發動機曲軸復合加工技術成為發展趨勢

進入21世紀以后，發動機曲軸在制造工藝、刀具等方面都發生了巨大的變化。領導了近半個多世紀的多刀車削工藝和手工磨削工藝，由于加工精度低和柔性差等原因，正在逐步退出歷史舞臺。高速、的復合加工技術及裝備迅速進入汽車及零部件制造業，高速復合加工技術在曲軸加工生產中已有相當程度的應用，并將是其必然發展趨勢。

   　曲軸加工技術設備現狀

  　  目前，國內較陳舊的曲軸生產線多數由普通機床和機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備一般采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質量穩定性差，容易產生較大的加工應力，難以達到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲軸磨床進行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通常靠人工操作，加工質量不穩，尺寸一致性差。

　    老式生產線一個主要的特點就是普通設備太多，按加工球墨鑄鐵曲軸來計算，一條生產線有35～40臺設備。筆者曾考查過國內某一鍛鋼曲軸生產線，粗加工采用普通外銑加工主軸頸和連桿頸，然后數控精車主軸頸和連桿頸，再經過多道工序的磨削方轉入精加工工序。所以這條生產線設備達60多臺，導致產品周轉線長、場地占用面積大，其生產效率*是靠多臺設備分解工序和余量來提高的。

 　   而當今的汽車發動機曲軸制造業面臨的卻是以下幾個問題：

   　 1.多品種、小批量生產；

  　  2.交貨期大大縮短；

 　   3.降低生產成本；

　    4.難切削材料的出現使加工難度明顯增加，加工中提出了許多需要解決的課題，如硬切削；

    　5.為保護環境，要求少用或不用切削液，即實現干式切削或準干式切削；

  　  正是基于以上情況，進入21世紀以來，高速、高精、的復合加工技術及裝備在汽車曲軸制造業中得到了迅速的應用，生產效率得到了很大提高，因此發動機曲軸生產線中生產設備數量得以減少。筆者曾在某一轎車發動機曲軸生產線看到，全線設備（包括熱處理、表面強化）只有13臺設備左右，產品周轉線短、加工效率高、易于質量控制管理。

   　 曲軸復合加工技術的發展

 　   20世紀80年代后期，德國BOEHRINGER公司和HELLER公司開發出了完善的曲軸車－車拉機床，該加工工藝是將曲軸車削工藝與曲軸車拉工藝結合，生產效率高、加工精度好、柔性強、自動化程度高、換刀時間短，特別適合有沉割槽曲軸的加工，加工后曲軸可直接進行精磨，省去粗磨工序。因此，曲軸車－車拉加工工藝是目前上曲軸粗加工中流行的加工工藝之一。

  　  20世紀90年代中期出現的新型CNC高速曲軸外銑機床使曲軸粗加工工藝又上了一個新臺階。CNC曲軸內銑與CNC高速曲軸外銑對比，內銑存在以下缺點：不容易對刀、切削速度較低（通常不大于160m/min）、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環時間較長。而CNC高速曲軸外銑具有以下優點：切削速度高（可高達350m/min）、切削時間較短、工序循環時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數少，加工精度更高、柔性更好。因此，CNC高速曲軸外銑將是曲軸粗加工的發展方向。

    　筆者在江蘇南亞自動車有限公司菲亞特轎車曲軸生產線見到德國BOEHRINGER公司兩臺設備，其中1臺為數孔曲軸車－車拉機床，另外1臺為CNC高速曲軸外銑，親身體驗了一次“削鐵如泥”的感覺。據專家介紹，曲軸車－車拉機床特別適合于軸頸有沉割槽、平衡塊側面不用加工的曲軸；而高速外銑則不能加工軸向有沉割槽的曲軸。該銑床為德國BOEHRINGER公司的VDF 315 OM-4高速隨動外銑床，它是德國BOEHRINGER公司專為汽車發動機曲軸設計制造的柔性數控銑床，該設備應用工件回轉和銑刀進給伺服連動控制技術，可以一次裝夾不改變曲軸回轉中心，并隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4高速隨動外銑采用復合材料一體化結構床身，工件兩端電子同步旋轉驅動，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點；該銑床使用SIEMENS 840D CNC控制系統，通過輸入零件的基本參數即可自動生成加工程序，可以加工長度在450～700mm、回轉直徑在380mm以內的各種曲軸，連桿軸頸直徑誤差為±0.02mm。

   　 由上可以看出，曲軸粗加工比較流行的工藝是：主軸頸采用車拉工藝和高速外銑，連桿頸采用高速外銑，而且傾向于高速隨動外銑，全部采用干式切削。由于國外此類設備價格昂貴，產品加工成本很高，國內一些機床生產廠家（如青海第二機床制造有限責任公司）相繼開發出了數控曲軸車床、數控高速曲軸銑床，數控曲軸車拉機床等機床。

  　  曲軸精加工采用國內數控磨床磨削情況已相當普遍，產品加工精度已有相當程度的提高。為滿足曲軸日益提高的加工要求，對曲軸磨床提出了很高的要求。現代曲軸磨床除了要有很高的靜態、動態剛度和很高的加工精度外，還要求有很高的磨削效率和更多的柔性。近年來，更要求曲軸磨床具有穩定的加工精度，為此，對曲軸磨床的工序能力系數規定了Cp≥1.67，這意味著要求曲軸磨床的實際加工公差要比曲軸給定的公差小一半。隨著現代驅動和控制技術、測量控制、CBN（立方氮化硼）砂輪和先進的機床部件的應用，為曲軸磨床的高精度、磨削加工創造了條件。一種稱之為連桿頸隨動磨削的工藝。正是體現了這些新技術綜合應用的具體成果。這種隨動磨削工藝可顯著地提高曲軸連桿頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對連桿頸進行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現往復擺動進給，跟蹤著偏心回轉的連桿頸進行磨削加工。要實現隨動磨削，X軸除了必須具有高的動態性能外，還必須具有足夠的跟蹤精度，以確保連桿頸所要求的形狀公差。CBN砂輪的應用是實現連桿頸隨動磨削的重要條件。由于CBN砂輪耐磨性高，在磨削過程中砂輪的直徑幾乎是不變的，一次修整可磨削600～800條曲軸。CBN砂輪還可以采用很高的磨削速度，在曲軸磨床上一般可采用高達120～140m/s的磨削速度，磨削效率很高。