 缸盖、缸体平面的修复加工势在必行。我厂3M9750机床的开发 即是应国内外市场的需求而设计的。
2发动机缸体、缸盖平面维修加工的具体要求
发动机缸体、缸盖的平面度在0.04mm，表面粗糙度 Ra1.6^m ;波纹间距為1.9mm，波纹高度25~51 (xm ;纹理为网纹，
材料分为铝合金及灰铸铁两种。
3机床设计中的关键技术
3.1机床整机
图1为机床外观图。机床采用立轴结构，液压工作台，主轴 箱体沿立柱导轨垂直升降、主轴套筒手动垂直进给，均设置锁紧 机构，可以避免加工时产生的不利振动。采用立磨砂瓦刀盘，磨 削效率高；在刀盘外侧装夹铣刀后，又可以方便进行铣削加工， 扩大了机床加工能力。
3.2机床关键部件的设计
3.2.1变频调速主轴
主轴的前端支承采用“背靠背”圆锥磙子轴承组合，可以同 时承受很大的轴向力和径向力；主轴的后端支承采用双排圆柱磙 子轴承，增强了主轴远端支承刚度及抗振性。
在设计中，通过优化主轴结构，合理制定轴承配合部位的配 合公差要求；主轴套筒与主轴箱体定位孔以小间隙配合，移动范 围20mm，在上下端配合部位设置径向双夹紧机构，保证可靠锁紧， 实现主轴的高刚性，提高了抵抗切削外力影响的能力。主轴前端 与刀盘结合锥面（锥度1:5)的端面跳动不大于0.005mm，径向 跳动不大于0.015 mm。
3.2.2基础大件的设计
机床基础大件含床身、立柱、主轴箱、工作台等，在借鉴国 内先进机床厂家（如陕西机床厂、汉川机床厂等）大结构件设计 经验的基础上，利用三维设计，对重要基础件进行优化设计，合 理设置基础件导轨跨距及导轨结合面的宽度、长度，在主要受力 方向增加基础件宽度及合理布筋，既保证了加工时机床的整体刚 性，又控制了重要基础件铸件的总重量。
3.2.3加工高度的调整方式
为了可以适应于不同的工件高度，主轴箱体由减速电机拖动 丝杠螺母实现大范围快速升降调节，每次下降结束后，箱体有一 微量回升，改变螺母间隙方向，确保在磨（铣）过程中主轴箱不 会产生意外下滑而出现轧刀；刀盘的垂直精细进给则由箱体侧面
的转动手轮调节’手轮转动一格的进给量约为0.02mm，在高度方 面可实现微量调整，操作方便。同时为保证加工时的高刚性，在 粗调整后将主轴箱位置固定，在精进给调整后将主轴套筒位置固 定。这样既可以调整，加工时又可以固定。
3.2.4液压工作台
工作台运动采用液压无级调速，运动平稳，又可方便获得合 理的进给速度。通过调整机械行程撞块，可方便控制运动行程的 位置及大小。
3.2.5冷却方式
磨头冷却采用环状喷淋方式，冷却充分，能有效减小磨削热 变形，保证磨削精度，提高磨削效率。
3.2.6跟随式找正装置
由于气缸体及气缸盖修理加工量比较小，一般在0.2~0.3mm, 为此设计了跟随式找正装置，在刀盘外侧可安装找正表架，可方 便检查工件的变形量，帮助操作工确定进刀深度，操作方便。
3.2.7砂轮修整器
平整锋利的砂瓦可以极大提高加工质量，减少在磨削中产生 的热量，提高修磨工效。为此设计了砂轮修整器，在刀盘护罩外 部安装可安，可方便砂瓦端面的修正。
3.3刀盘结构与切削工艺参数
3.3.1刀盘结构
本机床设计了高刚性端磨砂瓦刀盘，刀盘外侧设置端面铣刀 安装槽，刀盘定位安装孔锥度为1 : 5，与主轴前端外锥面可靠固 定，刀具的轴端伸出量大大缩短，加工时受力更为合理，刚性高， 便于加工精度的保证。刀盘直径+510 mm，刀具直径可以覆盖整 个缸盖的宽度，由于主轴及基础件的高刚性设计，加工时可以一 刀加工，直接加工出所需加工平面，而不会产生振动。
3.3.2切削工艺参数的合理设置
在切削时，通过切削工艺参数的合理选用，可达到所要求的 平面度和粗糙度。
1)铣削招合金缸体缸盖结合面
粗铣进给量0.2~0.5mm ;精铣0.02~0.05mm ;主轴转速 (400~500r/min为宜），粗铣工作台进给速度100~150mm/min ;精铣 50~100 mm/min。
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当建筑物上部结构采用框架结构或单层排架及门架结构承重 时，其基础常采用方形或矩形的单独基础，这种基础称独立基础 或柱式基础。
独立基础是柱下基础的基本形式。当柱采用预制构件时，则 基础做成杯口形，然后将柱子插入。并嵌固在杯口内，故称杯形 基础。
3)井格式基础
当框架结构处在地基条件较差的情况时，为了提高建筑物的 整体性，避免各柱子之间产生不均匀沉降，常将柱下基础沿纵、 横方向连接起来，做成十字交叉的井格基础，故又称十字带形基础。
4)筏形基础
当建筑物上部荷载较大，所在地的地基承载能力比较弱，采 用简单的条形基础或井格式基础不能适应地基变形的需要时，常 将墙或柱下基础连成一片，使整个建筑物的荷载承受在一块整板 上，这种满堂的板式基础称为筏式基础。筏式基础有平板式和梁 板式之分。
不埋板式基础是在天然地表上，将场地平整并用压路机将地 表土碾压密实后，在较好的持力层上，浇灌钢筋砼平板。这一平 板便是建筑物的基础。在结构上，基础如同一只盘子反扣在地面 上承受上部荷载。这种基础大大减少了土方工作量，且较适宜于
2)铣削铸铁缸体缸盖结合面
采用硬质合金铣刀铣削时，粗铣进给量0.2~0.3mm ;精铣 0.02~0.05mm ;主轴转速150~180 r/min，工作台进给速度40~60mm/
min。
米用立方氮化硼铣刀铣削缸盖时，粗铣进给量0.2~0.3mm ; 精铣进给0.02~0.05mm ;主轴转速300~400 r/min，工作台进给速度
80~100 mm/min。
3)磨削铸铁缸体缸盖结合面
磨削操作前，需先拆除砂瓦盘上的铣刀，并应借助百分表精 确控制垂直进给量。
进给量（粗磨0.03~0.05mm ;精磨0.01~0.02mm)，主轴转速 900~1000r/min，工作台移动速度 200~300mm/min。
4加工效果
加工长度1 500mm、宽度500mm、牌号HT250的铸铁试件， 菱形刀纹清晰可辨，其平面度可达0.02 mm，表面粗糙度和波纹度 符合维修加工要求。
5适合加工的工件范围
本机床适合加工的工件范围为：长度在1500 mm，宽度在500 mm，高度在800 mm。
6结论
本发动机缸盖缸体立轴铣磨床于2008年3月样机研制成功， 8月小批生产并销往巴基斯坦用户，用于修理的军用运输车辆及坦 克发动机缸体、缸盖平面的精铣、精磨加工，精度稳定，性能可靠， 效率高，受到客户好评。
该机型能替代传统汽车工业发动机维修企业所用的磨床和铣 床，一机多能，适应范围广，可实现高效加工，操作维护简便， 并满足新型高等级发动机缸体缸盖平面修理要求，填补市场空白， 满足用户需求。
参考文献
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[3]孟少农.机械加工工艺手册[M].机械工业出版社，1991.
较弱地基的情况，特别适宜于5~6层整体刚度较好的居住建筑中。
5)箱形基础
箱形基础是由钢筋砼的底板、顶板和若干纵横墙组成的，形 成空心箱体整体结构，共同承受上部结构荷载。
箱形基础整体空间刚度较大，对抵抗地基的不均匀沉降有利， 一般适用于高层建筑或在软弱地基上建造的重型建筑物。当基础 的中空部分较大时，可用作地下室。
5 结论
综上所述，地基基础是工业与民用建筑结构设计的重要组成 部分，建筑设计的成败，取决于基础设计方案选择是否妥当，以 及基础设计能否适应建筑场地地基上的实际情况。建筑物下的地 基土必须有足够的承担上部建筑物传来的荷载。其变形又必须在 允许的范围之内。建筑物的建造使地基中原有应力状态。、
