1、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工技術(shù)現(xiàn)狀
發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)線存在較多的是陳舊生產(chǎn)線。陳舊生產(chǎn)線主要由普通機(jī)床和專用機(jī)床組成，生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度較低，粗加工是沿用20世紀(jì)70年代以前就盛行的車削方法，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。采用的刀具材料是高速鋼和普通硬質(zhì)合金。一般精加工采用MQ8260等普通曲軸磨床粗磨-半精磨-精磨-拋光，通常靠手工操作，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，尺寸一致性差。老生產(chǎn)線一個(gè)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(lái)算，一條生產(chǎn)線35-40臺(tái)設(shè)備，生產(chǎn)效率完全是靠多臺(tái)設(shè)備分解工序和余量來(lái)提高的。
2、高效加工技術(shù)應(yīng)用狀況
當(dāng)今的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)正朝著高速、智能、復(fù)合、環(huán)保方面發(fā)展，其發(fā)展特點(diǎn)是競(jìng)爭(zhēng)加劇，如何能不斷提高生產(chǎn)效率、降低制造成本，以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格向客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，及時(shí)滿足用戶日益增長(zhǎng)的需求，成為各企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的柔性化要求提高，要求能夠根據(jù)市場(chǎng)的需求及時(shí)推出新的產(chǎn)品或轉(zhuǎn)換新的型號(hào)生產(chǎn)，當(dāng)市場(chǎng)對(duì)某種產(chǎn)品有需求時(shí)必須抓住機(jī)遇生產(chǎn)出足夠滿足市場(chǎng)需要的產(chǎn)品。發(fā)動(dòng)機(jī)制造中有大量零部件需要進(jìn)行切削加工，具有技術(shù)密集程度高、生產(chǎn)批量大、制造節(jié)拍快的特征，發(fā)動(dòng)機(jī)制造中使用的刀具不僅要求其切削性能好、工作壽命長(zhǎng)，還要求其具有高度的穩(wěn)定性，同時(shí)還要具有很高的性能價(jià)格比，金屬切削和刀具技術(shù)作為機(jī)械加工工藝環(huán)節(jié)中最活躍的因素，成為提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量、降低制造成本的關(guān)鍵技術(shù)之一。
正是基于以上情況，在進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，高效加工技術(shù)及裝備汽車制造業(yè)得到了迅速的應(yīng)用，生產(chǎn)效率得到了很大的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸生產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量正急劇減少，筆者曾在一轎車發(fā)動(dòng)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）僅有13臺(tái)設(shè)備左右，產(chǎn)品周轉(zhuǎn)線短，加工效率高，易于質(zhì)量管理。
二十世紀(jì)八十年代后期，德國(guó)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(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。如上圖1所示的是曲軸車?yán)督Y(jié)構(gòu)。
二十世紀(jì)九十年代中期國(guó)外又研發(fā)出來(lái)新型的數(shù)控高速曲軸外銑機(jī)床，使曲軸粗加工工藝又上了一個(gè)新臺(tái)階，數(shù)控曲軸內(nèi)銑與數(shù)控高速曲軸外銑對(duì)比，內(nèi)銑存在以下缺點(diǎn)：不容易對(duì)刀、切削速度較低（通常不大于160m/min）、非切削時(shí)間較長(zhǎng)、機(jī)床投資較多、工序循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，但內(nèi)銑用來(lái)加工鍛鋼曲軸容易斷屑，加工容易。而數(shù)控高速曲軸外銑有以下優(yōu)點(diǎn)：切削速度高（可高達(dá)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(shù)少、加工精度更高、柔性更好。數(shù)控高速外銑的缺點(diǎn)是不能加工軸向有沉割槽的曲軸，曲軸高速外銑刀的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。
由以上可以看出，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，全部采用干式切削。由于國(guó)外此類設(shè)備價(jià)格昂貴，產(chǎn)品加工成本很高，國(guó)內(nèi)一些機(jī)床生產(chǎn)廠家相繼開發(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。我公司購(gòu)進(jìn)6臺(tái)此類機(jī)床，不同質(zhì)量的刀片加工效果差異很大，以數(shù)控高速曲軸銑床為例，刀盤安裝國(guó)產(chǎn)某硬質(zhì)合金涂層刀具，切削線速度80-120m/min，而且刀片消耗嚴(yán)重；而換上山特維克可樂滿等優(yōu)秀刀具制造上的專用涂層刀具，其切削速度可達(dá)200m/min左右，而且刀片消耗總體較低，之所以達(dá)不到德國(guó)高速外銑的350m/min的線速度，我想國(guó)產(chǎn)機(jī)床的性能影響了刀具的效率的發(fā)揮。
曲軸精加工采用國(guó)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(duì)曲軸磨床提出了很高的要求。隨著現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)，測(cè)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(dòng)磨削工藝正是體現(xiàn)了這些新技術(shù)綜合應(yīng)用的具體成果。而這種隨動(dòng)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(duì)連桿頸進(jìn)行隨動(dòng)磨削時(shí)，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(dòng)進(jìn)給，跟蹤著偏心回轉(zhuǎn)的連桿頸進(jìn)行磨削加工。實(shí)現(xiàn)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(yīng)用是實(shí)現(xiàn)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，有的甚至可更高些，磨削效率很高。
3、復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)用狀況
提到復(fù)合加工技術(shù)，就不得不提到復(fù)合加工機(jī)床，復(fù)合加工機(jī)床的定義也是隨時(shí)代變化的。過去將加工中心稱為復(fù)合加工機(jī)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(xiàn)在已經(jīng)不再將一般的加工中心稱之為復(fù)合加工機(jī)床了。復(fù)合機(jī)床應(yīng)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(fù)合加工機(jī)床將一直是重點(diǎn)開發(fā)的機(jī)床產(chǎn)品之一，功能不斷擴(kuò)大，會(huì)向著“一臺(tái)機(jī)床成為一個(gè)小工廠”的方向邁進(jìn)。
曲軸制造業(yè)復(fù)合加工技術(shù)也有了一定程度的應(yīng)用，奧地利WFL公司生產(chǎn)的臥式車銑復(fù)合加工中心具有一定的代表性。WFL公司提出了“一次裝夾，完全加工”的概念。如圖所示的是該系列的一種M40G。該車銑中心集成了雙主軸車削中心、五軸加工中心、深孔鏜、銑、鉆和三坐標(biāo)功能于一身，在一臺(tái)具有雙主軸的車銑復(fù)合加工中心上可以對(duì)曲軸進(jìn)行完全加工，加工后的曲軸可直接轉(zhuǎn)入精加工工序。目前國(guó)內(nèi)也推出了類似的復(fù)合機(jī)床，在 CIMT2005上，沈陽(yáng)數(shù)控機(jī)床有限責(zé)任公司展出的CKZ80-5車銑加工中心就是一臺(tái)復(fù)合機(jī)床。該機(jī)床代表了我國(guó)同類機(jī)床的最高水平。該機(jī)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(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。該加工中心備有48~96工位刀庫(kù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，一次裝卡可進(jìn)行車、銑、鉆、鏜、攻絲等的加工。
在曲軸精加工方面，也出現(xiàn)了工序集成的CBN數(shù)控磨床，即一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸，此類磨床一般配雙砂輪頭架。日本TOYADA工機(jī)、德國(guó)勇克（JUNKER）、德國(guó)NAXOS等生產(chǎn)的此類數(shù)控磨床是比較成熟的設(shè)備。
4、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(yīng)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(jù)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(xiàn)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(fù)合涂層，現(xiàn)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(zhǎng)高速鋼鉆頭，鉆孔和攻絲用硬質(zhì)合金材料來(lái)代替過去的高速鋼材料。目前曲軸的精加工也漸漸開始使用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?jǐn)偟矫總€(gè)工件上的刀具費(fèi)用反而比采用價(jià)格低廉的普通砂輪的要低，據(jù)德國(guó)NAXOS磨床廠的資料，采用CBN砂輪加工時(shí)間通?？煽s短50%，而加工費(fèi)用可節(jié)約50%以上。
為達(dá)到高效加工的目的，還出現(xiàn)了組合式刀具和復(fù)合刀具，以簡(jiǎn)化工序、減少刀具數(shù)量、減少換刀時(shí)間和降低加工節(jié)拍時(shí)間，現(xiàn)在，還出現(xiàn)了鉆孔和螺紋加工在一起的組合式刀具，這種復(fù)合刀具的前部用于鉆孔，緊接著是刀具的螺紋加工部分，在螺紋底孔被鉆出來(lái)后，該刀具即進(jìn)行螺紋的銑削加工，僅用一把刀具即完成該孔的全部加工。
由于組合式刀具的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率，但也增加了非標(biāo)刀具的種類和數(shù)量，增加了對(duì)刀具管理的要求，特別是在刀具非正常消耗發(fā)生時(shí)，增加了快速獲得替代刀具的困難和影響生產(chǎn)線正常生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。因此怎樣做到既能保證為獲得高的生產(chǎn)率而大量采用復(fù)合刀具，又能盡可能地使刀具實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，就成為刀具制造業(yè)和汽車制造業(yè)需要共同關(guān)注和研究解決的問題，需要制定一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)定向于平臺(tái)的刀具，建立一些標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)合理的組合或者變換切削及功能模塊，并在這種復(fù)合刀具中盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)刀片，以快速價(jià)廉地制造各種專用刀具，這樣將會(huì)大大降低刀具制造、采購(gòu)和庫(kù)存成本，縮短刀具供貨時(shí)間，并顯著提高出現(xiàn)刀具非正常消耗時(shí)的應(yīng)急能力和快速響應(yīng)能力。
5、國(guó)內(nèi)工具行業(yè)的發(fā)展和存在的問題
首先應(yīng)該看到，中國(guó)工具工業(yè)是落后于發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的，發(fā)動(dòng)機(jī)制造先進(jìn)設(shè)備主要依賴進(jìn)口，而國(guó)產(chǎn)刀具無(wú)法滿足進(jìn)口設(shè)備的需要，主要表現(xiàn)在中國(guó)工具業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化刀具，無(wú)法滿足汽車制造業(yè)對(duì)高效刀具的需求。當(dāng)然工具業(yè)內(nèi)部也有相當(dāng)一部分企業(yè)努力追求技術(shù)進(jìn)步，使自己的產(chǎn)品和服務(wù)盡快趕上現(xiàn)代制造高速發(fā)展的需求。如株洲鉆石切削刀具股份有限公司在硬質(zhì)合金基體材料、涂層技術(shù)、刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀片槽型開發(fā)等方面取得了重大突破；東風(fēng)汽車公司刃量具廠繼前幾年在國(guó)內(nèi)率先開發(fā)成功具有國(guó)際先進(jìn)水平的曲軸車?yán)吨?，今年又為文登天?rùn)曲軸有限公司開發(fā)成功六拐曲軸高速銑刀，一次進(jìn)刀(工件旋轉(zhuǎn)一周)中同時(shí)完成七個(gè)主軸頸的銑削加工，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
中國(guó)工具行業(yè)也存在較多的問題，主要是設(shè)計(jì)開發(fā)能力低、技術(shù)落后。技術(shù)開發(fā)還是停留在技術(shù)消化、測(cè)繪、仿制、實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的低層次上，沒有充分掌握設(shè)計(jì)技術(shù)；生產(chǎn)管理和質(zhì)量意識(shí)落后，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；主機(jī)廠配套工作力度不夠。
提高切削效率是切削技術(shù)進(jìn)步的根本動(dòng)力，以提高切削效率為中心開展“中國(guó)刀協(xié)20工程” 目的是使中國(guó)工具業(yè)充分消化國(guó)內(nèi)外切削技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)理念和最新技術(shù)成果，結(jié)合我國(guó)國(guó)情探索發(fā)展中國(guó)切削技術(shù)和振興中國(guó)刀具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，最終做到中國(guó)刀具、服務(wù)中國(guó)，我們期盼著這一天。
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