進(jìn)入21世紀(jì)以后，發(fā)動機(jī)曲軸在制造工藝、刀具等方面都發(fā)生了巨大的變化。領(lǐng)導(dǎo)了近半個多世紀(jì)的多刀車削工藝和手工磨削工藝，由于加工精度低和柔性差等原因，正在逐步退出歷史舞臺。高速、高效的復(fù)合加工技術(shù)及裝備迅速進(jìn)入汽車及零部件制造業(yè)，高速高效復(fù)合加工技術(shù)在曲軸加工生產(chǎn)中已有相當(dāng)程度的應(yīng)用，并將是其必然發(fā)展趨勢。
曲軸加工技術(shù)設(shè)備現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)較陳舊的曲軸生產(chǎn)線多數(shù)由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動化程度相對較低。粗加工設(shè)備一般采用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質(zhì)量穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生較大的加工應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲軸磨床進(jìn)行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通?？咳斯げ僮?，加工質(zhì)量不穩(wěn)，尺寸一致性差。
老式生產(chǎn)線一個主要的特點(diǎn)就是普通設(shè)備太多，按加工球墨鑄鐵曲軸來計(jì)算，一條生產(chǎn)線有35~40臺設(shè)備。筆者曾考查過國內(nèi)某一鍛鋼曲軸生產(chǎn)線，粗加工采用普通外銑加工主軸頸和連桿頸，然后數(shù)控精車主軸頸和連桿頸，再經(jīng)過多道工序的磨削方轉(zhuǎn)入精加工工序。所以這條生產(chǎn)線設(shè)備達(dá)60多臺，導(dǎo)致產(chǎn)品周轉(zhuǎn)線長、場地占用面積大，其生產(chǎn)效率完全是靠多臺設(shè)備分解工序和余量來提高的。
而當(dāng)今的汽車發(fā)動機(jī)曲軸制造業(yè)面臨的卻是以下幾個問題：
1.多品種、小批量生產(chǎn)；
2.交貨期大大縮短；
3.降低生產(chǎn)成本；
4.難切削材料的出現(xiàn)使加工難度明顯增加，加工中提出了許多需要解決的課題，如硬切削；
5.為保護(hù)環(huán)境，要求少用或不用切削液，即實(shí)現(xiàn)干式切削或準(zhǔn)干式切削；
正是基于以上情況，進(jìn)入21世紀(jì)以來，高速、高精、高效的復(fù)合加工技術(shù)及裝備在汽車曲軸制造業(yè)中得到了迅速的應(yīng)用，生產(chǎn)效率得到了很大提高，因此發(fā)動機(jī)曲軸生產(chǎn)線中生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量得以減少。筆者曾在某一轎車發(fā)動機(jī)曲軸生產(chǎn)線看到，全線設(shè)備（包括熱處理、表面強(qiáng)化）只有13臺設(shè)備左右，產(chǎn)品周轉(zhuǎn)線短、加工效率高、易于質(zhì)量控制管理。
曲軸復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展
20世紀(jì)80年代后期，德國BOEHRINGER公司和HELLER公司開發(fā)出了完善的曲軸車－車?yán)瓩C(jī)床，該加工工藝是將曲軸車削工藝與曲軸車?yán)に囃昝澜Y(jié)合，生產(chǎn)效率高、加工精度好、柔性強(qiáng)、自動化程度高、換刀時間短，特別適合有沉割槽曲軸的加工，加工后曲軸可直接進(jìn)行精磨，省去粗磨工序。因此，曲軸車－車?yán)庸すに囀悄壳皣H上曲軸粗加工中流行的加工工藝之一。
20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的新型CNC高速曲軸外銑機(jī)床使曲軸粗加工工藝又上了一個新臺階。CNC曲軸內(nèi)銑與CNC高速曲軸外銑對比，內(nèi)銑存在以下缺點(diǎn)：不容易對刀、切削速度較低（通常不大于160m/min）、非切削時間較長、機(jī)床投資較多、工序循環(huán)時間較長。而CNC高速曲軸外銑具有以下優(yōu)點(diǎn)：切削速度高（可高達(dá)350m/min）、切削時間較短、工序循環(huán)時間較短、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、柔性更好。因此，CNC高速曲軸外銑將是曲軸粗加工的發(fā)展方向。
筆者在江蘇南亞自動車有限公司菲亞特轎車曲軸生產(chǎn)線見到德國BOEHRINGER公司兩臺設(shè)備，其中1臺為數(shù)孔曲軸車－車?yán)瓩C(jī)床，另外1臺為CNC高速曲軸外銑，親身體驗(yàn)了一次“削鐵如泥”的感覺。據(jù)專家介紹，曲軸車－車?yán)瓩C(jī)床特別適合于軸頸有沉割槽、平衡塊側(cè)面不用加工的曲軸；而高速外銑則不能加工軸向有沉割槽的曲軸。該銑床為德國BOEHRINGER公司的VDF 315 OM-4高速隨動外銑床，它是德國BOEHRINGER公司專為汽車發(fā)動機(jī)曲軸設(shè)計(jì)制造的柔性數(shù)控銑床，該設(shè)備應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和銑刀進(jìn)給伺服連動控制技術(shù)，可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心，并隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF 315 OM-4高速隨動外銑采用復(fù)合材料一體化結(jié)構(gòu)床身，工件兩端電子同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特點(diǎn)；該銑床使用SIEMENS 840D CNC控制系統(tǒng)，通過輸入零件的基本參數(shù)即可自動生成加工程序，可以加工長度在450~700mm、回轉(zhuǎn)直徑在380mm以內(nèi)的各種曲軸，連桿軸頸直徑誤差為±0.02mm。
由上可以看出，曲軸粗加工比較流行的工藝是：主軸頸采用車?yán)に嚭透咚偻忏?，連桿頸采用高速外銑，而且傾向于高速隨動外銑，全部采用干式切削。由于國外此類設(shè)備價格昂貴，產(chǎn)品加工成本很高，國內(nèi)一些機(jī)床生產(chǎn)廠家（如青海第二機(jī)床制造有限責(zé)任公司）相繼開發(fā)出了數(shù)控曲軸車床、數(shù)控高速曲軸銑床，數(shù)控曲軸車?yán)瓩C(jī)床等專用機(jī)床。
曲軸精加工采用國內(nèi)數(shù)控磨床磨削情況已相當(dāng)普遍，產(chǎn)品加工精度已有相當(dāng)程度的提高。為滿足曲軸日益提高的加工要求，對曲軸磨床提出了很高的要求?，F(xiàn)代曲軸磨床除了要有很高的靜態(tài)、動態(tài)剛度和很高的加工精度外，還要求有很高的磨削效率和更多的柔性。近年來，更要求曲軸磨床具有穩(wěn)定的加工精度，為此，對曲軸磨床的工序能力系數(shù)規(guī)定了Cp≥1.67，這意味著要求曲軸磨床的實(shí)際加工公差要比曲軸給定的公差小一半。隨著現(xiàn)代驅(qū)動和控制技術(shù)、測量控制、CBN（立方氮化硼）砂輪和先進(jìn)的機(jī)床部件的應(yīng)用，為曲軸磨床的高精度、高效磨削加工創(chuàng)造了條件。一種稱之為連桿頸隨動磨削的工藝。正是體現(xiàn)了這些新技術(shù)綜合應(yīng)用的具體成果。這種隨動磨削工藝可顯著地提高曲軸連桿頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對連桿頸進(jìn)行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動進(jìn)給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進(jìn)行磨削加工。要實(shí)現(xiàn)隨動磨削，X軸除了必須具有高的動態(tài)性能外，還必須具有足夠的跟蹤精度，以確保連桿頸所要求的形狀公差。CBN砂輪的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)連桿頸隨動磨削的重要條件。由于CBN砂輪耐磨性高，在磨削過程中砂輪的直徑幾乎是不變的，一次修整可磨削600~800條曲軸。CBN砂輪還可以采用很高的磨削速度，在曲軸磨床上一般可采用高達(dá)120~140m/s的磨削速度，磨削效率很高。
