1 發動機曲軸加工技術現狀

      發（fā）動機曲軸生產線存在較（jiào）多的是陳舊生產線。陳舊生產（chǎn）線主要由普通機床（chuáng）和（hé）專用機床組成, 生產效率和自動（dòng）化程（chéng）度較低, 粗加工是（shì）沿用20 世紀70 年（nián）代以前就盛（shèng）行（háng）的車削方法, 采用多刀（dāo）車床車（chē）削曲軸主軸頸及連杆軸頸, 工序質量穩定性差, 容易產生較大的加工（gōng）應力, 難以達到合理（lǐ）的加工餘量。采（cǎi）用的刀具（jù）材料是高速鋼和普通硬質合金（jīn）。一般精加工采用MQ8260 等普通（tōng）曲軸磨床（chuáng）粗磨半精（jīng）磨精磨拋光, 通常（cháng）靠手工操作, 加工質量不穩定, 尺寸一致性差。陳舊生產線一（yī）個主要的特點就是普通設備（bèi）太多, 按加工（gōng）球墨鑄鐵曲軸（zhóu）來（lái）算, 一條生產線（xiàn）35~ 40 台設備, 生產效率完全（quán）是靠多台設備分解工序和餘量來提高的。

      2高效加工技（jì）術應用狀況（kuàng）

      當（dāng）今（jīn）的汽車發動（dòng）機製（zhì）造技術正朝著高速、智能、複合、環保方（fāng）麵發（fā）展, 其發展特點是競爭加劇, 如何（hé）能不斷提高生產效率、降（jiàng）低（dī）製造成本, 以具有競爭力的價格向客戶提供高質量的產（chǎn）品, 及時（shí）滿足用戶日益增長的需求, 成為各企業共同關注的（de）焦點。發動機生產的（de）柔性化要求（qiú）提高, 要求能（néng）夠根據市場的需求及時推（tuī）出新的產品或轉換新的型號生產, 當市場對某種產品有需（xū）求時必須抓住機遇生（shēng）產出足夠滿足市場需要的產品。發動（dòng）機製（zhì）造中有大（dà）量（liàng）零部件需要進行（háng）切削加工, 具有技（jì）術密集程度高、生產批量大、製造節拍快的特征。發動機製造中使用的刀具不僅要求其切削性能好、工作壽（shòu）命長, 還（hái）要求其具（jù）有高度的（de）穩定性, 同時還要具有很高的性能價格比。金屬切削和刀具技術作為機（jī）械加工工藝環節中最活躍的因素, 成為提高生產效率和（hé）加工質量、降低製造（zào）成本的關鍵技術之一（yī）。

      正是基於以上情況, 在進入21 世紀以來, 高效加工（gōng）技術及汽車裝（zhuāng）備製（zhì）造業得到了迅速的應（yīng）用, 生產效率得到了很大的提（tí）高, 發動機曲軸生產線生產設備數（shù）量（liàng）正急劇減少。筆（bǐ）者曾在一轎車發動機曲（qǔ）軸生產線看到, 全線設備( 包括熱處理、表麵強化) 僅有13 台設備左右,產品周轉線短, 加工效率高, 易於質量管理（lǐ）。

      20 世紀80 年代後期, 德國BOEHRINGER 公司和HELLER 公司開發出（chū）了完善的曲軸車- 車拉機床, 該（gāi）加工（gōng）工（gōng）藝是將曲軸車削工藝與（yǔ）曲（qǔ）軸車拉工藝完美（měi）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, 加工後曲軸可直接進行精磨, 省去粗磨工序（xù）。如圖（tú）1 所示的是曲軸車拉刀結構。

      20 世紀90 年代中期國外又研發出來新型的數控（kòng）高速（sù）曲軸外銑機床, 使曲軸粗加工工藝又上了（le）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（diǎn）: 不容易對刀、切削速（sù）度較低( 通常小於160m/min) 、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環時間較長, 但內（nèi）銑用來加（jiā）工鍛鋼曲軸容易斷屑, 加工容易。圖2是曲軸內銑刀結構。而數控高速曲軸外銑有以（yǐ）下優點: 切削速度高( 可高達350 m/ 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（xìng）更好。數控高速外銑的缺點（diǎn）是不能加工軸（zhóu）向有沉割槽（cáo）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（chū）, 曲軸（zhóu）粗加工比較流行的工藝是:主軸頸采用車拉工藝和高（gāo）速外銑, 連杆頸采用高速外銑, 全部采用幹式切削（xuē）。由於（yú）國（guó）外此（cǐ）類設備價格昂（áng）貴,

       產品加工（gōng）成本（běn）很高, 國內一些機床生產廠家相繼開發出了數（shù）控曲軸車床、數控高速曲軸（zhóu）銑床, 數（shù）控曲（qǔ）軸車拉機床等專用機床。我公司購進6 台此類機床, 不（bú）同質量的（de）刀片加工（gōng）效果差異很大, 以數控高速曲軸銑床為例, 刀盤（pán）安裝國產某硬質合金塗層刀具, 切削（xuē）線速度80 ~120m/ min, 而且刀片消耗嚴重; 而換上山特維克可樂滿等優秀刀具製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（xiàn）速度, 國產機床的性（xìng）能（néng）影響了（le）刀（dāo）具（jù）效率的發（fā）揮。

      曲軸精加工采用國內數控磨床磨削情況已相當普遍（biàn）, 產品加（jiā）工精度已有相當程度的提高。為滿足曲軸（zhóu）日益提高（gāo）的加工要求, 對曲軸磨床提出了很高的要求。隨著現代驅（qū）動和控製技術、測量控製、CBN 立方氮化圖5  曲軸（zhóu）連杆頸隨動磨削機理硼) 砂（shā）輪和先（xiān）進的（de）機床部件的（de）應用, 為曲軸磨床的高精度、高效磨（mó）削加工創造了條件。一種稱（chēng）之為連杆頸隨動磨削工藝( 如圖5) 正是體現了（le）這些新技術綜合應用的具體成果。而這種隨動磨削工藝可顯著地提高曲軸連杆（gǎn）頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對連杆頸進行隨（suí）動磨削（xuē）時, 曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉, 並在一次裝（zhuāng）夾下磨（mó）削所有連杆頸（jǐng）。在磨削過程中, 磨頭實現往複擺動進給, 跟蹤著偏心回轉的連杆頸進行磨削（xuē）加工。實現隨動磨（mó）削, X 軸除了必須具有高的動態性能外, 還（hái）必須具有足夠的跟蹤精（jīng）度, 以確保連杆頸所要求的形狀公（gōng）差（chà）。CBN 砂輪的應用是實現連杆頸（jǐng）隨動磨削的重要條件。由於CBN 砂輪耐磨性高, 在磨（mó）削過程中砂輪（lún）的直徑幾乎是不變的, 一次修整可磨削600~ 800 條曲軸（zhóu）。CBN 砂輪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（dù）, 有的甚至可更高些, 磨削效率很高。

       3 複合加工技術應（yīng）用狀況

      提到複合加工技術（shù）, 就不得不提到複合加工機床,複合加工機床的定義（yì）也是隨時代變化的。過去將加工中心稱為複合加工機床, 但因工（gōng）具交換加工的品（pǐn）種受到限製, 而且也走不出（chū）切削加工的領域, 現在（zài）已經不再將一般的加工中心稱之為複合加工機床了。複合機床應具（jù）有工序集成功能（néng）, 多種加工集成功能。從製造業所（suǒ）處的環境看, 複合加工機床將一直是重點開發的機床產品之一, 功能（néng）不斷擴大, 會向著 一台機床成為一個小工廠的方向邁進。

      曲軸製造業複合加工技術（shù）也有了一定程度的應用,奧地（dì）利WFL 公司生產的（de）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“ 一次裝夾, 完全加工”的概念（niàn）。該係列的一種M40G 車銑中心（xīn）集成了雙（shuāng）主（zhǔ）軸車削中心, 五軸加工中心, 深孔鏜、銑、鑽和三坐標功能於一身, 在一台具有（yǒu）雙主軸的（de）車銑複合加工中心上可以對曲軸進（jìn）行完全加工, 加工後的曲軸可直接轉入精（jīng）加工工序。目（mù）前國內也推出了類似的複合（hé）機床, 在CIMT2005上, 沈陽數控機床有限責任公司（sī）展出的（de）CKZ80- 5 車銑加工中心就是一（yī）台複合機床。該機床代表了我國同類機床的（de）最高（gāo）水平。該機床（chuáng）五軸中X、Y、Z、B 軸采用直（zhí）線（xiàn）光柵尺或圓度光柵尺檢測, 可實現閉環控製。該加工中（zhōng）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（táng）、攻螺紋等的加工。

      在曲軸精加工方麵, 也出現了工序集成的CBN 數控磨床, 即一次裝夾磨削全部曲（qǔ）軸主軸頸和連杆軸頸, 此類磨床一般配雙砂輪頭架。日（rì）本TOYADA 工機、德國勇克( JUNKER) 、德國NAXOS 等（děng）生產的此類數控磨（mó）床是比較成熟的設備。

      4 刀具材料多樣化

      切削刀具性能的提高為高效高速（sù）加工發展提供了可能性, 除了高速鋼、硬（yìng）質合金以外（wài）, 超硬材料的發展起到了重要的作用。PCD、PCBN 為難加工材（cái）料的切削、幹切削、硬切削等的加工創造了條件。

      為適應曲軸加工高速化、高效率、幹式切削的需求, 目前（qián）大量采用（yòng）塗層刀具, 塗層（céng）的材料, 從TiN 發展為A12O3、TiC、ZrO2 等, 根據加工的要（yào）求（qiú）, 為提高耐（nài）高溫的性能, 又發展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN 等。現在PVD ( 物理氣相沉積) 、CVD ( 化學氣相沉積) 技術不斷推陳出新, 由單層發展成多層、千層、複合塗層, 現在又發展成納米塗層; 深油孔（kǒng）的加工采用槍鑽加工代替普通加長高速鋼鑽頭, 鑽（zuàn）孔和攻螺紋用硬質（zhì）合金材料來代替過（guò）去的高速鋼材料。目前曲（qǔ）軸的精加（jiā）工也漸漸開（kāi）始使用CBN 砂輪加工, CBN 砂輪價格昂貴, 但由（yóu）於加（jiā）工（gōng）效率和壽命長, 分攤到每個工件上的刀具費用反而比采用價格低廉的普通砂輪的要低。據德國（guó）NAXOS 磨床廠的資料, 采用CBN 砂輪加工時間通常（cháng）可（kě）縮短50%, 而加（jiā）工費用可節約50%以上。

      為達（dá）到高效（xiào）加工（gōng）的目的, 還出現了組合式（shì）刀具和（hé）複合刀具, 以簡化（huà）工序、減少刀具數量、減少（shǎo）換刀時間和降低加工節（jiē）拍時間, 現在, 還出現了鑽孔和螺紋加工在一起的組合式（shì）刀具, 這種複合刀具的前部用於鑽孔, 緊接著是刀具（jù）的螺紋加工部分, 在螺紋底孔被鑽出來後,該刀具即進行螺紋的銑削加工, 僅用（yòng）一把刀（dāo）具即（jí）完成該孔的全部加工（gōng）。

      由於（yú）組合式刀具的應用大（dà）大提高了生產效率, 但也增加了非標準刀具的種類和數量（liàng）, 增加了對刀具（jù）管理的要求, 特別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正常生產的風險。因此怎樣做到既能保證為獲得高的（de）生產率而大量采用複（fù）合刀具, 又能盡可能（néng）地使刀具實現標準（zhǔn）化, 就成為刀具製造業和汽車製造業需要共同（tóng）關注（zhù）和研究解決的問題。這需要製定一些相關（guān）的標準, 開發定向（xiàng）於平台的刀具, 建立一些標準的複合刀具結構。根據生產任務合理的組合或者變換切削及功能模塊, 並在這種複合刀具中盡可能地（dì）采用（yòng）標準刀（dāo）片, 以快速價廉地製造各種專用刀具, 這樣將會大大降低（dī）刀具製（zhì）造、采購和庫存成本, 縮短刀具（jù）供貨時間（jiān）, 並顯著提高出現刀具非正常消耗（hào）時的應急能力（lì）和快速響應能力。

      5 國內工具行業必須加快發展（zhǎn）

      首先應該（gāi）看到, 中國（guó）工具業是落後於發（fā）動（dòng）機製造業的, 發動（dòng）機製造先進設備主要依賴進（jìn）口, 而（ér）國產刀具無法滿足進口設備的需要, 主要表現在中國工具（jù）業生產標準化、通用（yòng）化刀具, 無法滿足汽車製造業對高效刀具的需求。當然工具業內部也有（yǒu）相當一部（bù）分（fèn）企業努力追求技術進（jìn）步（bù）, 使自己的產（chǎn）品和服務盡快趕上現代製造高速發展的需求。如（rú）株洲鑽石切削刀具股份有限公（gōng）司在（zài）硬質合金基體材料、塗層技（jì）術、刀具結（jié）構設計、刀片槽形開發等（děng）方麵取（qǔ）得了重大（dà）突破; 東風汽車公司刃量具廠繼前幾年在國內率先開發成功具有（yǒu）國際先（xiān）進水平（píng）的曲（qǔ）軸車拉刀之後, 2005 年又為文登天潤曲軸有限公（gōng）司（sī）成功開發六拐曲軸高速銑刀, 一次進刀( 工件旋轉一周) 中同時完成七個主軸頸的銑削加工, 達到國際先進水平, 如圖6 所（suǒ）示。

      中國工具（jù）行業也存在較多的問題, 主要（yào）是設計開發能力低、技術落後。技術開發還是停留在技術消化、測繪、仿製、實現國產化的低（dī）層次上, 沒有充分掌握設計技術; 生產管理和（hé）質量意（yì）識落後, 產品質量（liàng）不穩（wěn）定; 主機（jī）廠配套工作力度不夠。

      提（tí）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化國內外切削技術發展的先進理念和最新技術成果, 結合我國國情探索發展中國切削技術和（hé）振興中國刀具產業的發展戰略, 最（zuì）終做到（dào）中國刀具服務中（zhōng）國。