曲轴和双刀架数控车床

曲轴是发动机中最重要的部件之一,它的功用是将发动机各缸活塞的往复功汇总起来,并以回转运动的形式传递给飞轮,然后对外输出做功。由于曲轴的形状和受力情况十分复杂,以及结构上在发动机中的重要地位,因此它对制造技术要求很高,是发动机机中造价最高的部件之一,约占整台发动机造价的10%左右。对曲轴加工制造技术的研究有助于提高曲轴加工质量和降低制造成本。本文着重论述了目前在曲轴制造业中尚未形成一致意见的几个问题,如几何中心孔和质量中心孔的选择、铸铁曲轴轴颈粗糙度的评价,车车拉和外铣技术的比较以及在何种情况下采用何种技术比较适合等。最后通过一个曲轴生产开发的案例,详细介绍了曲轴生产开发过程中的一般步骤和流程和各个过程的重点考察内容,对曲轴生产项目的开发具有一定的参考和借鉴价值。

曲轴是动力机械内燃机装置的关键部件之一。其加工质量对内燃机工作的可靠性及使用寿命有着重要的影响。长期以来, 曲轴制造大多数是在普通车床上加工的, 由于曲轴形状复杂台阶多, 加工时要多次定位装夹, 这样导致部件精度难于保证。经改进采用靠模法来加工曲轴, 特点是有灵活性,且制造质量能满足技术设计要求。但靠模件的精度直接影响曲轴的精度, 当参数变化欲加工新的曲轴时, 则需要重新设计制造新的靠模, 精度不高、周期长、工作量大是该种方法的主要弊端。

目前, 国内已生产了自动化程度较高的曲轴车床。该种机床采用双排刀切削, 特点是加工次数少,能保证制造精度, 但用户反映对刀难, 尤其当后排刀损坏时, 换刀、装配、调整相当麻烦, 其次该机床的价格昂贵, 故在为数众多的中小型曲轴生产厂中还难于普及和推广。

用于曲轴加工的C630车床数控装置是在1986年12月由山东省教育厅主持通过省级鉴定的。该装置通过一年多的现场运行, 能满足线型复杂、精度、光洁度要求高的曲轴部件机械加工的要求, 工件加工效率约提高1.5倍, 且劳动强度获得了改善, 降低了废品率、提高了经济效益当要试制新产品或更改曲轴参数时, 只需愉入新的加工程序即可, 又由于该装置性能稳定, 工作可靠, 编程简单, 操作方便因而获得了用户的一致好评。

随着中国向制造大国迈进，数控机床已成为现代制造业的主流制造装备，数控机床被广泛应用在不同工业领域，国内外对数控机床提出了更高的要求，高速、精密、复合、智能、环保已成为机床装备业发展的新趋势。

数控车床有单刀架和双刀架两种形式。一般情况下，单刀架数控车削应用范围较广，编程较为简单，一般的编程系统均能较好地完成程序的生成，而且其稳定性、可靠性也较高。双刀架数控车床则采用多刀同时切削加工，能够缩短工时，提高生产效率，在复杂零件的加工能力、质量控制、效率等方面均是单刀架加工无可比拟的，但其数控程序编制较困难，手工编程周期较长。

目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。老式生产线一个主要的特点就是普通设备太多，一条微车曲轴生产线有35台~60台设备。国

内一月产10000件左右的一锻钢曲轴生产线，粗加工通常采用普通车床或外铣加工主轴颈和连杆颈，然后数控精车主轴颈和连杆颈，再经过多道工序的磨削方转入精加工工序。生产线设备达60多台，导致产品周转线长、场地占用面积大，其生产效率完全靠多台设备分解工序和余量来提高。

1 国外曲轴复合加工技术的发展

20世纪80年代后期，德国BOEHRINGER公司和HELLER公司开发出了完善的曲轴车－车拉机床。该加工工艺是将曲轴车削工艺与曲轴车拉工艺完美结合，生产效率高、加工精度好、柔性强、自动化程度高、换刀时间短，特别适合有沉割槽曲轴的加工，加工后曲轴可直接进行精磨，省去粗磨工序。因此，曲轴车－车拉加工工艺是目前国际上曲轴粗加工中流行的加工工艺之一。20世纪90年代中期出现的新型CNC高速曲轴外铣机床使曲轴粗加工工艺又上了一个新台阶。20世纪90年代开发的CBN高速磨削。英国LANDIS公司生产的曲轴磨床，磨削速度高达120m/s，用扒皮法一次装夹从毛坯到精磨完毕，耗时仅几分钟的时间。这将会出现以磨代替其它粗加工工艺的新局面。进入21世纪以后，复合加工工艺已进入曲轴制造业中。复合机床应具有工序集成功能，多种加工集成功能。奥地利WFL公司生产的卧式车铣复合加工中心能在曲轴硬化前“一次装夹，全部加工”，加工后的曲轴可直接转入精加工工序。曲轴精加工方面，也出现了工序集成的CBN数控磨床，即一次装夹磨削全部曲轴主轴颈和连杆轴颈(摆动跟踪磨削)。

2 我国曲轴加工技术的发展趋势

当今的汽车发动机曲轴制造业面临以下几个问题：①多品种、小批量生产；②交货期大大缩短；③降低生产成本；④难切削材料的出现使加工难度明显增加，加工中提出了许多需要解决的课题，如硬切削；⑤为保护环境，要求少用或不用切削液，即实现干式切削或准干式切削。

随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。就目前状况来讲，这些设备和技术大多依赖进口。下面就哈尔滨东安动力、文登天润曲轴、江苏南亚曲轴等公司的情况作以介绍。

哈尔滨东安集团曲轴生产线为全自动柔性流水生产线，粗加工生产线由德国的专机自动线(LINDENMAIER)、数控车-车拉、数控高速随动外铣(BOEHRINGER)、圆角滚压机(HEGENSCHEIDTMFD)和止推面车滚专机、淬火机(EMA)等组成；精加工生产线由日本的数控高速CBN磨床(TOYODA)、动平衡机、抛光机

(IMPCO-NACHI)、检测机、清洗机等组成。连杆轴颈加工则采用了数控高速随动加工技术，全线采用高速CBN砂轮磨削技术，磨削线速度达到120m/s。

文登天润曲轴通过引进德、美、意等发达国家的先进设备，组建了具有当今国际先进水平的大型曲轴生产基地，由CBN磨床、HAAS立式和卧式加工中心、意大利SAIMP磨床、德国HELLER曲轴内铣床和SA-FINA抛光机等设备组成的机加工生产线已经开始大批量生产。在一轿车发动机曲轴生产线看到，全线设备（包括热处理、表面强化）只有13台设备左右，产品周转线短、加工效率高、易于质量控制管理。

江苏南亚自动车有限公司菲亚特轿车曲轴生产线通过引进德国BOEHRINGER公司两台设备，其中1台为数孔曲轴车－车拉机床，另外1台为CNC高速曲轴外铣，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，并随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。可以加工长度在450~700mm、回转直径在380mm以内的各种曲轴，连杆轴颈直径误差为±0.02mm。由上可以看出，曲轴粗加工比较流行的工艺是：主轴颈采用车