走向复合加工——发动机曲轴加工的必然趋势

luwupeng

曲轴连杆颈随动磨削机原理图
在曲轴复合加工机床中，奥地利WFL公司生产的卧式车铣复合加工中心具有一定的代表性。WFL公司提出了“一次装卡，全部完工”的概念。M40G该车铣中心集成了双主轴车削中心，五轴加工中心，深孔镗、铣、钻和三坐标功能于一身，在一台具有双主轴的车铣复合加工中心上可以对曲轴进行完全加工，加工后的曲轴可直接转入精加工工序。目前国内也推出了类似的复合机床，在CIMT2005期间，沈阳数控机床有限责任公司展出的CKZ80-5车铣加工中心就是一台复合机床，代表了我国同类机床的最高水平。该机床五轴中X、Y、Z、B轴采用直线光栅尺或圆度光栅尺检测，可实现闭环控制。该加工中心备有48～96工位刀库可实现自动换刀，一次装卡可进行车、铣、钻、镗、攻丝等的加工。
在曲轴精加工方面，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，此类磨床一般配双砂轮头架。日本TOYADA工机、德国勇克(JUNKER)、德国NAXOS等生产的此类数控磨床都是比较成熟的设备。这里简要介绍一下日本TOYADA工机开发生产的GF70M-T曲轴磨床的性能：该机床是为了满足多品种、低成本、高精度、大批量生产需要而设计的数控曲轴磨床，应用工件回转和砂轮进给伺服联动控制技术，可以一次装夹而不改变曲轴回转中心即可完成所有轴颈的磨削，包括随动跟踪磨削连杆轴颈；采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠(砂轮头架)和线性光栅闭环控制，使用TOYADA工机生产的GC50 CNC控制系统，磨削轴颈圆度精度可达到0.002mm；采用CBN砂轮，磨削线速度高达120m/s，配双砂轮头架，磨削效率极高。
+ u1 d. W( ?  m6 D- E' G曲轴加工中刀具材料多样化
* K. }5 Y; l1 ~切削刀具性能的提高为高效、高速加工发展提供了可能性，除了高速钢、硬质合金以外，超硬材料的发展起到了重要的作用。PCD、PCBN为难加工材料的切削、干切削、硬切削等的加工创造了条件。
- U2 o$ q6 u6 t0 z为适应曲轴加工高速化、高效率、干式切削的需求，目前大量采用涂层刀具。涂层的材料从TiN发展为Al2O3、TiC、ZrO2等，根据加工的要求，为提高耐高温的性能，又发展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN等。现在PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)技术不断推陈出新，由单层发展成多层、千层、复合涂层，现在又发展成纳米涂层；深油孔的加工采用枪钻加工代替普通加长高速钢钻头，钻孔和攻丝用硬质合金材料来代替过去的高速钢材料。目前曲轴的精加工也渐渐开始使用CBN砂轮加工，CBN砂轮价格昂贵，但由于加工效率和耐用度高，分摊到每个工件上的刀具费用反而比采用价格低廉的普通砂轮要低。据德国NAXOS磨床厂的资料显示，采用CBN砂轮加工时间通常可缩短50%，而加工费用可节约50%以上。
+ o! d3 v0 q$ G9 y+ D结语
以上主要从曲轴机械加工方面论述了曲轴加工的进展，由此可得出以下结论：曲轴多刀车削工艺将逐步退出历史舞台，尽管这一时期较长；高速高效加工在曲轴制造业已有相当程度的应用；适合于多品种、小批量的复合加工技术是今后曲轴加工的一个发展方向；切削刀具性能的提高为高效、高速、复合加工发展提供了技术保障。
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