進(jìn)入21世紀以后，發(fā)動(dòng)機曲軸在制造工藝、刀具等方面都發(fā)生了巨大的變化。領(lǐng)導了近半個(gè)多世紀的多刀車(chē)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、高效的復合加工技術(shù)及裝備迅速進(jìn)入汽車(chē)及零部件制造業(yè)，高速高效復合加工技術(shù)在曲軸加工生產(chǎn)中已有相當程度的應用，并將是其必然發(fā)展趨勢。
    曲軸加工技術(shù)設備現狀
    目前，國內較陳舊的曲軸生產(chǎn)線(xiàn)多數由普通機床和專(zhuān)用機床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度相對較低。粗加工設備一般采用多刀車(chē)床車(chē)削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質(zhì)量穩定性差，容易產(chǎn)生較大的加工應力，難以達到合理的加工余量。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，尺寸一致性差。
    老式生產(chǎn)線(xiàn)一個(gè)主要的特點(diǎn)就是普通設備太多，按加工球墨鑄鐵曲軸來(lái)計算，一條生產(chǎn)線(xiàn)有35～40臺設備。筆者曾考查過(guò)國內某一鍛鋼曲軸生產(chǎn)線(xiàn)，粗加工采用普通外銑加工主軸頸和連桿頸，然后數控精車(chē)主軸頸和連桿頸，再經(jīng)過(guò)多道工序的磨削方轉入精加工工序。所以這條生產(chǎn)線(xiàn)設備達60多臺，導致產(chǎn)品周轉線(xiàn)長(cháng)、場(chǎng)地占用面積大，其生產(chǎn)效率完全是靠多臺設備分解工序和余量來(lái)提高的。 
　　而當今的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機曲軸制造業(yè)面臨的卻是以下幾個(gè)問(wèn)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.為保護環(huán)境，要求少用或不用切削液，即實(shí)現干式切削或準干式切削；
　　正是基于以上情況，進(jìn)入21世紀以來(lái)，高速、高精、高效的復合加工技術(shù)及裝備在汽車(chē)曲軸制造業(yè)中得到了迅速的應用，生產(chǎn)效率得到了很大提高，因此發(fā)動(dòng)機曲軸生產(chǎn)線(xiàn)中生產(chǎn)設備數量得以減少。筆者曾在某一轎車(chē)發(fā)動(dòng)機曲軸生產(chǎn)線(xiàn)看到，全線(xiàn)設備(包括熱處理、表面強化)只有13臺設備左右，產(chǎn)品周轉線(xiàn)短、加工效率高、易于質(zhì)量控制管理。 
　　曲軸復合加工技術(shù)的發(fā)展
　　20世紀80年代后期，德國B(niǎo)OEHRINGER公司和HELLER公司開(kāi)發(fā)出了完善的曲軸車(chē)-車(chē)拉機床，該加工工藝是將曲軸車(chē)削工藝與曲軸車(chē)拉工藝完美結合，生產(chǎn)效率高、加工精度好、柔性強、自動(dòng)化程度高、換刀時(shí)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(chē)-車(chē)拉加工工藝是目前國際上曲軸粗加工中流行的加工工藝之一。
　　20世紀90年代中期出現的新型CNC高速曲軸外銑機床使曲軸粗加工工藝又上了一個(gè)新臺階。CNC曲軸內銑與CNC高速曲軸外銑對比，內銑存在以下缺點(diǎn)：不容易對刀、切削速度較低(通常不大于160m/min)、非切削時(shí)間較長(cháng)、機床投資較多、工序循環(huán)時(shí)間較長(cháng)。而CNC高速曲軸外銑具有以下優(yōu)點(diǎn)：切削速度高(可高達350m/min)、切削時(shí)間較短、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(dòng)車(chē)有限公司菲亞特轎車(chē)曲軸生產(chǎn)線(xiàn)見(jiàn)到德國B(niǎo)OEHRINGER公司兩臺設備，其中1臺為數孔曲軸車(chē)-車(chē)拉機床，另外1臺為CNC高速曲軸外銑，親身體驗了一次“削鐵如泥”的感覺(jué)。據專(zhuān)家介紹，曲軸車(chē)-車(chē)拉機床特別適合于軸頸有沉割槽、平衡塊側面不用加工的曲軸；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B(niǎo)OEHRINGER公司的VDF315OM-4高速隨動(dòng)外銑床，它是德國B(niǎo)OEHRINGER公司專(zhuān)為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機曲軸設計制造的柔性數控銑床，該設備應用工件回轉和銑刀進(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中心，并隨動(dòng)跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF315OM-4高速隨動(dòng)外銑采用復合材料一體化結構床身，工件兩端電子同步旋轉驅動(dòng)，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SIEMENS840DCNC控制系統，通過(guò)輸入零件的基本參數即可自動(dòng)生成加工程序，可以加工長(cháng)度在450～700mm、回轉直徑在380mm以?xún)鹊母鞣N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(chē)拉工藝和高速外銑，連桿頸采用高速外銑，而且傾向于高速隨動(dòng)外銑，全部采用干式切削。由于國外此類(lèi)設備價(jià)格昂貴，產(chǎn)品加工成本很高，國內一些機床生產(chǎn)廠(chǎng)家(如青海第二機床制造有限責任公司)相繼開(kāi)發(fā)出了數控曲軸車(chē)床、數控高速曲軸銑床，數控曲軸車(chē)拉機床等專(zhuān)用機床。
　　曲軸精加工采用國內數控磨床磨削情況已相當普遍，產(chǎn)品加工精度已有相當程度的提高。為滿(mǎn)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代曲軸磨床除了要有很高的靜態(tài)、動(dòng)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(lái)，更要求曲軸磨床具有穩定的加工精度，為此，對曲軸磨床的工序能力系數規定了Cp≥1.67，這意味著(zhù)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(zhù)現代驅動(dòng)和控制技術(shù)、測量控制、CBN(立方氮化硼)砂輪和先進(jìn)的機床部件的應用，為曲軸磨床的高精度、高效磨削加工創(chuàng )造了條件。一種稱(chēng)之為連桿頸隨動(dòng)磨削的工藝。正是體現了這些新技術(shù)綜合應用的具體成果。這種隨動(dòng)磨削工藝可顯著(zhù)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(dòng)磨削時(shí)，曲軸以主軸頸為軸線(xiàn)進(jìn)行旋轉，并在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過(guò)程中，磨頭實(shí)現往復擺動(dòng)進(jìn)給，跟蹤著(zhù)偏心回轉的連桿頸進(jìn)行磨削加工。要實(shí)現隨動(dòng)磨削，X軸除了必須具有高的動(dòng)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砂輪的應用是實(shí)現連桿頸隨動(dòng)磨削的重要條件。由于CBN砂輪耐磨性高，在磨削過(guò)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120～140m/s的磨削速度，磨削效率很高。 
　　用于曲軸復合加工的機床
　　提到復合加工技術(shù)，就不得不提到復合加工機床，復合加工機床的定義也是隨時(shí)代變化的。過(guò)去將加工中心稱(chēng)為復合加工機床，但因工具交換加工的品種受到限制，而且也走不出切削加工的領(lǐng)域，現在已經(jīng)不再將一般的加工中心稱(chēng)之為復合加工機床了。復合機床應具有工序集成功能，多種加工集成功能。從制造業(yè)所處的環(huán)境看，復合加工機床將一直是重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的機床產(chǎn)品之一，功能不斷擴大，會(huì )向著(zhù)“一臺機床成為一個(gè)小工廠(chǎng)”的方向邁進(jìn)。
　　在曲軸復合加工機床中，奧地利WFL公司生產(chǎn)的臥式車(chē)銑復合加工中心具有一定的代表性。WFL公司提出了“一次裝卡，全部完工”的概念。M40G該車(chē)銑中心集成了雙主軸車(chē)削中心，五軸加工中心，深孔鏜、銑、鉆和三坐標功能于一身，在一臺具有雙主軸的車(chē)銑復合加工中心上可以對曲軸進(jìn)行完全加工，加工后的曲軸可直接轉入精加工工序。目前國內也推出了類(lèi)似的復合機床，在CIMT2005期間，沈陽(yáng)數控機床有限責任公司展出的CKZ80-5車(chē)銑加工中心就是一臺復合機床，代表了我國同類(lèi)機床的最高水平。該機床五軸中X、Y、Z、B軸采用直線(xiàn)光柵尺或圓度光柵尺檢測，可實(shí)現閉環(huán)控制。該加工中心備有48～96工位刀庫可實(shí)現自動(dòng)換刀，一次裝卡可進(jìn)行車(chē)、銑、鉆、鏜、攻絲等的加工。
　　在曲軸精加工方面，也出現了工序集成的CBN數控磨床，即一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸，此類(lèi)磨床一般配雙砂輪頭架。日本TOYADA工機、德國勇克(JUNKER)、德國NAXOS等生產(chǎn)的此類(lèi)數控磨床都是比較成熟的設備。這里簡(jiǎn)要介紹一下日本TOYADA工機開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的GF70M-T曲軸磨床的性能：該機床是為了滿(mǎn)足多品種、低成本、高精度、大批量生產(chǎn)需要而設計的數控曲軸磨床，應用工件回轉和砂輪進(jìn)給伺服聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，可以一次裝夾而不改變曲軸回轉中心即可完成所有軸頸的磨削，包括隨動(dòng)跟蹤磨削連桿軸頸；采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進(jìn)給絲杠(砂輪頭架)和線(xiàn)性光柵閉環(huán)控制，使用TOYADA工機生產(chǎn)的GC50CNC控制系統，磨削軸頸圓度精度可達到0.002mm；采用CBN砂輪，磨削線(xiàn)速度高達120m/s，配雙砂輪頭架，磨削效率極高。 
　　曲軸加工中刀具材料多樣化
　　切削刀具性能的提高為高效、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)展起到了重要的作用。PCD、PCBN為難加工材料的切削、干切削、硬切削等的加工創(chuàng )造了條件。
　　為適應曲軸加工高速化、高效率、干式切削的需求，目前大量采用涂層刀具。涂層的材料從TiN發(fā)展為A12O3、TiC、ZrO2等，根據加工的要求，為提高耐高溫的性能，又發(fā)展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN等?，F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、復合涂層，現在又發(fā)展成納米涂層；深油孔的加工采用槍鉆加工代替普通加長(cháng)高速鋼鉆頭，鉆孔和攻絲用硬質(zhì)合金材料來(lái)代替過(guò)去的高速鋼材料。目前曲軸的精加工也漸漸開(kāi)始使用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，分攤到每個(gè)工件上的刀具費用反而比采用價(jià)格低廉的普通砂輪要低。據德國NAXOS磨床廠(chǎng)的資料顯示，采用CBN砂輪加工時(shí)間通?？煽s短50％，而加工費用可節約50％以上。 
　　結語(yǔ)
　　以上主要從曲軸機械加工方面論述了曲軸加工的進(jìn)展，由此可得出以下結論：曲軸多刀車(chē)削工藝將逐步退出歷史舞臺，盡管這一時(shí)期較長(cháng)；高速高效加工在曲軸制造業(yè)已有相當程度的應用；適合于多品種、小批量的復合加工技術(shù)是今后曲軸加工的一個(gè)發(fā)展方向；切削刀具性能的提高為高效、高速、復合加工發(fā)展提供了技術(shù)保障。