1 發動機曲軸加工技術現狀

      發動機曲軸生產線（xiàn）存在較多的是陳（chén）舊生產（chǎn）線。陳舊生產線（xiàn）主要由普通機床和（hé）專用機床組成, 生產效率和自動化程度較低, 粗加工是沿用20 世（shì）紀70 年代以前就盛行的車削方法, 采用多刀車床車削（xuē）曲軸主軸頸（jǐng）及連杆軸頸, 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餘量。采用的刀具（jù）材料是高速鋼和普通硬質合金。一般精加工采用MQ8260 等普通曲（qǔ）軸磨（mó）床粗磨（mó）半精磨精磨拋光（guāng）, 通常靠手工操作, 加工質量不穩定, 尺寸一致性差。陳舊生產線一個主要的特點就是普通設備太（tài）多, 按加工（gōng）球墨鑄鐵曲（qǔ）軸來算, 一條生產線35~ 40 台設備, 生產（chǎn）效率完全是靠多（duō）台設備分解工序和（hé）餘量來（lái）提高的。

      2高效加工技（jì）術應用狀況

      當今的（de）汽車發動機製造技術正朝著高速、智能、複合、環保方麵發展, 其發展特點是競爭加劇, 如何能不斷提高生產效率、降低製造（zào）成本, 以具有競爭力的價（jià）格向客戶提供高質（zhì）量的產品, 及時滿足用戶日益增長的需求, 成為各企業共（gòng）同關注的焦點。發動機生產的柔（róu）性化要求提（tí）高, 要求能夠根據市場的需求及時推出新的產品或轉換新的型號生產, 當市場對某種產品有需求時必須抓住（zhù）機遇生（shēng）產出足夠滿足市場需要的產品。發動機製造中有大量零部件需（xū）要進行切削加工, 具有技術密集程度高、生產批量大（dà）、製造節拍快的（de）特征。發動機製造中使用的刀具不僅要求其切削性能好、工作壽命長, 還（hái）要求（qiú）其具有高度的穩定性, 同時還要具有很高的性能（néng）價格比。金屬切削和刀具技術作為機械加工工藝環節（jiē）中最活躍的因素, 成為提（tí）高生產效率和加工（gōng）質量、降低製造成本（běn）的關鍵技術之一。

      正是基於以（yǐ）上情況, 在進入21 世（shì）紀以來, 高效加工技術（shù）及汽車裝備製造業得到了迅速的應用（yòng）, 生產（chǎn）效率得到了（le）很大的提高, 發動（dòng）機曲軸生產線生產設備數量正急劇減（jiǎn）少。筆者（zhě）曾在一轎車發動機曲軸生產線看到（dào）, 全線設備( 包括熱處理（lǐ）、表麵強化) 僅（jǐn）有13 台設備左右,產品周轉線短, 加工效率高（gāo）, 易於質量管理。

      20 世紀80 年代（dài）後期, 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（gōng）工藝是將曲軸車削工藝與曲軸車拉工藝完美結合, 生產效率高, 加工精（jīng）度好, 柔性強（qiáng）, 自動化（huà）程度高, 換刀時間短, 特別適合（hé）有沉割槽曲軸的加工, 加（jiā）工後曲軸可直接進行精磨, 省去（qù）粗磨工序。如圖1 所示的是曲（qǔ）軸車拉刀結構。

      20 世紀90 年代中期國外又研（yán）發出來新型的數控高速曲（qǔ）軸外銑機床, 使（shǐ）曲軸粗加工工藝又上了一個新台階, 數控曲軸內銑與數控高速曲軸外銑對比,內銑存在以下缺點: 不（bú）容易（yì）對刀、切削（xuē）速（sù）度較低( 通常（cháng）小於160m/min) 、非切削時間較長、機床投資較多、工序（xù）循環時間較長, 但內銑用來加工鍛（duàn）鋼曲軸容易斷屑, 加工容易。圖2是曲（qǔ）軸內銑（xǐ）刀（dāo）結構。而數控（kòng）高速曲軸外銑有以下優點: 切削速度高( 可高達350 m/ min) 、切（qiē）削時間較短、工序循環時間（jiān）較短、切削（xuē）力（lì）較（jiào）小、工件（jiàn）溫升（shēng）較低、刀具壽命高（gāo）、換刀次數少、加工精度更高、柔性更好。數控高速外銑的缺點是不能（néng）加工軸向有沉割槽的曲軸, 圖3 和圖4 為曲軸高速外銑刀的結構及應用。

      由以上可以看出, 曲軸粗加工比較流行的工藝是:主軸頸采（cǎi）用車拉工藝和高速外銑, 連杆頸采用高速外銑, 全部采用幹式切削。由於（yú）國（guó）外此類（lèi）設備價格昂貴,

       產品加工成本很高, 國內（nèi）一些（xiē）機床生產廠家相（xiàng）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專用機床。我公司購進6 台此類機床, 不同質量的刀片加工效果差異很大, 以數控高速曲（qǔ）軸銑床為例, 刀盤安裝國產某硬（yìng）質合（hé）金塗層刀具, 切削線（xiàn）速度80 ~120m/ min, 而且刀片消（xiāo）耗嚴重; 而換上山特維克可樂滿等優（yōu）秀刀具製（zhì）造上的專用塗層刀具, 其切削速度可達200m/ min 左右, 而且刀片消耗總體較低, 之所以達不到德國高速外銑的350m/ min 的線速度, 國產機床的（de）性能影響了刀（dāo）具效率（lǜ）的發揮（huī）。

      曲（qǔ）軸精加工采用國內數（shù）控磨床磨削情況已相當普遍, 產品加工（gōng）精度已有相當（dāng）程（chéng）度的提高。為滿足曲軸日益提高（gāo）的加工要求, 對曲軸磨床提出（chū）了很高的要求。隨著現代驅動和控製技術、測量控製、CBN 立方氮（dàn）化圖5  曲軸連杆（gǎn）頸（jǐng）隨動磨削機理硼) 砂（shā）輪和先進的機床部件的應用, 為曲軸磨床的高精度、高效磨削（xuē）加工創造了條件。一種稱之（zhī）為連（lián）杆頸隨動磨削工藝( 如圖（tú）5) 正是體現了這些（xiē）新技術綜（zōng）合應（yīng）用（yòng）的（de）具體成果。而這種隨動磨削工藝可顯著地提高曲軸連杆頸的磨削（xuē）效率、加工精度和加工柔性。在對連杆（gǎn）頸進行隨動磨削時, 曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉, 並在一次裝夾下磨削所有連（lián）杆頸。在磨削（xuē）過程中, 磨頭實現往複擺動進（jìn）給, 跟蹤著偏心回轉的（de）連杆頸進行（háng）磨削加工。實現（xiàn）隨動磨削, X 軸除了必須具有高的動態性能外, 還必須具有（yǒu）足夠的跟蹤精度, 以（yǐ）確保連杆頸所要求的（de）形狀公差。CBN 砂輪（lún）的應用是實現連杆頸隨動磨削的重要（yào）條件。由於CBN 砂輪耐磨性高, 在磨削過程中（zhōng）砂輪的直徑幾乎是不（bú）變的, 一次修整可磨削600~ 800 條曲（qǔ）軸。CBN 砂輪可以采用很高的磨削速度, 在曲軸（zhóu）磨床上一般可（kě）采用高達120~ 140m/ s 的磨削速度（dù）, 有的甚至可（kě）更高些, 磨削效率很高。

       3 複合加工技術應用狀（zhuàng）況

      提到複合（hé）加工技術, 就不得不提到複合加工機床,複（fù）合加工機床的定（dìng）義也是隨時（shí）代變化的。過去將加工中心稱為複合加工機床, 但因工具交換加工的品種受到限製（zhì）, 而且（qiě）也走（zǒu）不出切削加工的領域, 現在已經不再將一般的（de）加工中心稱之為複合加工機床了（le）。複合機床（chuáng）應具有工序集（jí）成功能, 多種加工集成功能（néng）。從製（zhì）造業所處的環境看, 複合加（jiā）工機床將一（yī）直是重點開發（fā）的機床產品之一, 功能不斷擴大, 會（huì）向（xiàng）著 一台機床成（chéng）為一個小工廠的方向邁進（jìn）。

      曲軸製造業複合加（jiā）工技術也有了一定程度的（de）應用,奧地利WFL 公司生產的臥式車銑複（fù）合加工中心具有一定的代表性。WFL 公司提出了“ 一次裝（zhuāng）夾, 完全加（jiā）工”的（de）概念。該係列的一（yī）種M40G 車銑（xǐ）中心集成了雙主軸車削中心, 五軸加工中心, 深孔鏜、銑、鑽和三坐（zuò）標功能於一身, 在一台具有雙主（zhǔ）軸的車銑複（fù）合加工中心上可以對曲軸進行完（wán）全加工, 加工後的曲軸可直（zhí）接轉入精加工工（gōng）序。目前國內也推出了類似的複合機床, 在CIMT2005上, 沈陽數控機床有限責任公司展出的CKZ80- 5 車銑加工中心就是（shì）一台複（fù）合機（jī）床。該機床代表了我（wǒ）國同類機床的最高水平。該機床五軸中X、Y、Z、B 軸采用（yòng）直線光柵尺或圓度光（guāng）柵尺檢測, 可實現閉環控製。該（gāi）加工中（zhōng）心備有48~ 96 工位刀庫可實現自動換刀, 一次裝（zhuāng）夾可進行車（chē）、銑、鑽、鏜、攻螺紋等的加工。

      在曲軸精加工（gōng）方麵, 也出現了工序集成的CBN 數控磨床, 即一（yī）次裝夾磨削全部（bù）曲軸主軸頸和連杆軸頸, 此（cǐ）類磨床一般配雙砂輪頭架。日本TOYADA 工機、德國勇克( JUNKER) 、德國NAXOS 等（děng）生產的此（cǐ）類數控磨床是比較成熟的設備。

      4 刀（dāo）具（jù）材料多樣化（huà）

      切削刀具性能的提高為高效高速加工發展提供了可能性, 除了高速鋼、硬質合金以外, 超硬材料的發展起到了重（chóng）要（yào）的作用。PCD、PCBN 為難加工材料的切削、幹切削、硬（yìng）切（qiē）削（xuē）等的加工創造了條件（jiàn）。

      為適應曲（qǔ）軸加工高速化、高效率、幹式切削的需求, 目前大量采用塗層刀（dāo）具, 塗層的（de）材料, 從（cóng）TiN 發展為A12O3、TiC、ZrO2 等（děng）, 根據加工的要求, 為提高耐高溫的性能, 又發展了（le）TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN 等。現在PVD ( 物理氣相（xiàng）沉（chén）積) 、CVD ( 化學氣相（xiàng）沉（chén）積) 技（jì）術不斷推陳出新, 由單層發展成多層、千層、複（fù）合塗層, 現在又（yòu）發展成納米塗層; 深油（yóu）孔的加工采用槍鑽加工代替普通加長（zhǎng）高速鋼鑽頭, 鑽孔和攻螺紋用硬（yìng）質合金材料來代替過去的高速鋼（gāng）材料。目前曲軸的精（jīng）加工也漸漸開始使用CBN 砂輪加工, CBN 砂輪價（jià）格昂貴, 但由於加（jiā）工效率和壽命長, 分攤（tān）到每個工件上的刀具費用（yòng）反而比采用（yòng）價格低廉的普通砂輪的要（yào）低。據德國NAXOS 磨床廠的資料, 采用CBN 砂輪加工時間通常可縮短50%, 而（ér）加工（gōng）費用可節約（yuē）50%以上。

      為（wéi）達到（dào）高（gāo）效加工的目的, 還出現了組合式刀具和複合刀具, 以簡化工序（xù）、減少刀具（jù）數量、減少換（huàn）刀時間和降低加工節拍時間, 現在, 還出（chū）現了鑽孔和螺紋加工在一起的組合式刀具, 這種複合刀具（jù）的前部用於鑽孔, 緊接（jiē）著是刀具的螺紋加工部分（fèn）, 在螺紋底孔（kǒng）被鑽出來後,該刀具即進行螺紋的銑削加工, 僅用一把刀具即完成該孔的全部加工。

      由於組合式刀具的應用大大（dà）提高了生產效率, 但也（yě）增加了非標準刀具的種類和數量, 增加了對刀具管理的要求, 特別（bié）是在刀具非正常消耗發生時, 增加了快速獲得替代刀具的困難和影響生產線（xiàn）正常生產的風險。因此怎樣做到既能保證（zhèng）為獲得高的生產（chǎn）率而（ér）大量采用複合刀具, 又能盡可（kě）能地使刀具實現標準（zhǔn）化, 就成為刀具製造業和汽（qì）車製造業需要（yào）共同關注和研究解決的問題。這需要製定一些相（xiàng）關的標準, 開發定向於平台的刀具, 建立一（yī）些標準的複（fù）合刀具結構。根據生產任務合理（lǐ）的組合或者（zhě）變換切削及（jí）功能模塊, 並（bìng）在這種複（fù）合（hé）刀具中（zhōng）盡可能地采（cǎi）用標準刀片, 以快速價廉地製造各種專（zhuān）用刀具, 這樣將會大大降低刀（dāo）具製造、采購和庫存成本, 縮短刀具供貨時間, 並顯著提高出現刀具非正常消耗時（shí）的應急能力和快速響應能力。

      5 國內工具行業必須加快發展

      首先應該看到, 中國工具業是落後於發動機（jī）製造業的（de）, 發動（dòng）機製造先（xiān）進設備（bèi）主要依賴進口, 而國產刀具無法滿足（zú）進口設備的需（xū）要, 主要表現在（zài）中國工具業生產標準化、通用化刀具, 無法滿足汽車製造業對高效刀具的需求。當然（rán）工具業內部也有相（xiàng）當一部分（fèn）企業努力追求技（jì）術進步, 使自己的產品和服務盡快趕上現代製造（zào）高速發展的需求。如株洲鑽（zuàn）石切削（xuē）刀具股份有限公（gōng）司在硬質合（hé）金基體材料、塗層技術、刀具（jù）結（jié）構設計（jì）、刀片槽形開發（fā）等方麵取得了重大突破; 東風汽車公司刃量具（jù）廠繼前（qián）幾年（nián）在國內率（lǜ）先開發成功具有國際（jì）先進水平的曲軸車拉刀之後, 2005 年（nián）又為文登天潤曲軸有限公司成功開發六拐曲軸高速銑（xǐ）刀, 一次進刀( 工件旋轉一周) 中同時完成七個主軸（zhóu）頸的銑削加工, 達到國際（jì）先進水平, 如圖6 所示。

      中國工具行業也存在較多的問題, 主要是設計開發能力低、技術落後。技術開發還（hái）是停留在技術消化、測繪、仿製、實現國產化（huà）的低層次上（shàng）, 沒有充分（fèn）掌握設計技術（shù）; 生產管理和質量意識落後（hòu）, 產品質量（liàng）不穩定; 主機廠（chǎng）配套（tào）工作力度不夠。

      提高切削效率是切削技術進步的根本動力, 中國工具業應充分消（xiāo）化國內外切削技術發展的先（xiān）進理念和最新技術成果, 結合我國國（guó）情探索發（fā）展中國（guó）切削技術和振興中國刀（dāo）具產業的發展戰略, 最（zuì）終做到中國刀具服務中國。