加工是發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的鮮明特征，曲軸加工的技術(shù)進(jìn)步是的證實(shí)之一。車(chē)－車(chē)?yán)?、高速隨動(dòng)外銑、內(nèi)銑和數(shù)控隨動(dòng)cbn磨削等加工技術(shù)的相繼應(yīng)用，使曲軸的生產(chǎn)效率得到了很大的進(jìn)步。
進(jìn)進(jìn)21世紀(jì)以來(lái)，加工技術(shù)與設(shè)備在曲軸制造中得到了迅速的推廣應(yīng)用，曲軸生產(chǎn)效率得到了很大的進(jìn)步。車(chē)－車(chē)?yán)?、高速隨動(dòng)外銑、內(nèi)銑和數(shù)控隨動(dòng)cbn磨削等加工技術(shù)和設(shè)備相繼應(yīng)用，不僅效率高，而且加工精度非常高。由于這些技術(shù)和設(shè)備的和柔性，曲軸生產(chǎn)線的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)目比以往少了很多，總體生產(chǎn)本錢(qián)相應(yīng)降低。筆者曾考察過(guò)上海大眾、通用等企業(yè)的轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)線，全線僅有15～20臺(tái)*的設(shè)備，并分為幾個(gè)模塊單元，產(chǎn)品周轉(zhuǎn)線短，加工效率非常高，且易于質(zhì)量治理。
與此同時(shí)，新型硬質(zhì)合金刀具已經(jīng)被廣泛使用，cbn（立方晶氮化硼）、pcd（聚晶金剛石）刀具和陶瓷刀具等代表當(dāng)今技術(shù)發(fā)展水平的超硬刀具在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用也越來(lái)越多，組合式刀具和復(fù)合刀具也正大展效能，為加工和降低制造本錢(qián)提供了更多選擇。
圖1梳刀刀片
車(chē)－車(chē)?yán)夹g(shù)
車(chē)－車(chē)?yán)夹g(shù)在國(guó)外被大量用于曲軸主軸頸和連桿軸頸的半精加工，其加工可分為三種形式：直線車(chē)?yán)?、?nèi)環(huán)刀具旋轉(zhuǎn)車(chē)?yán)屯猸h(huán)刀具旋轉(zhuǎn)車(chē)?yán)?。?chē)?yán)に囋?983年左右被開(kāi)發(fā)出來(lái)，到1988年短短5年中，車(chē)?yán)に噺闹本€式發(fā)展成回轉(zhuǎn)式，到1988年發(fā)展到車(chē)－車(chē)?yán)に?，目前，其拉削方法又逐步發(fā)展為梳刀工藝。
車(chē)－車(chē)?yán)に囃ㄟ^(guò)一次設(shè)定能夠完成所有同心圓的車(chē)削，具有率、通過(guò)使用特殊卡盤(pán)和刀具系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)柔性加工、機(jī)床保養(yǎng)簡(jiǎn)便且維護(hù)本錢(qián)低等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于平衡塊側(cè)面不需加工、軸頸有沉割槽的曲軸加工。其中拉削工藝可用的梳刀工藝代替，梳刀（見(jiàn)圖1）加工通常在該工序的zui后工步，通過(guò)微量的徑向進(jìn)給和縱向車(chē)削實(shí)現(xiàn)高速精加工。采用梳刀工藝的優(yōu)點(diǎn)在于精度高、效率高、切屑易清理且軸向進(jìn)刀量小。
圖2模塊化的高速外銑刀盤(pán)
高速外銑技術(shù)
高速外銑技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代中期，對(duì)于平衡塊側(cè)面需要加工的曲軸，高速外銑技術(shù)比車(chē)削、內(nèi)銑和車(chē)－車(chē)?yán)纳a(chǎn)效率還要高。以四拐曲軸為例，車(chē)－車(chē)?yán)に嚰庸みB桿軸頸要兩道工序，而高速外銑工藝一道工序就能完成。高速外銑具有以下優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和銑刀進(jìn)給伺服連動(dòng)控制技術(shù)，可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心隨動(dòng)跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸，切削速度高（可達(dá)350m/min）、切削時(shí)間和工序循環(huán)時(shí)間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數(shù)少、加工精度更高以及柔性更好，所以高速外銑技術(shù)將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發(fā)展方向。圖2是模塊化的高速外銑刀盤(pán)。
cnc內(nèi)銑技術(shù)
cnc內(nèi)銑是20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的工藝，cnc內(nèi)銑加工性能指標(biāo)要高于普通外銑加工，尤其是對(duì)于鍛鋼曲軸，內(nèi)銑更有利于斷屑，剛性特別好。cnc內(nèi)銑工藝是目前曲軸連桿頸粗加工的*加工工藝，尤其對(duì)于大功率鍛鋼曲軸的加工，cnc內(nèi)銑工藝更是。內(nèi)銑機(jī)床有多種加工形式，應(yīng)用zui多的是曲軸固定型cnc曲軸內(nèi)銑加工工藝。內(nèi)銑加工的主要特點(diǎn)是：生產(chǎn)效率高、加工精度好、適用范圍廣且柔性好，其具有代表性的設(shè)備如德國(guó)heller公司開(kāi)發(fā)的cnc數(shù)控曲軸內(nèi)銑機(jī)床系列等，該機(jī)主要功能特點(diǎn)是：曲軸固定后不動(dòng)，銑刀跟隨連桿頸銑削；機(jī)床床身為復(fù)合材料一體化結(jié)構(gòu)；工件兩端電子同步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；具有干式切削、加工精度高和切削效率高等特點(diǎn)；控制系統(tǒng)中輸進(jìn)零件的基本參數(shù)即可天生自動(dòng)加工程序。
圖3模塊化的內(nèi)銑刀盤(pán)
數(shù)控磨削技術(shù)
傳統(tǒng)的曲軸磨削工藝均采用磨削線速度為35m/s的普通曲軸磨床，砂輪進(jìn)給和修整為手動(dòng)進(jìn)給，軸徑和臺(tái)肩的磨削余量大，砂輪耐用度低，需技術(shù)工人精工細(xì)作才能磨出精品，因此產(chǎn)量和質(zhì)量總是非常矛盾。為進(jìn)步產(chǎn)品加工精度和效率，目前有多種新的磨削方式。
曲軸磨削可采用的技術(shù)有單序加工和復(fù)合加工等工藝。
單序加工如：磨削四拐曲軸主軸頸采用的五砂輪磨削（見(jiàn)圖4），磨削四拐曲軸連桿頸采用的雙砂輪磨削。這種工藝效率很高，磨削后軸頸的跳動(dòng)量輕易控制，砂輪一次修整完畢后能保證各軸頸尺寸的一致性，缺點(diǎn)是柔性差，只能加工一個(gè)系列產(chǎn)品。
圖4五砂輪磨削曲軸主軸頸
復(fù)合加工是指一次裝夾磨削所有主軸頸和連桿軸頸，且磨削連桿軸頸采用隨動(dòng)磨削技術(shù)，這種磨削方式zui大的優(yōu)點(diǎn)就是柔性好。復(fù)合加工有兩種可以采用的工藝：順序磨削主軸軸頸及連桿軸頸和同步磨削主軸軸頸及連桿軸頸（見(jiàn)圖5）。
圖5同步磨削主軸軸頸及連桿軸頸
隨動(dòng)磨削機(jī)床已成功地應(yīng)用于曲軸的精加工，德國(guó)勇克公司（junker）、德國(guó)naxos－union公司、英國(guó)landis等公司均成功開(kāi)發(fā)了隨動(dòng)磨削機(jī)床，一般采用cbn砂輪和使用油冷卻的方式，適用于加工汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，質(zhì)量可靠。*的隨動(dòng)磨削機(jī)床在加工過(guò)程中能檢測(cè)并修正軸頸圓度和尺寸，切進(jìn)式磨削及隨動(dòng)式磨削理論上的偏差為零，在主軸上采用自動(dòng)對(duì)中心的三點(diǎn)式中心架，cnc控制的冷卻劑供給保障了磨削區(qū)域的持久用量，砂輪軸適用于線速度高達(dá)120～140m/s的磨削。
刀具材料呈現(xiàn)多樣化
刀具性能的進(jìn)步為高速加工發(fā)展提供了可能性，除了高速鋼、硬質(zhì)合金以外，超硬材料的發(fā)展也起到了重要的作用，pcd、pcbn為難加工材料的切削、干切削和硬切削等加工創(chuàng)造了條件。
為適應(yīng)曲軸加工高速化、率和干式切削的需求，目前用戶(hù)大量采用涂層刀具，涂層材料從tin發(fā)展為a12o3、tic和zro2，再到耐高溫的ticn、tialn、tisin和crsin等?，F(xiàn)在，pvd（物理氣相沉積）、cvd（化學(xué)氣相沉積）技術(shù)不斷推陳出新，由單層發(fā)展成多層、千層和復(fù)合涂層，現(xiàn)在又發(fā)展成納米涂層。
刀具及涂層的進(jìn)步使深油孔的加工可以采用槍鉆加工代替普通加長(zhǎng)高速鋼鉆頭，鉆孔和攻絲可以用硬質(zhì)合金刀具來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高速鋼刀具。目前國(guó)內(nèi)的曲軸精加工數(shù)控磨床多數(shù)使用cbn砂輪加工，cbn砂輪價(jià)格昂貴，但由于加工效率和耐用度高，分?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的刀具用度反而比采用價(jià)格低廉的普通砂輪的要低，從“降本增效”來(lái)綜合考慮，使用cbn砂輪更具經(jīng)濟(jì)性。
為達(dá)到加工的目的，組合式刀具和復(fù)合刀具的應(yīng)用也越來(lái)越多，以簡(jiǎn)化工序、減少刀具數(shù)目、減少換刀時(shí)間和加工節(jié)拍時(shí)間。現(xiàn)在，業(yè)界還出現(xiàn)了鉆孔和螺紋加工在一起的組合式刀具，這種復(fù)合刀具的前部用于鉆孔，緊接著是刀具的螺紋加工部分，在螺紋底孔被鉆出來(lái)后，該刀具即進(jìn)行螺紋的銑削加工，僅用一把刀具即完成該孔的全部加工。
由于組合式刀具的應(yīng)用大大進(jìn)步了生產(chǎn)效率，但也增加了非標(biāo)刀具的種類(lèi)和數(shù)目，增加了對(duì)刀具治理的要求，特別是在刀具非正常消耗發(fā)生時(shí)，增加了快速獲得替換刀具的困難和影響生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，因此，怎樣做到既能保證為獲得高的生產(chǎn)率而大量采用復(fù)合刀具，又能盡可能地使刀具實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，就成為了刀具制造業(yè)和汽車(chē)制造業(yè)需要共同關(guān)注和研究解決的題目，需要制定一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)定向于平臺(tái)的刀具，建立一些標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)公道組合或者變換切削及功能模塊，并在這種復(fù)合刀具中盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)刀片，以快速價(jià)廉地制造各種刀具。這樣會(huì)大大降低刀具制造、采購(gòu)和庫(kù)存本錢(qián)，縮短刀具供貨時(shí)間，并明顯進(jìn)步出現(xiàn)刀具非正常消耗時(shí)的應(yīng)急能力和快速響應(yīng)能力。