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1、 曲轴制造造技术的的进展及及敏捷柔柔性生产产线方案案初探曲轴是发发动机的的心脏；曲轴制制造技术术是发动动机制造造技术的的集中体体现。国国内汽车车发动机机关键零零部件主主要制造造技术装装备目前前依赖进进口，而而发动机机曲轴加加工的敏敏捷柔性性生产线线还处在在初期阶阶段，需需要一个个长期的的技术积积累和发发展过程程。曲轴加工工工艺的的发展演演变1) 220世纪纪70年代代以前，发发动机曲曲轴粗加加工采用用的加工工方式是是多刀车车床车削削曲轴主主轴颈和和连杆轴轴颈。采采用这种种方式加加工精度度较低、柔柔性很差差、工序序质量稳稳定性低低，且容容易产生生较大的的内部应应力，难难以达到到合理的的加工余余量
2、。在在粗加工工后一般般需要进进行去应应力回火火处理，释释放应力力。因此此粗加工工需要给给后续精精加工工工序留较较大的加加工余量量，以去去除弯曲曲变形量量。曲轴轴精加工工采用的的是普通通磨削工工艺，一一般采用用MQ882600曲轴磨磨床粗磨磨-半精磨磨-精磨-抛光。通通常靠手手工操作作，加工工质量不不稳定，废废品率较较高。2) 220世纪纪70年代代到800年代左左右，曲曲轴粗加加工采用用CNCC车削、CCNC外外铣加工工，加工工状况有有所改善善。精加加工仍以以普通磨磨床磨削削工艺为为主。3) 220世纪纪80年中中期又出出现了CCNC内内铣工艺艺，CNNC内铣铣加工性性能指标标要高于于CNCC
3、外铣加加工，尤尤其是对对于锻钢钢曲轴，内内铣更有有利于断断屑。精精加工工工艺多采采用半自自动曲轴轴磨床，头头架和尾尾座同步步传动，加加工精度度有一定定的提高高。4) 119855年到19990年年左右开开发出了了曲轴车车拉、车车车拉拉工艺（图图1为双刀刀盘车车拉），该该工艺具具有精度度高、效效率高等等优点，特特别适合合于平衡衡块侧面面不需要要加工且且轴颈有有沉割槽槽（包括括轴向沉沉割槽）的的曲轴，加加工后曲曲轴可直直接进行行精磨，省省去粗磨磨工序。曲曲轴精加加工已少少量采用用数控磨磨床磨削削工艺，尺尺寸的一一致性得得到改善善。图1 双双刀盘车车车拉拉5) 220世纪纪90年代代中期又又开发出出
4、CNCC高速外外铣（图图2为双刀刀盘高速速外铣），它它对平衡衡块侧面面需要加加工的曲曲轴，比比CNCC车削、CCNC内内铣、车车车拉拉的生产产效率还还要高。另另外，CCNC车车车拉拉工艺加加工连杆杆轴颈要要二道工工序，CCNC高高速外铣铣只要一一道工序序就能完完成，具具有以下下优点：切削速速度高（可可高达3350mm/miin）、切切削时间间较短、工工序循环环时间较较短、切切削力较较小、工工件温升升较低、刀刀具寿命命高、换换刀次数数少、加加工精度度更高、柔柔性更好好。所以以CNCC高速外外铣将是是曲轴主主轴颈和和连杆轴轴颈粗加加工的发发展方向向。精加加工使用用数控磨磨床，采采用静压压主轴、静静
5、压导轨轨、静压压进给丝丝杠（砂砂轮头架架）和线线性光栅栅闭环控控制等控控制装置置，使各各尺寸公公差及形形位公差差得到可可靠的保保证，精精加工还还广泛使使用数控控砂带抛抛光机进进行超精精加工，经经超精加加工后的的曲轴轴轴颈表面面粗糙度度至少提提高一级级精度。图2 双双刀盘高高速外铣铣20世纪纪90年年代开发发的CBBN高速速磨削。英英国LAANDIIS公司司生产的的曲轴磨磨床，磨磨削速度度高达1120mm/s，用用扒皮法法一次装装夹从毛毛坯到精精磨完毕毕，耗时时仅几分分钟的时时间。这这将会出出现以磨磨代替其其它粗加加工工艺艺的新局局面。 6) 进入221世纪纪以后，复复合加工工工艺已已进入曲曲轴
6、制造造业中。复复合机床床应具有有工序集集成功能能，多种种加工集集成功能能。奥地地利WFFL公司司生产的的卧式车车铣复合合加工中中心（图图3为MM40GG型）能能在曲轴轴硬化前前“一次装装夹，全全部加工工”，加工工后的曲曲轴可直直接转入入精加工工工序；曲轴精精加工方方面，也也出现了了工序集集成的CCBN数数控磨床床，即一一次装夹夹磨削全全部曲轴轴主轴颈颈和连杆杆轴颈（摆摆动跟踪踪磨削）。图3 MM40GG车铣复复合加工工中心由以上演演变可以以看出，曲曲轴的加加工工艺艺正向着着高速、高高效、复复合化方方向发展展。目前前较为流流行的粗粗加工工工艺是主主轴颈采采用车车拉工工艺和高高速外铣铣，连杆杆颈采
7、用用高速随随动外铣铣，全部部采用干干式切削削；精加加工采用用数控磨磨床加工工，具有有自动进进给、自自动修正正砂轮、尺尺寸和圆圆度自动动补偿、自自动分度度和两端端电子同同步驱动动等功能能。主轴轴颈和连连杆颈可可一次装装夹全部部磨削完完毕；超超精加工工采用数数控砂带带抛光机机，带尺尺寸控制制装置。典型曲轴加工先进装备性能简介1) CNC高速随动外铣（图4）：现介绍一款型号为VDF 315OM-4的高速随动外铣床的性能。该机床是德国BOEHRINGER公司专为汽车发动机曲轴设计制造的柔性数控铣床，该设备应用工件回转和铣刀进给伺服连动控制技术，可以一次装夹不改变曲轴回转中心随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。
8、采用一体化复合材料结构床身，工件两端电子同步旋转驱动，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特点；使用SIEMENS 840D CNC控制系统，设备操作说明书在人机界面上，通过输入零件的基本参数即可自动生成加工程序，可以加工长度450700mm、回转直径在380mm以内的各种曲轴，连杆轴颈直径误差为0.02mm。图4 CCNC高高速随动动外铣机机CNC车车-车拉拉机床：该设备备一次设设定能完完成所有有同心圆圆的车削削，并在在同一台台机床上上完成车车车拉（车车侧端面面）加工工，加工工效率高高，通过过使用特特殊卡盘盘和刀具具系统还还能实现现柔性加加工，且且机床保保养简便便维护成成本也较较低，特特别
9、适用用于平衡衡块侧面面不需加加工、轴轴颈有沉沉割槽的的曲轴。其其中拉削削工艺可可用高效效的梳刀刀（图55）车削削工艺代代替，梳梳刀加工工通常放放到该工工序的最最后工步步，通过过微量的的径向进进给和纵纵向车削削实现高高速精加加工。图5 梳梳刀刀片片2) 曲曲轴止推推面车滚滚专机（图图6）：该设备备用于对对曲轴止止推面精精车滚压压加工，并并具有以以下技术术特点：滚压抛抛光止推推面并在在线测量量、滚压压抛光代代替磨削削加工、可可同时进进行车削削加工、在在刀盘上上装有滚滚压抛光光装置、可可获得更更高精度度。目前前性能较较好的设设备有德德国赫根根塞特（HHEGEENSCCHEIID）公公司的曲曲轴止推推
10、面车滚滚专机等等。图6 止止推面精精车滚压压机3) CCNC曲曲轴磨床床：以德德国埃尔尔温勇克克机器制制造有限限公司（JJUNKKER）的的摆动跟跟踪系列列磨床为为例，该该设备采采用了用用于高速速加工的的CBNN砂轮和和使用油油冷却曲曲轴的组组合，适适用于加加工汽车车发动机机曲轴，质质量可靠靠。主要要性能有有：在加加工过程程中检测测并修正正轴颈圆圆度和尺尺寸；带带有“学习功功能”的控制制系统，附附加对圆圆度偏差差和干扰扰量的自自动补偿偿，可进进行补偿偿的干扰扰量是：温度，机机械及动动力影响响，磨削削余量的的变化，材材料以及及金相结结构的变变化，砂砂轮的可可切削性性，机床床的磨损损状况；磨削主主
11、轴颈和和连杆轴轴颈一次次装夹，理理论上的的偏差为为零；切切入式磨磨削及摆摆动式磨磨削；对对“敏感工工件”的支撑撑，在主主轴上采采用自动动对中心心的三点点式中心心架；CCNC控控制的冷冷却剂供供给保障障了磨削削区域的的持久用用量；采采用静压压圆型导导轨，无无爬行现现象，确确保持久久的高精精确度（XX轴导轨轨，进给给丝杠，止止推轴承承）；减减震抗扭扭转床身身，使用用矿物的的合成材材料浇注注而成，具具有良好好的吸震震抗弯功功能；砂砂轮轴适适用于高高达1440m/s的磨磨削。图图7是型型号为“JUCCRANNK60000/50-50”的数控控曲轴磨磨床。该该磨床具具有四片片CBNN砂轮，每每片均可可独
12、立磨磨削，一一次装夹夹可磨削削全部主主轴颈和和连杆颈颈。图7 JJUCRRANKK 60000/50-50型型CBNN磨床的的前端和和后端形形状从以上所所介绍的的几种先先进设备备可以看看出一个个共同点点，就是是高速高高效柔性性化，适适合于当当今产品品多品种种、小批批量的发发展趋势势。由于于曲轴加加工不同同于普通通机械加加工，许许多工序序必须使使用专用用刀具，如如上面介介绍的内内铣、车车车拉拉和高速速外铣，所所使用的的都是专专用刀具具，这些些刀具的的刀体制制造复杂杂，价格格也比较较昂贵。如如果产品品变型要要牵涉曲曲轴结构构的变化化，就导导致必须须使用新新的刀体体来加工工曲轴，这这就会影影响产品品
13、开发周周期和制制造成本本，最终终导致产产品缺乏乏竞争力力。现在在瓦尔特特等刀具具制造商商已开发发出柔性性化的曲曲轴制造造专用刀刀具模块化化刀具（图图8）。大大大缩短短了产品品开发周周期，降降低了制制造成本本。图8 模模块化曲曲轴刀具具系统曲轴敏捷捷柔性生生产线（AAFTLL）方案案探讨目目前国内内轿车曲曲轴生产产线多为为高速柔柔性生产产线FTTL(FFlexxiblle TTrannsfeerLiine)，这种种生产线线的特点点是不仅仅可以加加工同系系列曲轴轴，而且且还可加加工变型型产品、换换代产品品和新产产品，真真正具备备柔性意意义。为为进一步步提高高高速柔性性生产线线的生产产效率，更更快的
14、适适应巿场场，FTTL下一一步发展展是敏捷捷柔性生生产线AAFTLL（AggileeFleexibble Traansffer Linne）。其其主要目目的是：1）满满足巿场场变化的的需求。不不但满足足当前产产品的要要求，还还应考虙虙未来巿巿场需求求。2）满满足生产产方式的的需求。能能满足现现代发动动机“多品种种、大中中批量、高高效率、低低成本”的生产产需求。3）符合“精益生产”的原则。杜绝浪费，用最少投资、最大回报谋取利润。由于发动机曲轴自身结构的特殊性，笔者认为曲轴AFTL应具备以下特点：由高速加工中心和高效专用机床（含少量组合机床）组成。按工艺流程排列机床并由自动输送装置连接，采用柔性夹
15、具和高效专用刀具生产。为防止关键工序设备故障造成全线停产，可增设平行设备增补，亦能满足大批量生产的需要。以下是其工艺流程（仅金属加工部分）：铣端面、定总长、钻质量中心孔、车大小端外圆铣主轴颈及轴肩铣连杆颈及轴肩车拉主轴颈及沉槽车拉连杆颈及沉槽枪钻油孔清洗圆角滚压法兰钻孔攻丝精磨主轴颈（CBN）精磨连杆颈（CBN）斜切磨小端斜切磨法兰端车滚止推面、铣键槽动平衡砂带抛光主轴、连杆及法兰外径清洗、冷却检测分类。对上述工艺流程有几个问题探讨如下：1、曲轴质量中心孔和几何中心孔的选用。1）毛坯质量好，加工余量小且加工余量分布均匀。这时曲轴的质量中心孔与几何中心孔基本重合，则不必花费较高的经费购置质量定心
16、设备而直接钻几何中心孔。2）毛坯质量较差，加工余量大且加工余量分布不均匀，要优先选用质量中心孔。因初始不平衡量较大，如果钻几何中心孔，质量分布不均匀，转动惯量较大，损坏后续加工设备精度。再者，采用几何中心孔，在进行动平衡时，初始不平衡量可能超出平衡机要求而无法平衡。在这种情况下应优先选用质量定心机。2、曲轴粗加工机床的合理选用1）选用原则先进的金属加工设备在曲轴制造中的重要性毋庸置疑，它能够可靠地保证尺寸精度和一致性，适应生产节拍的要求，提高整体工艺水平。但不能采取“拿来主义”，也并不是设备越先进越好，应符合以下三个原则：1）符合工艺性原则，结合产品结构，能满足尺寸精度和一致性的要求。2）符合
17、经济性原则，采用招标的形式降低成本。3）符合设备管理和维修性原则，考察设备生产商售后服务质量，设备易损件是否能够随时采购等。2）合理组合国内曲轴制造企业对引进设备存在一些误区，比如认为设备越先进、昂贵越好。其实如果使用不当，先进设备起不到应有的作用，造成浪费。下面以CNC高速外铣、CNC内铣、CNC车-车拉的合理组合为例来介绍。（1）曲轴平衡块侧面需加工，主轴颈加工应优先选用CNC内铣或CNC高速外铣，连杆颈的加工用CNC高速外铣。如果毛坯是锻钢毛坯，CNC内铣更有利于断屑。不宜采用CNC车-车拉，由于平衡块侧面是断续车削，曲轴转速又很高（约1000r/m），崩刀现象很严重。（2）曲轴平衡块侧
18、面不需加工，主轴颈加工选用CNC车-车拉比较合理，加工精度高。由于连杆颈轴线不在一条中心线上，如六拐曲轴，用车-车拉加工就有一些麻烦，CNC高速外铣就比较合理。（3）轴颈有沉割槽的曲轴，此时CNC车-车拉体现出其优越性，若轴向有沉割槽，CNC高速外铣和CNC内铣不能加工，而车-车拉能加工。以上设备应采用独立双刀盘、模块化刀具系统等实现柔性化加工。3、曲轴圆角滚压强化曲轴的圆角滚压强化，主要是为了提高曲轴的疲劳强度。据统计资料表明，球铁曲轴经圆角滚压后寿命可提高120-230%；锻钢曲轴经圆角滚压后寿命可提高70-130%。因此这种强化手段受到各曲轴生产厂家的高度重视。目前国外轿车曲轴几乎全部采
19、用滚压强化工艺。采用这种设备应注意柔性化，以适应不同产品的加工。4、曲轴砂带抛光采用砂带抛光可同时抛光主轴颈、连杆颈、法兰、圆角及至推面，由曲轴轴向窜动实现圆角及止推面的抛光。抛光后的表面粗糙度至少提高一级精度以上。为实现曲轴多品种、变型产品的加工，可采用独立抛光头、分多工步加工实现柔性化。5、曲轴的清洗曲轴通常采用二次清洗，第一次清洗安排在枪钻油孔之后，去除油孔内的铁屑和曲轴表面的润滑油，为下道工序提供清洁的半成品。第二次清洗安排在砂带抛光之后，选用定点定位专用清洗机对油孔、法兰螺孔等用专用喷嘴清洗。6、曲轴的精加工曲轴精磨主轴颈和精磨连杆颈工序应选用单砂轮、独立双砂轮CBN数控磨床，不易选用多砂轮一体化磨床，虽效率高，但不能适应多品种柔性化需要。