曲轴高效专用机床的合理应用

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高效专用性是曲轴制造装备的一大典型特征。由于曲轴自身结构的特殊性，决定了其加工机床的特殊性，只有合理应用合适的加工机床，才能发挥出曲轴加工机床的高效专用性，从而提高工序的加工效率。
　　
　　发动机曲轴加工机床的高效专用性，是曲轴制造装备的一大典型特征。“高效专用”对机床的基本要求是高刚度、高速度和大功率。高效专用机床的基本特征是“量体裁衣”型，即按照用户需要提供个性化产品。
　　整体解决方案要求
( m- S1 e* A* s  N6 J3 B　　高效专用机床属于“精益机床”，去除冗余功能，具有高效率和极强的针对性特点。现代高效专用机床的供货方式是整体解决方案。整体解决方案有如下要求：
% n; |; b% c+ l& J5 O　　1．要求从设备研制到投产后都采用协同工程——与上下游合作伙伴（供应商）及用户，通过异地设计建立动态联盟。联合研制贯穿于全过程，为用户服务贯穿于产品全生命周期。
　　2．要求供货商熟悉用户产品（包括预测中期发展的新产品），熟悉用户工艺，具有编程能力、设备优化使用能力、工艺装备成套能力和集成能力，即可将工艺系统、物流系统和信息系统集成为制造单元及相应的人员培训。
　　3．要求供货商具备自主技术创新能力，提供的不仅是全面的，还必须是当代技术水平可达到的“最佳”方案。促使供货商实现用户需求“拉动”的自主创新。同时，与用户联合研制过程中积累的多个创新，为开发的产品“原创性”打下基础。
　　4．还要求供应商具备经济分析能力，能够根据用户资金（包括动态资金），提出几个方案及报价，并且为用户提出投资回报周期及盈利分析。
　　5．要求用户提供拟加工工件图纸或他们的典型工件图纸和技术要求；提出应达到的生产率（单件加工工时）和质量水平（均应适当高出现有的水平）；工件在本机床加工前后工序的情况，使得机床一到厂即可立即投入生产，而且加工效率和加工质量均能立刻稳定可靠地符合或高于用户原来提出的要求，迅速创造效益。
7 n, w* ~* }4 ]　　典型曲轴高效专用机床应用三例
　　1.数控车-车拉机床
　　车拉技术起源于美国的一项技术专利，在曲轴加工中逐渐得到发展。目前的发展较为普遍，在国外大量用于半精加工曲轴的主轴颈和连杆轴颈加工中。车拉技术加工形式可分为3种：直线车拉、内环刀具旋转车拉和外环刀具旋转车拉。车拉工艺大约在1983年左右开发出来，从1983～1988年短短的5年中，车拉工艺从直线式发展成回转式，到1988年发展到车－车拉工艺，到目前为止其拉削方法也逐步改为梳刀工艺代替，其主要特点有：一次设定能完成所有同心圆的车削，具有在同一台机床上完成车-车拉加工、高效率、通过使用特殊卡盘和刀具系统实现柔性加工以及机床保养简便、维护成本低等优点，特别适用于平衡块侧面不需加工、轴颈有沉割槽的曲轴。其中拉削工艺可用高效的梳刀技术代替，梳刀加工通常放到该工序的最后工步，通过微量的径向进给和纵向车削实现高速精加工。采用梳刀工艺具有精度高、效率高、切屑易清理和轴向进刀量小等优点。图1所示为双刀盘车-车拉机床。
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图1  双刀盘车-车拉机床
1 J0 r9 u6 I* n　　2.数控高速外铣机床
　　20世纪90年代中期开发出来的CNC高速外铣技术，它对平衡块侧面需要加工的曲轴，比CNC车削、CNC内铣和车-车拉的生产效率还要高。以四拐曲轴为例：CNC车-车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序，而CNC高速外铣只要一道工序就能完成（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随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈），具有以下优点：切削速度高（可高达350m/min）、切削时间较短、工序循环时间较短、切削力较小、工件温升较低、刀具寿命高、换刀次数少、加工精度更高以及柔性更好。所以CNC高速外铣将是曲轴主轴颈和连杆轴颈粗加工的发展方向。图2为双刀盘高速外铣机床。
　　
图2  双刀盘高速外铣
　　3.数控内铣机床
　　数控内铣是20世纪80年代中期出现的工艺，数控内铣加工性能指标要高于普通外铣加工，尤其是对于锻钢曲轴，内铣更有利于断屑、刚性特别好。数控内铣铣削工艺是目前国际上曲轴连杆颈粗加工先进的加工方法之一，尤其是大功率锻钢曲轴的加工内铣工艺更是首选。内铣机床有多种加工形式，使用最多的是曲轴固定型数控曲轴内铣加工工艺，主要特点是：生产效率高、加工精度好、适用范围广和柔性好，其具有代表性的工艺装备有德国HELLER公司开发的数控曲轴内铣机床系列。其主要功能特点有：曲轴固定后不动，铣刀跟随连杆颈铣削；机床床身为复合材料一体化结构；工件两端电子同步电动机旋转驱动；具有干式切削、加工精度高和切削效率高等特点。控制系统可通过输入零件的基本参数，即可生成自动加工程序。
　　典型曲轴高效专用机床的合理应用
& d# O( v7 C4 z5 t8 e/ [, V　　曲轴高效专用机床也有它的加工局限性，只有合理应用合适的加工机床，才能发挥出曲轴加工机床的高效专用性，从而提高工序的加工效率。
+ A$ \: r# M$ k3 Q) A* w3 m　　1．当曲轴轴颈有沉割槽时，数控内铣机床不能加工；如果曲轴轴颈轴向有沉割槽时，数控高速外铣机床和数控内铣机床均不能加工，但数控车-车拉机床能很方便地加工。
0 C6 I3 k5 i2 \+ ~　　2．当平衡块侧面需要加工时，数控内铣机床应当为首选机床，因为内铣刀盘外圆定位，刚性好，尤其适用于加工大型锻钢曲轴；此时不适合用数控车-车拉机床，因为在曲轴的平衡块侧面需要加工的情况下，采用数控车-车拉机床加工，平衡块侧面是断续切削，且曲轴转速又很高，在这种工况下，崩刀现象比较严重。
　　3．当曲轴的轴颈无沉割槽，且平衡块侧面不需加工时，原则上几种机床都能加工。当加工轿车曲轴时，主轴颈采用数控车-车拉机床，连杆颈采用数控高速外铣机床则应成为最佳高效加工选择；当加工大型锻钢曲轴时，则主轴颈和连杆颈均采用数控内铣机床比较合理。
2 c/ P. p. C4 _: n7 G% Z' R　　曲轴可以分为体形较大的锻钢曲轴和轻量化的轿车曲轴，锻钢曲轴轴颈一般无沉割槽，且侧面需要加工，余量较大；轿车曲轴一般轴颈有沉割槽，且侧面不需要加工。因此可以得出结论：加工锻钢曲轴采用数控内铣机床，加工轿车曲轴主轴颈采用数控车-车拉机床，连杆颈采用数控高速外铣机床是比较合理的高效加工选择。【MechNet】
文章关键词： 机床