進入21 世紀以後，發動機曲軸在製造工藝、刀具等方麵都（dōu）發（fā）生了巨大的變化，與以前加工工藝有很多不同。領導了近半個世紀的多刀（dāo）車削工藝和手動磨削工藝，由於加工精度低和柔性差等原因，將逐步（bù）退出（chū）曆史（shǐ）舞台（tái）。高效複合加（jiā）工技術及裝備（bèi）迅（xùn）速進入汽車及零部件製造業，曲軸的高效複合加（jiā）工技（jì）術在行業內（nèi）已有（yǒu）相當程度的應用，這都將代表這一行業的未來發展趨勢。

      曲軸加工技術現狀

      國內舊式（shì）曲軸生產線多由普通機床和專（zhuān）用機（jī）床組成，生產效率（lǜ）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杆軸（zhóu）頸，工序質量穩定性差，容易（yì）產生較（jiào）大的加工應力，難以達到合理的加（jiā）工餘量。精加工多采用普通曲軸磨床粗磨－ 半精磨－ 精磨－拋光， 通常靠手動操作， 加工質量不穩定， 尺寸（cùn）一致性差。老式生產線（xiàn）一個（gè）主（zhǔ）要的特點就是普通設備太多， 按（àn）加工球墨鑄鐵曲軸來算（suàn）， 一條生產線35～ 40 台設備。筆者曾考察過南方一條鍛鋼曲軸（zhóu）生產線，粗加（jiā）工采（cǎi）用（yòng）普通外銑加工主軸頸（jǐng）和連杆頸，然後數控精車主軸頸和連杆軸頸，再（zài）經過多道工序的磨削方式轉入精加工（gōng）工序。生產線設備更是多達60 多台，產品周轉線長（zhǎng），場地（dì）占用麵積大，生產效率完全是靠多台設備分（fèn）解工序和（hé）餘量來提高的。然而當今的發動機（jī）曲軸製造業麵臨著以（yǐ）下問題：

      （ 1） 多品種、小（xiǎo）批量生產。

      （ 2）交貨期大（dà）大縮（suō）短。

      （ 3）降低生（shēng）產（chǎn）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（xū）要解決的課（kè）題，如（rú）硬切削（xuē）。

      （ 5） 為保護環境，要求少用或不用切削液，即實現幹式切削或準幹式切削。

      正是基於（yú）以上出現的新情況，在進（jìn）入21 世（shì）紀以來（lái），高效複合加工技術及裝備汽車製（zhì）造業（yè）得到了迅速的應用，生產效率得到了很大的提高，發動機曲軸生產線生產設備數量才得以減少，筆者曾在一條轎車發動機曲軸生產線看到，全線僅有13 台設備（bèi）左右，產品周轉線短，加工效率高（gāo），易於質量管理。

       曲軸高效加工技術的進（jìn）展

      2 0 世紀8 0 年代（dài）後（hòu）期， 德國B O E H R I N G E R 公司和H E L L E R 公司相繼開發出了完善的曲（qǔ）軸車- 車（chē）拉機床，該加工工藝（yì）是將曲軸車削工藝與曲軸車拉工藝完美結合，生（shēng）產效率高，加工精（jīng）度（dù）好，柔性（xìng）強，自動（dòng）化（huà）程度高，換刀時間短，特別適合有沉割槽曲軸的加工，加工後曲軸可直接進行精磨，省去粗磨工序。因此，曲軸車－ 車拉加工（gōng）工（gōng）藝是目前國際上曲軸粗加工中流行的加工工藝（yì）之一。

      20世紀90年代中期國（guó）外又研發出（chū）來新型的C N C 高速曲軸外銑機床，使曲軸粗加工工藝又上了一個新台階， CNC 曲軸內銑與CNC 高速曲軸外銑對比，內銑存在以下（xià）缺點：

      不容易對刀、切削速度較低（ 通（tōng）常不大於（yú）160m/min）、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環時（shí）間較長。而（ér）CNC 高速曲軸外銑有以下優點：切削（xuē）速度（dù）高（可高達350m/min）、切（qiē）削時間較短（duǎn）、工序循（xún）環時間較短、切削力較小、工件溫（wēn）升較低、刀具壽命高、換（huàn）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（jiā）工的發展方向。

      筆者在江蘇南亞自動（dòng）車有限公司菲（fēi）亞特轎車曲軸生產線見到德國B O E H R I N G E R 公司兩台設備加工狀況，一台為數控曲軸（zhóu）車－ 車拉機床， 另外一台為C N C 高速曲軸外銑，切身體驗了一次“ 削（xuē）鐵如泥”的感（gǎn）覺。據專家（jiā）介紹，曲軸車（chē）－ 車拉機床特別適合於軸頸有沉（chén）割槽、平衡塊側麵不用加工曲軸，而高速外（wài）銑則不能加工軸向有沉割槽的曲軸。下（xià）麵簡要（yào）介紹一下VDF 315 OM － 4高速隨動外銑床的加工性能： 該機床是（shì）德國B O E H R I N G E R 公司專為汽車發動機曲軸設計製造的柔（róu）性數控銑床，該設備應用工件回轉和銑刀進給伺服連動控製技術（shù），可以一次裝夾不改（gǎi）變曲軸回轉（zhuǎn）中心隨動跟蹤（zōng）銑削曲軸的連（lián）杆軸頸。VDF 315O M － 4 高速（sù）隨動外銑采用複合材料一體化結構床身，工件兩端電子同步（bù）旋轉驅動（dòng）， 具有幹式切削、加工精度高、切削效（xiào）率高等（děng）特點； 使用SIEMENS 840D CNC 控製係統，設備操作說明書（shū）在人機界麵上，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450 ～700mm、回轉直徑在380mm 以內的各種曲軸， 連杆軸頸直徑誤差為± 0.02mm。

      由此可以看出，曲軸粗加工比較流（liú）行的工藝是： 主軸頸采用車拉工藝和高速外銑，連杆軸（zhóu）頸采用高速外銑，而且趨於高速隨動外銑，全部采用幹式切削（xuē）。由於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相繼開發出了數控曲軸車床、數控高速曲軸銑床，數控（kòng）曲軸車拉機床等專用機床（chuáng）。曲軸精加工采用國內數（shù）控磨床磨削已（yǐ）相當普（pǔ）遍（biàn），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（yào）求，對曲軸磨床也提出了很高的要求。現代曲軸磨床除了要有很高的靜（jìng）態、動態剛度和很（hěn）高的加工精度外，還（hái）要求有很高的（de）磨削效率和更高的柔性。近年（nián）來，更要求曲軸磨床具有穩定的加工精度， 為此， 對曲（qǔ）軸磨床的工序（xù）能（néng）力係數規定（dìng）了Cp ≥ 1.67，這意味著（zhe）要求曲軸磨床的實際加工公（gōng）差要比曲軸給定的公差小一半。隨著現代驅動和控製技術、測量（liàng）控製、CBN（ 立方（fāng）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、高效磨削加工創造（zào）了條件。一種稱之為連杆軸頸隨（suí）動磨削工藝（yì）（ 如（rú）圖1所示）正是體現了這些新技術綜合應用的具體成果。而這種隨動磨削工（gōng）藝（yì）可顯著地提高曲軸連杆軸頸的磨削效率（lǜ）、加工精度和加工（gōng）柔（róu）性。在對連杆軸頸進行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉，並在一次裝夾下磨削所（suǒ）有連杆軸頸。在磨削過程中，磨頭實現往複擺動進給，跟蹤著偏心（xīn）回轉的連杆軸頸進行磨削加（jiā）工。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（gòu）的跟（gēn）蹤精度（dù），以確（què）保連杆（gǎn）軸頸所（suǒ）要求（qiú）的形狀公差。CBN 砂輪的（de）應用是實（shí）現連杆軸頸隨動磨削的重要條件。由於C B N 砂輪耐磨性高，在磨削過程中砂輪的直徑（jìng）幾乎是不變的（de），一次修（xiū）整可磨削600～ 800 條（tiáo）曲（qǔ）軸。CBN 砂輪可以采用（yòng）很高（gāo）的磨削速度，在曲軸磨床上一般可采用（yòng）高達120～ 140m/s的磨削速（sù）度（dù），有的甚至可更（gèng）高些，磨削效率很高（gāo）。

       曲軸複合（hé）加工（gōng）技術應用狀（zhuàng）況

      提到複合加工技術，就不得不提到複合（hé）加（jiā）工機床，複合加工機床的定義也是隨時代變化的。過去將加工中心稱為複合加工機（jī）床，但因工具交換加工的品種受到限製，而且也走不出（chū）切削加工的領域，現在已經不再將（jiāng）一般的加工中心（xīn）稱為複合加工機床了。複合機（jī）床應具有工序集成功能，多（duō）種加工集成功能。從製造業（yè）所處的環境看（kàn），複（fù）合加工機床將一直（zhí）是重點開發的（de）機床產品之一， 功能不（bú）斷擴大， 會向著“ 一台機床（chuáng）成為一個小工廠”的方向邁進。

      曲軸製造業複合加工技術也有了一定程度的應用， 奧地利WFL 公司生產（chǎn）的臥式車銑複合加工中心具有一定的代表性。WFL 公司提出（chū）了“ 一次裝夾， 完全加工” 的（de）概念。如圖2 所示的（de）M40G 是該係列的一種。該車銑中心集（jí）成了雙主軸車削中心、五軸加工中心、深孔（kǒng）鏜、銑、鑽和三坐標功（gōng）能於一身，在一台具有雙主軸的（de）車銑（xǐ）複合（hé）加工中心上可以對曲軸進行完（wán）全加工，加工後的曲軸可（kě）直接轉入精加工工序。目前國內也推（tuī）出了（le）類似的複合機床，在 CIMT2005 上，沈陽數控（kòng）機床（chuáng）有限（xiàn）責任公司展（zhǎn）出的CKZ80 － 5 車銑加工中心就是一台複合機床。該機床代（dài）表了我國同類機床的最（zuì）高水平。該機床五軸中X、Y、Z、B 軸采用直線光（guāng）柵尺或圓度光柵尺檢測， 可實現閉環控製。該加（jiā）工中心備有48～ 96工位刀庫可實現自動換刀，一次裝夾可進行車、銑、鑽、鏜、攻（gōng）螺紋等的加工。

      在曲軸精加工方麵，也出現了工序集（jí）成的CBN 數控磨床，即一次裝夾磨削（xuē）全部曲軸主軸頸和連杆軸頸， 此類磨床一般配（pèi）雙砂（shā）輪頭架。日（rì）本TOYADA工機、德國勇克（ J U N K E R）、德國N A X O S 等生產的此類數（shù）控磨（mó）床是比較成熟的設備。這裏簡要介紹一下日本T O Y A D A 工機開發生產的G F 7 0 M － T 曲軸磨床的（de）性能：該機床是為了滿足多品種、低成（chéng）本（běn）、高精度（dù）、大批量生產需（xū）要而設計的（de）數控曲軸磨床。應用工件回轉和砂輪進給伺服聯動控製技術，可以一次裝夾而不改變曲軸（zhóu）回轉中心即可完成所有軸頸（jǐng）的磨削（xuē），包括隨動跟蹤磨削連杆（gǎn）軸頸；采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲（sī）杠（ 砂輪頭（tóu）架）和線性光柵閉環控製， 使用T O Y A D A 工機（jī）生產的G C 5 0 C N C 控製係（xì）統， 磨（mó）削軸頸圓度精度可達到0.002mm； 采用CBN 砂輪， 砂（shā）輪線速度高達120m/s， 配雙砂（shā）輪頭架（jià），磨削效率極高。

      高效刀具材料多樣化

      切削刀具性能的提高為高效高（gāo）速加工發（fā）展提供了可能性，除了高速鋼、硬質合金以外， 超硬材料的（de）發展起到了（le）重要的作用。P C D、PCBN 為難加（jiā）工材料的（de）切削、幹切削、硬切削等的加（jiā）工創造了條件。

      為適應曲軸加工高速化、高效率、幹式切削的需求，目前大量采（cǎi）用塗層刀具， 塗層的材料從TiN 發展為A12O3、TiC、ZrO2、等（děng）， 根據加工的要求，為提高耐高溫（wēn）的性能， 又發展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN 等。現在PVD (物理氣相沉積（jī）)、CVD(化（huà）學氣相（xiàng）沉積)技術不斷推陳出新，由單層發（fā）展成（chéng）多層、千層、複合塗層，現（xiàn）在又發展成納米塗層，如圖3 所示的（de）曲軸高速外銑刀使用的就是塗層刀具； 深油孔的加工采用槍鑽加工代替普（pǔ）通加（jiā）長高速鋼鑽頭，鑽孔和攻螺（luó）紋用硬質合金材料來代替過去的高速鋼材料。

      目前曲軸的精加工也漸漸開始使用C B N 砂輪加工，C B N 砂輪價格昂貴，但由於加工（gōng）效率和耐用度高（gāo），分攤到每個工（gōng）件上的刀具費用反而比采用價（jià）格（gé）低廉的普（pǔ）通砂輪的要低，據德國（guó）NAXOS 磨床廠的（de）資料， 采（cǎi）用C B N 砂輪加工時間通常可縮短50%， 而加工費用可節約50% 以（yǐ）上（shàng）。

        結語（yǔ）

      以上主要從曲軸機械加工方麵論述了曲（qǔ）軸加工的進展，由此可得（dé）出以下結論：

      （ 1） 曲軸多刀（dāo）車削（xuē）工藝將逐步退出曆史（shǐ）舞（wǔ）台， 盡管這一時期較長。

      （ 2） 高效加工技術在曲軸製造（zào）業已有相當程度的應用。

      （ 3） 適合於多品種、小批量的複合加工（gōng）技術（shù）是（shì）今後曲軸加工的一個發展方（fāng）向。

      （ 4） 切削刀具性能的提高為高效（xiào）複合加（jiā）工（gōng）的發（fā）展提供（gòng）了（le）技術保障。