曲轴的粗加工工艺

研磨者

曲轴的粗加工工艺
不断进行技术革新是汽车工业的重要特点，作为内燃(发动)机重要零件的曲轴，其粗加工工艺方法近几十年来发生了革新演变

曲轴粗加工工艺的发展

对曲轴粗加工工艺演变，特说明以下几个要点：

在多刀车削工艺中领导了将近半个多世纪的曲轴主轴颈及连杆轴颈，由于加工精度低和柔性极差等原因，被在20世纪60年代末和70年代初开发出的CNC车削、CNC外铣和CNC内铣逐步淘汰。

CNC外铣面世的时间并不长，由于其后出现的CNC内铣技术经济指标明显优于外铣，因而在20世纪80年中期又很快被CNC内铣所淘汰。

1983年又开发出车拉工艺，从1983年到1988年短短的五年中，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。至此，曲轴的主轴颈和连杆轴颈的粗加工主要采用CNC车削、CNC内铣和CNC车拉(含车－车拉)三种工艺。

20世纪90年代中期又开发出CNC高速外铣，它对平衡块侧面需加工的曲轴，比上述三种工艺的生产效率还要高。另外，CNC车－车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序，CNC高速外铣只要一道工序就能完成。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。

20世纪90年代开发的CBN高速磨削，例如：粗磨四个主轴颈(含沉割槽)，其1.27分和粗磨四个连杆轴颈(含沉割槽)共0.73分。这将会出现以磨代替其他粗加工工艺的新局面

合理选用适当工艺

研究内容

从加工精度分析，CNC车拉(含车－车拉)及CNC车削比CNC高速外铣及CNC内铣加工後的精度高，但这四种加工工艺一般来说均能满足曲轴粗加工的工艺要求。

从加工的柔性分析，CNC高速外铣(双刀盘)及CNC内铣(双刀盘)比CNC车削、CNC车拉(含车－车拉)(双刀盘)的柔性好，但这几种加工工艺的柔性一般来说相差无几，CNC内铣(正体多刀盘)及CNC车拉(正体多刀盘)的柔性比较差。

从经济分析：

3-1 从曲轴结构分析

当曲轴的轴颈有沉割槽时，CNC内铣不能加工；如有轴向沉割槽时，CNC高速外铣不能加工，但CNC车拉(含车－车拉)能加工。

当曲轴的轴颈无沉割槽时，几种工艺都能加工。

当曲轴的平衡块侧面不用加工时，CNC车拉(含车－车拉)加工循环时间与CNC内铣相差无几。

当曲轴的平衡块侧面要加工时，CNC内铣的加工循环时间大大优于CNC车拉(含车－车拉 这里尚须说明，在曲轴的平衡块侧面要加工的情况下，采用车拉(含车－车拉)工艺，由於加工平衡块侧面是断续切削，且曲轴转速又很高(约1000r/min)，在这种切削工况条件下，打刀现象比较严重，采用车拉工艺加工曲轴平衡块侧面很不合理。

3-2 机床特性

CNC车削只用于加工主轴颈，一般不用于连杆轴颈加工。

CNC内铣及CNC高速外铣加工时，以主轴颈中心为回转中心，可加工主轴颈，还可以加工连杆轴颈。

CNC车拉(含车－车拉)加工时，有三种机床结构：(1) CNC车拉，以主轴颈为回转中心，只能加工主轴颈；(2) CNC车拉(1-4) (2-3)，以某连杆轴颈中心为回转中心，只能加工某连杆轴颈。当确定某轴颈为回转中心後，不能切换到其他轴颈为回转中心，故只能加工某一组同心轴颈。(3) CNC车拉(1-2-3-4)，先以某一组连杆轴颈中心为回转中心来加工这一组连杆轴颈，加工完成後，再切换到另一组连杆轴颈中心为回转中心来加工另一组连杆轴颈。即可连续加工(1, 2, 3, 4)连杆轴颈

3-3 设备价格 CNC内铣(正体多刀盘)最昂贵，CNC车削最便宜。

3-4 从技术经济分析决定合理粗加工工艺方案

综合3-1、3-2和3-3，在不同年生产纲领下，根据曲轴的结构、设备的特性和设备的价格，决定合理的曲轴主轴颈及连杆轴颈粗加工工艺方案

由于以上几种工艺的加工精度和柔性相差不远，所以经济是采用何种合理加工工艺方案的主要因素

对结论的补充说明

日本汽车发动机厂对曲轴的粗加工，一般都推荐采用：主轴颈加工采用CNC车削和连杆轴颈加工采用CNC内铣。

主轴颈加工：只有在年产纲领为150,000件以下，以及平衡块侧面不加工的情况下采用CNC车削，才是合理的方案，（但这里尚需说明一点，平衡块侧面要加工及轴颈无沉割槽的情况下，年生产纲领为150,000件，采用CNC车削的设备价格与CNC内铣(双刀盘)的设备价格很接近，所以这种情况下采用CNC车削工艺亦可）。

连杆轴颈加工：只有在平衡块侧面要加工及轴颈无沉割槽的情况下采用CNC内铣，才是合理的方案。根据分析结果，日本汽车发动机厂对曲轴所推荐的粗加工工艺需要改进。

国内很多从事曲轴制造的技术人员，较喜欢采用车拉工艺对曲轴进行粗加工。这是一种新工艺，拥有精度高的优点。但是必须指出当曲轴平衡块侧面要加工，且轴颈无沉割槽的情况下，CNC内铣加工工艺方案比CNC车拉(含车－车拉)更加经济。

曲轴平衡块侧面不用加工，且轴颈有沉割槽的情况下，CNC车拉(含车－车拉)加工工艺方案比CNC内铣更为经济。

当年产纲领为300,000台以及曲轴平衡块侧面要加工时，曲轴的主轴颈和连杆轴颈粗加工采用CNC高速外铣方案最为经济。