关于发动机缸体顶面及缸孔精加工定位方式的探讨

近年来，随着我国汽车工业的不断发展，汽车业已成为国民经济的支柱产业。各汽车制造厂在不断提高质量、性能的同时，对发动机关键零件的加工工艺也在不断地进行探索，以保证发动机的高性能。

图1 缸体顶面和缸孔的技术要求

缸体是发动机的关键零件之一，对缸体的加工各国都采用了许多特殊的工艺方法来保证加工精度，其关键的加工部位有：曲轴孔、缸孔、顶面、止口等。目前，国内外缸体的产品图纸对顶面和缸孔都有如下技术要求(见图1)：缸孔对曲轴孔公共轴线的垂直度在缸孔的全长上不大于D(一般<0.03)、顶面对曲轴孔公共轴线的平行度在全长上不大于D(一般<0.04)等精度指标。这些精度指标将直接影响发动机的性能，因此，对缸体顶面及缸孔加工方法的研究是提高发动机质量的重要手段。

以往缸体的加工大多采用一面二销定位，即利用缸体底面及底平面上的两个或四个定位销(粗、精加工分开)作为定位基准，完成缸体的全部粗、精加工工序，这种定位方法保证了理论上的六点定位原则(平面三点、圆柱销二点、菱形销一点)。但在实际加工过程中，由于缸体底面的加工误差及支承板的加工误差，使工件被夹紧后其底面定位点已大于三点，在粗加工、半精加工时，若定位误差在加工精度范围内，这种超定位方式是允许的；但是，在精加工时这种定位方式难以保证顶面、缸孔与曲轴孔公共轴线的相关精度要求。另外，精加工时的多次重复定位所产生的定位误差也难以保证缸体的加工精度。国外也有用一面二销定位方式来保证与曲轴有相关精度的组合机床，如南汽二发厂为IVECO汽车配置的索菲姆发动机缸体顶面精铣机床就采用了此种定位方式，它是将曲轴孔的精加工与顶面的精铣安排在同一台机床上，这样便可靠地保证了曲轴孔与缸体顶面的平行(见图2)，但是，该机床的结构比较复杂、造价高。因此，缸体精加工时，采用何种定位方式将是保证顶面、缸孔与曲轴孔公共轴线相关精度的重要因素。国内外发动机制造厂及专用机床厂都在不断寻找新的定位方式，如在半精、精加工时采用底面相同三点(面积较小)再配以多点辅助支承来减少因工件变形和多次重复定位所产生的误差(见图3)。再一种目前广为采用的是利用精加工后的曲轴孔为缸体的主定位基准来保证所需的加工精度，这种定位方式消除了底面平面度和多次重复定位所产生的定位误差，有效地保证了顶面、缸孔与曲轴孔相关的精度要求。

Ⅰ—上料工位 Ⅱ—曲轴孔、止推面及其它孔精加工工位 Ⅲ—顶面精铣工位
图2 机床俯视图
图3 一种定位方式

在以曲轴孔为主要定位基准的夹具中，曲轴孔加工精度的高低是保证曲轴孔与顶面、缸孔相关精度的先决条件，曲轴孔应保证较高的同轴度和孔径精度(不低于IT7)，其次是曲轴孔定位销的结构形式也是保证缸体加工精度的重要因素。目前有可涨芯轴和固定芯轴两种结构形式，可涨芯轴的使用须满足以下条件：(1)在工作状态时可涨套的外圆径向跳动应小于0.01；(2)可涨套直径的变化应能保证均匀地消除与芯轴、曲轴孔之间的间隙；(3)可涨套的材料应具有较高的疲劳强度及寿命。固定芯轴在保证自身的高精度、高寿命外，对曲轴孔精度的要求也大大提高，除要求高的同轴度外，孔径精度不应低于IT6。图4为可涨定位芯轴的结构形式(一)，涨套2与芯轴1沿直径D和d用真空电子束的方法焊接在一起(箭头K指处)，其工作原理如下：在两芯轴插入曲轴孔后，借助专用支承来定准缸体底平面，然后通过芯轴1上的孔A把压力油通入涨套内，消除件2与曲轴孔的间隙，使缸体略微抬起后正确定位。图5为可涨芯轴结构形式(二)，填充物2具有可延伸性、耐腐蚀性，以防止冷却液和切屑进入涨套3内，此结构工作前直径D>d，以避免涨套3在插入曲轴孔时磨损。它的工作原理是：在可涨芯轴插入曲轴孔之前，精过滤的冷却液或压缩空气经孔A喷出将曲轴孔冲净，然后两芯轴插入曲轴孔内，再借助专用定位基准将缸体摆正，此时件1在油缸力P的作用下，使涨套3工作消除与件4和曲轴孔的间隙，使缸体略微抬起，此时涨套3的直径大于D。最后再辅以底面多点支承。图6为固定芯轴的一种形式，它的工作原理是：由工件移动或固定芯轴移动将芯轴插入曲轴孔内，然后借助专用定位支承机构将缸体略微抬起，使曲轴孔的下母线与定位销的上母线贴合，工件得以正确定位。
图4 可涨定位芯轴结构形式(一)
图5 可涨定位芯轴结构形式(二)
图6 固定芯轴

综上所述，缸体顶面、缸孔精加工的定位方式很多，但以曲轴孔为主定位的方式目前采用的较多，所以我们在设计此种机床时要充分分析产品图纸的精度要求，以确定合理的定位方式和结构来保证缸体的加工精度，确保发动机的高质量、高性能。

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