曲轴加工工艺的发展变迁和柔性生产线

摘 要：曲轴是发动机核心零件，通过活塞连杆机构将活塞的往复运动转变成旋转扭矩输出。发动机工作时曲轴受到的作用力相当复杂，主要承受反复弯曲和扭转负荷以及高速旋转下强烈的摩擦。因此要求曲轴有足够的强度耐磨性及平衡性好。因此，本文对曲轴加工工艺的发展变迁、以及柔性生产线等相关内容，进行了分析和阐述，目的就是保证曲轴的加工质量;为提高发动机性能，提供了基础性的保证，并实现良好的经济效益。

关键词：曲轴加工;柔性生产线;经济效益

中图分类号：TG51 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）01-0039-02

在发动机工作状态下，曲轴会受到交变扭矩和弯矩荷载的影响，导致磨损、拉瓦、变形断裂等现象的发生，影响发动机的使用性能及寿命。为了保证发动机运行的稳定性，必须保证曲轴拥有良好的强度及较高的加工精度;因此对曲轴加工工艺就有着较高的要求，尤其是柔性生产线[1]。就目前曲轴柔性生产线加工发展情况来说，生产效益和质量有着显著的提升。基于这样的情况，曲轴加工行业要想得到进一步的发展，需要对曲轴加工艺发展演变进行分析和了解，并且明确柔性生产线加工的特点及技术要求，实现最终的目标。

1 曲轴加工分析

曲轴加工主要是采用数控车床、数控铣床、数控油孔加工中心、数控磨床等设备，对主轴颈、连杆径等展开加工，目的就是保证加工质量、提高加工精度及生产效率、降低劳动强度及生产成本。同时，曲轴加工工艺很多地方与其它轴类加工相同，一般都是采用车、铣、钻、磨、抛光、以及轴颈淬火、圆角滚压、表面氮化等特殊加工工艺等，这些会因曲轴规格及性能要求的不同，加工工艺安排会有所不同，这样才能尽最大程度上保证曲轴的质量，实现良好的经济效益。

2 曲轴加工工艺发展变迁

长期以来，曲轴加工工艺经历了一个漫长的发展过程，从传统的加工工艺，逐渐演变发展为自动化、智能化加工工艺，目的就是提高加工精度，缩短加工流程，减少加工周期，提升加工生产效率，节省劳动力，以此实现良好的经济效益。下面的就对曲轴加工工艺发展变迁的相关内容展开分析和阐述。

2.1 传统曲轴加工工艺

（1）曲轴加工在我国发展较晚，行业兴起于70年代;在当年，曲轴加工多以机械式车床、铣床，按多刀车的方式车削曲轴主轴和连杆颈的工艺为主，这种加工方式，很大程度受到设备精度、测量及人员等因素的影响，曲轴加工的精准度不高，并且柔性度也比较差。（2）到了80年代，曲轴加工行业，逐渐开始使用CNC车削及外铣等加工工艺，并且利用磨床加工，实现粗加工、半精加工及精加工的模式[2]。在发展到80年代中期时，曲轴内铣加工开始逐步应用，并且利用半自动集成设备进行精加工，至此曲轴加工精准度有了明显提升。到后期出现曲轴车拉和车、车拉工艺，不仅将加工工艺进行了简化，也保证曲轴加工的质量。另外，这个阶段的曲轴加工工艺发展，足以说明曲轴加工行业具备了良好的发展前景。（3）再到90年代，曲轴加工工艺已经进入一个良好的发展期，CNC外铣得到了很好的研发与应用，实现曲轴高效加工生产模式。CNC外铣的应用，大大简化加工工艺流程，在一道工序就能很好完成主轴、连杆轴径的加工，曲轴柔性生产线加工也得到有效的改善[3];对专用工装的依赖程度越来越低。另外，在发展的过程中，曲轴磨床的应用，曲轴轴颈尺寸及形位公差的精度得到了很大的提升，并且利用一些先进的曲轴性能强化设备如感应淬火数控机床，圆角滚压数控机床，实现曲轴的疲劳强度、抗拉強度及耐磨等性能得到很好的提升。此外在曲轴行业发展过程中，越来越注重加工设备预见性及周期性维护保养;采用模块式维修理念，一旦遇到故障能短时间内恢复，保证设备使用的稳定性和高效率，进而增加设备的的使用寿命，提升设备使用价值。

2.2 现代曲轴加工工艺

曲轴加工行业发展到21世纪，开始兴起复合加工工艺。先进的复合数控设备集车、铣、钻多种加工方式于一体，实现同道工序对多个部位完成从粗加工到精加工的多个环节。复合加工工艺，实现了曲轴的一次装夹可以完成多个部位加工，并且可以直接转入精加工环节，有效地提升了曲轴加工效率。就五轴机床为例，可以利用光栅尺检测的方式，检测X、Y、Z、B轴性能，并且对曲轴加工进行良好的环闭控制[4]。另外，在发展的过程中，逐渐将智能化、数字化、自动化技术应用到曲轴加工中，实现制造过程柔性化、智能化，质量控制精准化，达到经济效益最大化。

2.3 曲轴加工工艺发展趋势

从发展演变历程来说，从传统手工粗加工方式到高精端数控设备的高精度、高效率、复合式、智能化的加工模式，这样的生产模式已经在制造行业中，逐渐得到了应用推广。在曲轴加工行业不断发展的过程中，逐渐将信息技术和计算机技术应用到其中，完全实现智能制造模式，将人力从传统的加工模式中完全释放出来提升了品质与效率，降低加工成本，获取最大的经济效益。与此同时，曲轴加工技术不断发展，加工流程不断简化，设备使用的数量也逐渐减少。在今后的发展，只需要对设备进行简单的调整，就可以完成不同规格和类型的曲轴加工，以此实现智能化、柔性化的发展方向。

3 曲轴柔性生产线加工技术要求

为了保证曲轴柔性生产线加工的质量，明确其工艺仅仅是一个方面，还需要明确加工技术要求，具体的内容如下。

（1）在曲轴柔性生产线加工，需要注意主轴和连杆颈的圆度、圆柱度等形位公差要求，一般情况下需要控制在0.005以下。同时，曲轴前、后端轴颈的公差要求，也是重点注意的内容;这是发动机使用性能的保证。（2）曲轴连杆与主轴颈之间存在中心距的技术要求，一般情况下需要控制在±0.05以下;以保证活塞连杆组运动不干涉及功率的输出。（3）连杆颈对两端主轴颈中心之间存在平行度公差要求，在加工的时候，需要将其控制在0.01mm即可[5]。

4 曲轴柔性生产线加工工艺分析

曲轴柔性生产线加工工艺主要包括：质量中心孔及关键设备的选择、主轴及连杆颈加工、圆角滚压、油道孔加工及生产线布置等方面，下面就针对这几个方面，展开了分析和阐述。

4.1 质量中心与几何中心的选择

在曲轴柔性生产线，曲轴质量中心孔与几何中心孔选择非常关键，若是毛坯质量相对较好，加工余量较小且分布较为均匀的话，曲轴质量中心孔和几何中心孔理论是处于重合的状态。如果毛坯质量较差，加工余量大分布不均匀的情况，就必须选择质量中心孔，避免对曲轴柔性生产线加工带来不利的影响。

4.2 关键设备的选择

关键设备是保证曲轴柔性生产线加工质量的基础，因此需要对各个方面进行综合性的考虑，要选择合理的关键机床设备，需要注重以下几个方面：

（1）设备加工精度。选择的设备加工精度必须满足柔性生产线加工技术要求。（2）经济性、后期维护。采用招标的方式，降低成本，实现良好的经济效益。针对已经选择好的机床设备需要进行检查，明确其参数和服务质量，以便于后期维护工作的展开，避免对曲轴柔性生产线加工造成严重的影响[6]。（3）设备组合。根据生产的实际情况，对不同型号及类型的主要机床设备进行组合，以保证主要机床设备布局的合理性，提升曲轴柔性生产线加工的效率，以及良好的经济效益。

4.3 生产线布局

曲轴柔性生产线布局中，由于曲轴规格和型号的不同，在加工安排上会有所不同的。从生产线布局的角度来说，为了保证良好的生产效率，需要根据实际情况，构建相对完善的生产线，并且需要在加工阶段对机床做出调整，便于曲轴柔性生产线加工工艺有效的展开，实现良好的经济效益。另外，曲轴柔性生产线，主要包括曲轴两端面及两端孔、前后端轴頸、主轴颈及连杆颈加工，热处理及圆角滚压、曲轴动平衡、轴颈抛光和曲轴清洗等方面;曲轴布局结构中支路输送形式由具体的工艺方案决定。

4.4 主轴颈及连杆颈加工

主轴及连杆颈加工作为曲轴柔性生产线加工的重点，多以曲轴外铣数控机床为主，为后续的精加工，提供了相对便利的条件。同时，在主轴及连杆颈加工的过程中，利用有限元动力分析法，对曲轴加工的固有频率采取相应的措施，避免发生共振的现象。主轴及连杆颈精加工采用随动磨床一次夹装同时磨削加工主轴颈和连杆颈，中心高、圆度、圆柱度等精度高稳定性好。

4.5 圆角滚压加工

在圆角滚压加工的过程中，曲轴轴颈各个圆角会受到6500N以上的滚压压力作用，曲轴容易产生变形及滚宽等质量问题。为此需要将在线检测技术应用到其中，时刻检测圆角滚压加工的状态，一旦出现变形、弯曲等问题，可及时的发现并且处理;另外采用变力滚压，曲轴滚压转动滚压中在非危险截面区域，系统自动降低滚压力减小滚压变形及档宽滚宽问题，以此保证圆角滚压加工的质量。

4.6 油道孔加工

通常是采用数控柔性油孔专机，根据实际情况，在标准范围内对加工角度进行调整，保证油孔加工的稳定性，通过适当调整还可以同时完成其它加工工艺比如铣键槽及钻两端孔。

4.7 曲轴清理

通常根据加工阶段，进行两次左右的曲轴清理，第一次清洁通常安排在钻油孔完成以后，将油孔内的铁屑和曲轴表面的润滑油清洁干净，这样为后期加工如淬火或滚压做准备。第二次清洁会安排在曲轴抛光以后，可利用专用清洁设备，将油孔、法兰螺孔等进行清洁，以此保证曲轴的清洁度。如果过程有在线检测，在检测前对曲轴进行一次清洗，便于曲轴的检测。

5 结语

综上所述，本文对曲轴加工工艺以及技术要求等相关内容，展开了分析和阐述，并且基于此从不同角度，对曲轴加工工艺的发展演变，以及条柔性生产线等方面，进行了明确，其目的就是保证曲轴加工的质量，实现良好的经济效益，更为曲轴零件加工行业的发展，给予了重要的支持。

参考文献

[1] 汪洋，宋鹏，裴斐，等.曲轴加工工艺的发展演变及柔性生产线分析[J].工业，2016（5）：00303-00303.

[2] 李海国，张小菊，徐庆杰.曲轴加工工艺的发展演变及柔性生产线[J].中国重型装备，2017（3）：31-34.

[3] 张树礼.桁架机械手及其在曲轴加工自动线上的应用[J].金属加工（冷加工），2017（4）：5-8.

[4] 刘俊伶，韦佳珍.曲轴生产线柔性加工分析[J].企业科技与发展，2018（5）：116-117+120.

[5] 王建军.发动机曲轴制造工艺及生产线柔性化改造研究[J].中国科技博览，2016（10）：43-43.

[6] 李海国，董宪英，侯爱清.发动机曲轴制造工艺进展及敏捷柔性生产线[J].汽车工艺师，2016（6）：60-60.

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