1 發動機曲軸加工技術現狀（zhuàng）

      發動機曲軸生（shēng）產線存在較多的是陳舊生產（chǎn）線。陳舊生產線主要由普通機床（chuáng）和專用機床組成, 生產效率和自動化程度（dù）較低, 粗（cū）加（jiā）工是沿用20 世紀70 年代以前就盛行的車削方法, 采用多刀車床車（chē）削曲軸主軸（zhóu）頸及（jí）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（liàng）。采用的刀具材料是高速鋼（gāng）和普通硬質合金。一般精加工采用MQ8260 等普通（tōng）曲軸磨床粗磨（mó）半精（jīng）磨精（jīng）磨（mó）拋光, 通（tōng）常靠手（shǒu）工操（cāo）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（tōng）設（shè）備太多, 按加工球墨鑄鐵曲軸來（lái）算, 一條生產線（xiàn）35~ 40 台設備, 生（shēng）產效（xiào）率完全是靠多台設備（bèi）分解工（gōng）序和餘量來提高的（de）。

      2高效加工技術應用狀況

      當今的汽車發（fā）動機製造技術（shù）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（gāo）生產效率（lǜ）、降低製造成本, 以具有競爭（zhēng）力的價（jià）格向客戶提（tí）供高質量的產品, 及時滿足用戶日益增長的需求, 成為各企業共同關注的焦點。發動機生產的柔（róu）性化要求提高, 要（yào）求能夠根據市場（chǎng）的需求（qiú）及時推出新的產品或轉換新的型號生產, 當市（shì）場對某（mǒu）種產品有需求（qiú）時必（bì）須抓住機遇生產出足夠滿足市場需要的產品。發動機製（zhì）造中有（yǒu）大量零部件需要進行切削加工（gōng）, 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（yòng）的刀具不僅要求其切削性（xìng）能好、工作壽命長, 還要求其具有高度的穩定性, 同時還要具有很高的性能價格比。金屬切削和刀具（jù）技術作為機械加工工藝環節中（zhōng）最活躍的因素, 成為提高生產效率（lǜ）和加工質量、降低（dī）製造成本的關鍵技術（shù）之一。

      正是基於以上情況, 在（zài）進入（rù）21 世紀以來, 高效加工技術及汽車裝備製造業得（dé）到了迅速的（de）應用, 生產效率得到了（le）很大的提高, 發動機曲軸生產線生產設備數量正急劇減（jiǎn）少。筆者曾在一轎（jiào）車發動機曲軸生產線看到, 全（quán）線設備( 包括熱處理、表麵（miàn）強化) 僅有13 台設備（bèi）左右,產品（pǐn）周轉線短, 加（jiā）工（gōng）效率高, 易於（yú）質量管理。

      20 世紀80 年代後（hòu）期, 德國BOEHRINGER 公（gōng）司和HELLER 公司開發出了完（wán）善的曲軸車- 車拉機床, 該加工工藝是將曲軸車削工藝與曲（qǔ）軸車拉工藝完美結合, 生產效率高（gāo）, 加工精度好, 柔（róu）性強, 自動化程（chéng）度高, 換刀時間短, 特別適合有沉割槽曲軸的加（jiā）工, 加（jiā）工後曲軸（zhóu）可直接進行精（jīng）磨, 省去粗磨（mó）工序（xù）。如（rú）圖1 所（suǒ）示的是曲軸車拉刀結構。

      20 世（shì）紀90 年代中期國外又研發出來新型的數控高速曲（qǔ）軸外銑機床（chuáng）, 使曲軸粗加（jiā）工工藝又上了一（yī）個新台階（jiē）, 數控（kòng）曲軸內銑與數控高速曲軸外銑對（duì）比,內銑存在以（yǐ）下缺（quē）點: 不容易對刀、切削（xuē）速度較低( 通常小於（yú）160m/min) 、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環時間較長, 但內銑用來加工鍛（duàn）鋼曲軸容易斷屑, 加工容易。圖2是曲軸內（nèi）銑刀結構。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) 、切削時間較短（duǎn）、工序循環時（shí）間較短、切削力較（jiào）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。數（shù）控高速外銑的（de）缺點是不能加工軸向有沉割槽的曲軸, 圖（tú）3 和圖4 為曲軸高速外銑刀（dāo）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（jǐng）采用車拉工藝和高速外銑, 連杆（gǎn）頸采用高速外銑, 全部采用幹式切削。由於國（guó）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（chuáng）, 數控曲軸車拉機床等專（zhuān）用機床。我公司購進6 台此類機（jī）床, 不同質量的刀（dāo）片加工效果差異很大, 以數控高速曲軸銑床為例, 刀盤安裝國產某硬質合金塗層刀（dāo）具, 切削線速度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（jù）製造上的（de）專用塗層刀具, 其切削速（sù）度可達（dá）200m/ min 左右, 而且刀片消（xiāo）耗總體較（jiào）低, 之所以達不到德國高速外銑的350m/ min 的（de）線速（sù）度, 國產機床的性能影響了刀具效率的發揮。

      曲軸精（jīng）加工采用國內數控磨床磨（mó）削情況已相當普遍, 產品（pǐn）加工精度已有相當程度的提高。為滿足（zú）曲軸（zhóu）日益提（tí）高的加（jiā）工要（yào）求, 對曲（qǔ）軸磨床提（tí）出了很高的要求。隨著（zhe）現（xiàn）代驅動和控製技術、測量控製、CBN 立方氮化（huà）圖5  曲軸連杆頸隨（suí）動（dòng）磨削機理硼) 砂輪和先進的機（jī）床部件的應用, 為曲軸（zhóu）磨床的高精度、高效磨削加工創造了條件。一種稱之為連杆頸隨動磨削工藝( 如圖5) 正是體現了這些新技術綜合應用的具體成果。而這種隨動磨削工藝（yì）可顯著地提高（gāo）曲軸連杆頸的磨削效（xiào）率、加工精度和加工柔性。在對連杆頸進行隨動磨削時, 曲軸以主（zhǔ）軸頸（jǐng）為軸線進行旋轉, 並在一次裝夾下磨削所（suǒ）有連杆頸。在磨（mó）削過程中, 磨（mó）頭（tóu）實現往複擺動進給, 跟蹤著偏心回轉的連（lián）杆頸進（jìn）行（háng）磨削加工。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）的跟蹤精度, 以確保連杆頸所要求的形狀公差。CBN 砂輪的應用是實（shí）現連杆頸隨動磨削的重要條件。由於CBN 砂輪耐磨性高, 在磨削（xuē）過程中砂輪的直（zhí）徑幾（jǐ）乎是（shì）不變的, 一次修整可（kě）磨削600~ 800 條曲軸。CBN 砂輪可以采用很高的磨削速度, 在曲軸磨床（chuáng）上一般可采用高達120~ 140m/ s 的磨削速度, 有的（de）甚至可更高些, 磨削效率很高。

       3 複合加工（gōng）技術應用狀況

      提到複合加工技術, 就不得不提到複合加（jiā）工機（jī）床,複合（hé）加（jiā）工機（jī）床的定義也（yě）是隨時代（dài）變化的。過去將加工中心稱為複合加工機床, 但因工具（jù）交換加工的（de）品種受到限製, 而且（qiě）也走不出切削（xuē）加工（gōng）的領域, 現在已經不再將一般的加工中心稱之為複合加工（gōng）機床了。複合機（jī）床應具有工序集成功能, 多種加工集（jí）成功能。從製造業（yè）所處的環境看, 複合加工機床將一直（zhí）是重點開發的機床產品之一, 功能不斷擴大（dà）, 會（huì）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也有了一定程度的應用,奧（ào）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（tí）出了“ 一次裝夾, 完全加工”的（de）概念。該係（xì）列的一種M40G 車銑中心集成了雙主軸（zhóu）車削中心, 五軸加工中心, 深孔鏜、銑、鑽和三坐標功能於一身, 在一台具有雙主軸的車銑複合加工中心上可以對曲軸進行完全（quán）加工, 加工後的曲軸可直（zhí）接轉入精加工（gōng）工序。目前國內也推出了類似的複合機床, 在CIMT2005上, 沈陽數控（kòng）機床有限責任（rèn）公司展出的CKZ80- 5 車銑加工中心就是一台複合機床。該機床代表（biǎo）了我國同類機床的最高水（shuǐ）平。該機床五軸中X、Y、Z、B 軸采用直線光柵尺或圓度光柵尺檢測（cè）, 可實現閉環控製。該加工中（zhōng）心備有48~ 96 工位（wèi）刀庫可實現自動換刀, 一（yī）次（cì）裝夾可進行車、銑、鑽、鏜、攻螺紋等的加工。

      在曲軸精加工方麵, 也出現了工序集成（chéng）的CBN 數控（kòng）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（chuáng）一般配雙砂輪頭架。日本TOYADA 工機、德國勇克( JUNKER) 、德國（guó）NAXOS 等生產（chǎn）的此類數控磨床是比（bǐ）較成熟的設備。

      4 刀具材料（liào）多樣化

      切削（xuē）刀具性能的（de）提（tí）高為高效高速加工（gōng）發展提供（gòng）了可能性, 除了高速鋼、硬質合金以外, 超硬材（cái）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（xuē）、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（qiē）削的需求, 目（mù）前（qián）大量采用塗層刀具, 塗層的材料, 從TiN 發展為A12O3、TiC、ZrO2 等, 根據加工的（de）要求, 為提高（gāo）耐高溫的性能, 又發展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN 等。現在PVD ( 物理氣相沉積) 、CVD ( 化學氣相沉（chén）積) 技術不斷推陳出新（xīn）, 由單層（céng）發展成多層、千層、複合塗層, 現在又發展成納米塗層; 深油孔的加工采用槍（qiāng）鑽加工代替普通加長高速鋼鑽頭, 鑽孔和攻螺紋用硬質合金材料來代（dài）替過去的高速鋼材料。目前曲軸的精加工（gōng）也漸漸開始使用CBN 砂輪加工, CBN 砂輪價格昂貴, 但由於加工（gōng）效率（lǜ）和壽（shòu）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（de）普通砂輪的要（yào）低。據（jù）德國NAXOS 磨床廠的資料, 采用CBN 砂輪加工時間通常可縮短50%, 而加工費用可節（jiē）約50%以上。

      為達到（dào）高效加工（gōng）的目的, 還出現了組合（hé）式刀具（jù）和複合刀具, 以簡化工（gōng）序、減（jiǎn）少刀具（jù）數量、減（jiǎn）少換刀時間和降低加工節拍時間, 現在, 還出現了鑽孔和螺紋加（jiā）工在一起的組（zǔ）合式（shì）刀具, 這種複合刀（dāo）具的（de）前部用於鑽孔, 緊接著是刀具的螺紋加工（gōng）部分, 在螺紋（wén）底孔被鑽出來後,該刀具即進行螺（luó）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提高了生產效率, 但也（yě）增加了非標準刀（dāo）具（jù）的種類和數量, 增加了對刀具管理（lǐ）的（de）要求（qiú）, 特別是在刀具非（fēi）正常消耗發生時, 增加了快速獲得替代刀（dāo）具的困難和影響生產線正（zhèng）常生產的風（fēng）險。因此怎（zěn）樣做到既能保證為（wéi）獲得高的生產率而大量采（cǎi）用複合刀具, 又能盡可能地使刀具實現標準化, 就成為刀具製造業和汽車（chē）製造業需（xū）要共同關（guān）注和研究解決的問題。這需要製（zhì）定一些相關的標準, 開發定向於（yú）平（píng）台的刀具, 建（jiàn）立（lì）一些標（biāo）準的複（fù）合（hé）刀具結構。根據生產任務合理的組合或（huò）者變換切削及功能模塊, 並在這種複合刀具中盡可能地采用標（biāo）準刀片, 以快速價（jià）廉地（dì）製造各（gè）種專用刀具, 這樣將會大大降低刀具製造、采購和庫存成本, 縮短刀具供貨（huò）時間, 並（bìng）顯著提（tí）高出現刀具非正常消（xiāo）耗時的應急能力和快速響應能力。

      5 國內工（gōng）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製（zhì）造業（yè）的, 發動機製造（zào）先進（jìn）設備主要依賴進口, 而國（guó）產刀具無法滿足（zú）進口設備的需要, 主要表現在中國工具業生產標準化、通用化（huà）刀（dāo）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相當一部分企業努力追求技術進步, 使自己的產品和服務盡快趕上現代製造高速（sù）發展的需求。如株洲鑽石切削刀具（jù）股份（fèn）有限公司在硬（yìng）質合金基（jī）體材（cái）料、塗層技術、刀具結構設計、刀片（piàn）槽形開發等方麵取得了重大突破; 東風汽車公司刃量具廠繼前幾年（nián）在國內率先開發（fā）成功具有國際先（xiān）進水平的曲軸車拉刀之（zhī）後, 2005 年（nián）又為文登天潤曲軸有限公司成功開發六拐曲軸（zhóu）高速銑刀（dāo）, 一次進刀( 工件旋轉一（yī）周) 中同時完成七（qī）個主軸頸的銑削加工, 達到國際先進水平（píng）, 如圖6 所示（shì）。

      中國工具行業也存（cún）在較多的問（wèn）題, 主要是設（shè）計開發能力（lì）低、技術落後。技術開發還是停留在技（jì）術消化、測繪、仿製、實現國產化的低層次上, 沒有充分掌握設計技術; 生產管理和質量意識落後, 產品質（zhì）量不穩定; 主機廠配套工作力（lì）度不夠。

      提高切削效（xiào）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振（zhèn）興中國刀具產業的發展戰略, 最終做到中國（guó）刀具服務中國。