图1  曲轴非常独特，任何其他零件的加工都不需要这么多不同的工艺

在废气排放、性能、可靠性和制造成本方面，人们对现代内燃发动机提出的要求越来越高。因此，曲轴作为发动机不可或缺的一个零件，正在不断得到开发，其制造方法也是如此。曲轴属于最难加工的工件之一。为此，山特维克可乐满曲轴与凸轮轴加工能力中心与业界和机床制造商合作，开发并优化了该领域的工艺和刀具。’

曲轴是最难加工的工件之一。它极不对称，又细又长，所用材料的加工性很差，质量限制很严，对制造的要求又非常高。

曲轴是内燃机的中心零件，从用于园艺设备的二冲程发动机小曲轴，到船用柴油机中的巨型曲轴，各种形状和大小，不一而足。即使是汽车发动机中的曲轴也各不相同，每种曲轴对其发动机类型和牌子而言都是独一无二的。作为大批量生产的零件，汽车曲轴受到了成本效益的制约，在设计、材料和加工上都经过了很大的演变。随着人们对改善环保、改进性能和降低制造成本的要求日益提高，这种演变很可能将继续下去。

图2  曲轴的外铣

环保压力使曲轴制造面临更多困难。发动机要小型化，并与涡轮和增压充电器组合，制造商要减少废气排放，同时尽量减小动力损失。曲轴的演变已经并将继续促进这一点。今天的卡车发动机已比20世纪90年代初期的轿车发动机还洁净，而且功效也显著提高。此外，曲轴加工领域的发展使得曲轴更加精密，同时能够保持工件的单位制造成本。

可以用一些工业标准来说明人们的期望值：加工汽车曲轴的铣刀，其跳动量一般不超过0.02mm。刀具寿命必须很长，而且可以预测，以适应生产进度，切削刃必须始终运行可靠，两次换刀之间必须能加工8000根曲轴。循环时间可优化到几秒之内，以确保每班次的产量。工件材料比以往更加坚韧——使用具有较高抗拉强度的钢锻件，而且越来越多地使用更轻、更强的等温球墨铸铁。毋庸置言，这两种材料都更难加工。

为了优化性能和结果，必须对每种曲轴模型分别确定其加工方案。这需要曲轴制造商、机床制造商和刀具供货商通力合作。

图3  曲轴的内铣

在德国曲轴和凸轮轴加工能力中心，山特维克可乐满的Günter Wermeister先生及其团队拥有经过证实的成功业绩，并已在全球各地安装了大约900套刀具。

曲轴加工并非山特维克可乐满的新领域；该公司于20世纪70年代就推出了独特的铣刀。但是，直到90年代初，它才积累了足够的生产和技术能力以应对汽车工业的需求。车铣也已成为该中心的专业。

如今，随着全球每年汽车产量超过6千万辆，而且需要改进发动机，以改善废气排放、减轻重量、改善燃料的燃烧性、摩擦系数和功效，曲轴加工方案比以往任何时候都受青睐。

Wermeister先生说：“曲轴演变是一个持续不断的过程。成功的解决方案取决于对许多要素细致且广泛的分析，比如加工量、循环时间、设备要求、加工程度、质量水平和换刀间隔时间等，没有一个单一的标准方案。所有方案都必须依据各自的应用领域量身设计。曲轴需要几个不同的工序才能完成。锻件或铸件作为坯料也各不相同。制造商对工艺是否满意，取决于其对曲轴单位生产成本、产量和投资成本的评估。”

他接着说：“曲轴所处的部位由发动机的轴承来支承，是一个高强度的稳定机械组件，但作为工件却很不合适。于是，加工曲轴就有了各种方法，尤其是汽车工业。不管是什么要求，山特维克可乐满多年来已经对刀具设计、刀片槽型和牌号进行了广泛的开发，并分别优化了各种应用。

图4  曲轴的车－车拉

“曲轴本身是机械－零件－刀具系统中最薄弱的环节，”Wermeister先生说，“部件的不稳定性影响到最小循环时间和质量的一致性。”这对开发设计刀具和可转位刀片以及应用带来了很高的要求。它意味着结合切削刃的分布，达到切削力平衡，确立针对各种表面加以优化的高切削参数，从而使切削顺滑而无震颤。

Wermeister先生说：“要成为合格的曲轴加工业者，必须具备相应的背景、能力和资源。建立能力中心，并把它设在德国，处于欧洲中心位置，就是以这个理念为基础的。我们已经与这一区域的曲轴制造商和数量相对较少的机床制造商展开了密切的可信赖的国际合作。”

车削是一种主要用于加工曲轴同心部件的灵活方法。在有些情况下，以及在世界的有些地方，它还用于偏心销的加工。如果用于加工偏心销，不平衡、偏离中心的夹持位置需要特殊、有质量补偿的夹具。车削加工是在特殊的曲轴机以及配备特制刀塔的标准车床上进行的。由于容易出现悬伸和振动，因此对刀具的要求很严格。

图5  直径700mm的曲轴加工刀具最多可以配备350块刀片，可转位刀片固定在扇型体上，可轻易地迅速调换，并可精确固定

有少数装置在有限范围内使用车拉法。这是一种拉削工艺，可以通过线性车拉方法，对旋转曲轴刀具切向进给常规直拉刀，随着拉削工艺的发展，也采用圆形或螺旋形刀具。该方法虽然有效，但不能灵活适用于各种曲轴结构，所以未能广泛推行。

车－车拉是车削与车拉的组合，其中车削和车拉刀具径向固定在一个圆盘刀塔上，圆盘刀塔沿轴承和销子进入曲轴，随曲轴旋转进行加工。这种方法用于大多数类型的曲轴。车削工序主要是粗加工切削，采用固定的刀塔，切削刃处于工件的中心线。车拉刀具进行精加工切削，通过缓慢旋转的刀塔对着旋转曲轴的支承面切向移动。该方法的优点是在刀塔上安装使用最有效数量的替换刀具。

内铣也称回旋铣或行星铣，它可以在较长的切削时间里进行重型铣削。铣刀形成一个圆环，曲轴通过该圆环旋转。可转位刀片密齿排列，固定在内圆周上，加工曲轴的支承表面、销表面和侧壁表面。这是一种很稳定的设置，大多用于大型曲轴，或者在必须去除大量坯料时使用。

外铣主要用于加工大量中小型汽车曲轴。它基本上是一种快速旋转的密齿侧铣刀和面铣刀，当曲轴以组合运动旋转时，它对工件表面进行加工。该方法的特点是金属去除率高，切削定位迅速。一般情况下，700mm的刀具可按扇形最多安装350把刀片，可加工曲轴的支承表面、销表面和侧壁顶部。该方法循环时间短，处理刀具迅速，刀具调整时间短。