近年來(lái)，中國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝和技術(shù)，尤其是機(jī)加 工技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展。為促進(jìn)其進(jìn)一步提高，由中國(guó)汽車(chē)工業(yè)咨詢委員會(huì)和《汽車(chē)與配件》雜志主辦、上海市汽車(chē)工程學(xué)會(huì)和同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院協(xié)辦的“2005年汽車(chē)伙發(fā)動(dòng)機(jī)工藝與裝備（第十二屆）國(guó)際研討會(huì)”于2005年12月7-8日在上海綠洲大廈舉行。研討會(huì)內(nèi)容涉及現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)動(dòng)機(jī)及其關(guān)鍵零部件最新制造技術(shù)和應(yīng)用、發(fā)動(dòng)機(jī)工廠精益設(shè)計(jì)3方面。主要報(bào)告內(nèi)容如下。現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品技術(shù)動(dòng)向 節(jié)能和環(huán)保是現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品技術(shù)動(dòng)向的主旋律。同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院錢(qián)人一教授在報(bào)告中論述了節(jié)能與環(huán)保的途徑，在此基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)技術(shù)進(jìn)行了掃描；重點(diǎn)論述了汽油機(jī)三大核心技術(shù)（可變氣門(mén)、汽油直噴和縮小排量）以及柴油機(jī)核心技術(shù)（高壓噴射、尾氣后處理及增壓）；簡(jiǎn)要介紹了兼汽油機(jī)和柴油機(jī)優(yōu)點(diǎn)的燃燒方法HCCI;最后，以鋁合金氣缸體、組合式凸輪軸和連桿工藝為代表，簡(jiǎn)述了現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)零部件技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向。

　　現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)裝備線的發(fā)展動(dòng)向

　　柯馬（COMAU）公司動(dòng)力總成事業(yè)部裝配線技術(shù)方案經(jīng)理Maurizio Sciamanda先生在報(bào)告中通過(guò)大量成功案例的介紹，從以下5個(gè)方面闡述了裝配線的發(fā)展方向。 

a.裝配線最合理的平面布置。

b.裝配線的質(zhì)量保證。 

c.多品種混流生產(chǎn)線。

d.裝配線的自動(dòng)化程度。

e.裝配線上的防錯(cuò)裝置。生產(chǎn)線上的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)

　　柯馬公司動(dòng)力總成事業(yè)部發(fā)動(dòng)機(jī)／變速器試驗(yàn)技術(shù)經(jīng)理Michael Christie在報(bào)告中講到，許多發(fā)動(dòng)機(jī)制造缺陷只能通過(guò)在線測(cè)試或在線驗(yàn)證技術(shù)檢查出來(lái)。雖然下線測(cè)試也很重要，但通過(guò)在線測(cè)試可增強(qiáng)其質(zhì)量控制水平。故障發(fā)現(xiàn)得越早，它所造成的損失就越小。采用在線測(cè)試技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)制造缺陷的最大限度的追溯能力。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷試驗(yàn)的目的是在裝配線的最后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造和裝配質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。冷試時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在不點(diǎn)火燃燒 的情況下在電機(jī)的拖動(dòng)下進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)并不按照實(shí)際使用的方式進(jìn)行工作。冷試是用在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造工程中的質(zhì)量控制手段，具有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的相關(guān)性和發(fā)動(dòng)機(jī)缺陷故障檢查功能。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)熱試驗(yàn)重點(diǎn)介紹了測(cè)試項(xiàng)目、典型的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試間規(guī)劃、控制和數(shù)據(jù)采集等。最后，還講了發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)。汽油機(jī)和小型柴油機(jī)測(cè)試將向著消除和大幅度減少熱試的方向發(fā)展，更加強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過(guò)程中的在線測(cè)試，使用冷試技術(shù)來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品在熱試中的一次通過(guò)率。

　　連桿激光裂解工藝

　　德國(guó)克勞斯-毛瑟（KRAUSE&MAUSER）公司高級(jí)銷(xiāo)售經(jīng)理M.B.Schauerte先生就連桿激光裂解工藝作了專(zhuān)題演講。無(wú)法精確地加工零件分離后的表面并組合一直是人們難以克服的問(wèn)題，直到發(fā)明了裂解這種工藝方法，使得精確吻合及螺栓擰緊兩裂解面成為可能。德國(guó)克勞斯-毛瑟集團(tuán)長(zhǎng)期以來(lái)始終堅(jiān)持不懈地研究裂解技術(shù)。1995年，應(yīng)用于連桿加工的革命性的激光裂解技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于歐洲市場(chǎng)。精確的激光刻痕及裂解力，使得精細(xì)的裂解面能夠完美的組裝到一起。漲斷技術(shù)極大地降低了成本并減少了50%的加工工序。與傳統(tǒng)方法相比，機(jī)床投資低，材料成本低（僅1個(gè)毛坯），整個(gè)工藝的加工準(zhǔn)備時(shí)間短。激光最大的優(yōu)點(diǎn)在于不需接觸材料表面即可進(jìn)行加工。與拉削相比，激光不必接觸工件就能為裂解工藝刻出所需的裂解線，因此沒(méi)有任何道具的磨損，生產(chǎn)工藝的重復(fù)性和穩(wěn)定性非常高。另外，激光非常靈活，使用同一個(gè)激光器即能對(duì)各種各樣的連桿進(jìn)行最佳的切口加工。拉刀的壽命大約為400件，而激光光學(xué)透鏡的壽命可高達(dá)100萬(wàn)件。

　　創(chuàng)新的曲軸磨削技術(shù)

　　德國(guó)埃爾溫勇克機(jī)器制造有限公司（JUNKER）執(zhí)行總裁努義士先生在報(bào)告中介紹到，傳統(tǒng)曲軸軸頸的磨削往往是先磨削主軸頸（連桿頸），再磨削連桿頸（主軸頸），最后磨削大小頭等。而勇克機(jī)床的理念是“一次裝夾，全部加工”。其優(yōu)點(diǎn)如下：工藝可靠性高；工件搬運(yùn)次數(shù)少；節(jié)拍縮短；無(wú)需多次裝夾，因此可以獲得更高的加工質(zhì)量；停機(jī)時(shí)間短（如果某一單元出現(xiàn)故障，所有加工不會(huì)由此中斷）。勇克高速磨削中砂輪的安裝采用的是專(zhuān)利技術(shù)—三點(diǎn)固定系統(tǒng)（如圖1)。

圖1 三點(diǎn)固定系統(tǒng)

　　勇克公司JUCRANK系列機(jī)型的擺動(dòng)跟蹤磨床為曲軸的整體加工提供了全面的解決方案。各種型號(hào)的磨床適用于從單氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)到12氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的所有型號(hào)的曲軸加工。根據(jù)加工方式和要求的產(chǎn)量，每一種型號(hào)的JUCRANK磨床都設(shè)計(jì)并安裝有各具特色的平臺(tái)和砂輪架。JUCRANK擺動(dòng)跟蹤磨床幾乎可以完成曲軸加工過(guò)程中的所有磨削工序，主軸頸（圓柱形、凹面、凸面）和連桿軸頸（圓柱形、球面、凹面、凸面）只需一次裝夾就可以磨削完畢（如圖2)。對(duì)硬化處理過(guò)的圓角也可以進(jìn)行磨削加工。此外，在工藝上，勇克公司的供貨范圍還包括了與其他磨削加工方式的任意組合。不同的機(jī)型與其他勇克機(jī)床組合，可以加工定位軸頸、法蘭及齒輪軸頸。

圖2 擺動(dòng)跟蹤磨削原理和可磨削的軸頸形狀

　　勇克公司的曲軸磨床在技術(shù)上的主要優(yōu)勢(shì)：在加工過(guò)程中檢測(cè)并修正軸頸圓度和尺寸；帶有“學(xué)習(xí)功能”的控制系統(tǒng)，附加對(duì)圓度偏差和干擾量的自動(dòng)補(bǔ)償，可進(jìn)行補(bǔ)償?shù)母蓴_量是溫度、機(jī)械及動(dòng)力影響，磨削余量的變化，材料以及金相結(jié)構(gòu)的變化，砂輪的可切削性，機(jī)床的磨損狀況；由于磨削主軸頸和連桿軸頸一次裝夾，理論上的偏差為零；切人式磨削及擺動(dòng)式磨削；對(duì)“敏感工件”的支撐，在主軸上采用自動(dòng)對(duì)中心的三點(diǎn)式中心架CNC控制的冷卻劑供給保障了磨削區(qū)域的持久用量；采用靜壓圓型導(dǎo)軌，無(wú)爬行效應(yīng)，確保持久的高精確度（X軸導(dǎo)軌、進(jìn)給絲杠、止推軸承）；減振抗扭轉(zhuǎn)床身，使用礦物鑄鐵澆注而成，具有良好的吸振抗彎功能；砂輪軸適用于高達(dá)140 m/s的磨削。

　　圖3是JUCRANK 6000/50-50型數(shù)控曲軸磨床。該磨床具有4片CBN砂輪，每片均可獨(dú)立磨削，一次裝夾可磨削全部主軸頸和連桿頸（擺動(dòng)跟蹤磨削）。

　　實(shí)現(xiàn)柔性加工和工藝的替代方法

　　德國(guó)BOEHRINGER公司代表梁敏女士講解了通過(guò)曲軸加工線的交鑰匙工程實(shí)現(xiàn)柔性加工和工藝的替代方法。以四拐曲軸為例，設(shè)計(jì)生產(chǎn)綱領(lǐng)為15萬(wàn)件／年，生產(chǎn)線布置如圖4。典型工序的技術(shù)特點(diǎn)如下。

　　OP10序：柔性加工—車(chē)長(zhǎng)度并鉆中心孔。該工序預(yù)車(chē)下道工序的裝夾直徑，備有適應(yīng)不同工件的柔性?shī)A具，具有效率高、機(jī)床維護(hù)成本低等特點(diǎn)。

　　OP20序：柔性加工—軸頸的車(chē)-車(chē)?yán)�加工（如圖5）。該工序一次設(shè)定完成所有同心圓的車(chē)削，具有在同一臺(tái)機(jī)床上完成車(chē)-車(chē)?yán)�（�?chē)側(cè)端面）加工、效率高、通過(guò)使用特殊卡盤(pán)和刀具系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)柔性加工、機(jī)床保養(yǎng)簡(jiǎn)便，維護(hù)成本低等特點(diǎn)。其中，拉削工藝逐步可用高效的梳刀代替。

　　OP30序：柔性加工-連桿頸的高速外銑（如圖6）。本工序使用設(shè)備是德國(guó)BOEHRINGER公司專(zhuān)為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸設(shè)計(jì)制造的柔性數(shù)控銑床。該設(shè)備應(yīng)用工件回轉(zhuǎn)和銑刀進(jìn)給伺服連動(dòng)控制技術(shù)，可以一次裝夾不改變曲軸回轉(zhuǎn)中心隨動(dòng)跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸，銑削效率相當(dāng)高。

連桿頸的高速外銑

　　OP50序：柔性加工＋工藝替代（曲軸止推面精車(chē)滾壓工藝）。該工序具有滾壓拋光止推面并在線測(cè)量、滾壓拋光代替磨削加工、可同時(shí)進(jìn)行車(chē)削加工、在刀盤(pán)上裝有滾壓拋光裝置等特點(diǎn)，因而可獲得更高精度。該工序使用的設(shè)備是德國(guó)赫根塞特（HEGENSCHEID）的曲軸止推面車(chē)滾專(zhuān)機(jī)。

　　曲軸平衡技術(shù)和質(zhì)量定心技術(shù)

德國(guó)申克公司北京代表處郭衛(wèi)建先生通過(guò)對(duì)曲軸動(dòng)平衡技術(shù)和平衡設(shè)備的講解闡述了以下問(wèn)題。

曲車(chē)由平衡的新趨勢(shì)

a.減少曲軸的初始不平衡量，充分考慮曲軸的內(nèi)部質(zhì)量補(bǔ)償（采取質(zhì)量定心等）。

b.采用不平衡量?jī)?yōu)化分解方法，盡可能減少校正不平衡量．時(shí)的材料去除量。

c.平衡機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，提高柔性。

d.鉆削采用高速鉆削。

e.潤(rùn)滑采用MOL（微量油潤(rùn)滑方式）技術(shù)。

　　曲軸內(nèi)部質(zhì)量補(bǔ)償對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響

a.曲軸不平衡量與質(zhì)量定心工藝及加工程度的關(guān)系。

　　鉆質(zhì)量中心孔的曲軸，隨著加工程度的深人，曲軸的不平衡量呈上升趨勢(shì)，上升程度的大小與毛坯質(zhì)量有主要關(guān)系，毛坯質(zhì)量越差（彎曲），上升趨勢(shì)越大，甚至報(bào)廢。

鉆幾何中心孔的曲軸，隨著加工程度的深人，曲軸的不平衡量呈下降趨勢(shì)，如果毛坯質(zhì)量很差（彎曲），經(jīng)粗加工后大部分曲軸被淘汰。

b.曲軸質(zhì)量中心孔和幾何中心孔的選用。

　　毛坯質(zhì)量好，加工余量小且加工余量分布均勻。這時(shí)，曲軸的質(zhì)量中心孔與幾何中心孔基本重合，不必花費(fèi)較高的經(jīng)費(fèi)購(gòu)置質(zhì)量定心設(shè)備。

　　毛坯質(zhì)量較差，加工余量大且分布不均勻，擇優(yōu)先選用質(zhì)量中心孔。因初始不平衡量較大，如果鉆幾何中心孔，質(zhì)量分布不均勻，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，損壞后續(xù)加工設(shè)備精度。再者，采用幾何中心孔，在進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí)，初始不平衡量可能超出平衡機(jī)要求而無(wú)法平衡。在這種情況下，應(yīng)優(yōu)先選用質(zhì)量定心機(jī)。

　　毛坯質(zhì)量如果再差，則無(wú)論是鉆質(zhì)量中心孔還是鉆幾何中心孔都不會(huì)起到多大的作用，通過(guò)銑曲臂等措施達(dá)到整體平衡實(shí)際是不合格的（單拐不平衡），是一種假象。這種曲軸裝機(jī)后會(huì)重新產(chǎn)生扭曲變形，引起振動(dòng)和噪聲，也影響整機(jī)的壽命。

　　由此可知，提高產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵是提高毛坯的質(zhì)量。

　　全自動(dòng)曲軸質(zhì)量定心機(jī)的工作原理

　　曲軸放置在兩端滑動(dòng)單元法蘭盤(pán)的支撐上并被夾緊，法蘭盤(pán)回轉(zhuǎn)中心形成測(cè)量中心線。回轉(zhuǎn)過(guò)程中，支撐的位置，即曲軸的位置不斷調(diào)整，使質(zhì)量中心線靠近回轉(zhuǎn)中心線。當(dāng)曲軸毛坯不平衡量很小接近設(shè)定值時(shí)，鉆削單元鉆中心孔。此中心孔作為后續(xù)加工步驟的定位基準(zhǔn)。

　　裝配式凸輪軸制造工藝

　　上海通用制造工程師祁欣先生在報(bào)告中介紹到，裝配式凸輪軸制造越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在凸輪軸加工中，它的顯著特點(diǎn)是凸輪軸總質(zhì)量較輕、強(qiáng)度高、工藝流程短、工件報(bào)廢率較低和柔性化生產(chǎn)。

　　裝配式凸輪軸制造加工有以下工藝特點(diǎn)。

a．省略了毛坯件的粗加工，工藝流程簡(jiǎn)單。裝配式凸輪軸的各個(gè)裝配部件余量小，精度高，不必像傳統(tǒng)凸輪軸那樣要從毛坯件（鑄件或鍛件）開(kāi)始進(jìn)行大量的毛坯粗加工，只需在裝配后進(jìn)行半精加工和精加工，從而縮短了整個(gè)工藝流程。

b.加工余量小，便于高效率生產(chǎn)。各精鑄部件使得加工余量小，設(shè)備加工單件時(shí)間短，產(chǎn)能大，有利于規(guī)�；�生產(chǎn)。比如，凸輪塊按最終形狀精鑄減少了磨削余量，從而縮短了磨削時(shí)間。

c.不同部件可以使用不同材料以提高產(chǎn)品性能和加工性能。產(chǎn)品對(duì)于不同部件（軸頸、凸輪塊、齒輪）有著不同的性能要求，裝配式凸輪軸可以在不同部件上采用不同材料，比如凸輪使用粉末冶金，齒坯使用鑄鐵，這將有利于優(yōu)化產(chǎn)品性能要求，也可以根據(jù)情況改善凸輪軸加工性能和優(yōu)化成本。

d.適應(yīng)產(chǎn)品多品種柔性化的要求。通過(guò)更換不同的主軸頸和磨削不同的凸輪型線，即可生產(chǎn)出多品種的曲軸。

　　曲軸在線質(zhì)量控制

　　上海通用制造工程師Scott Hacker博士在報(bào)告中介紹了上海通用汽車(chē)公司曲軸生產(chǎn)線加工工藝流程。曲軸是保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心部件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)軸頸的外徑及圓度有很高的要求，公差通�？刂圃�0.002~0.005 mm以內(nèi)，止推面寬度公差要求通常在0.005 mm以內(nèi)，并且這些尺寸是曲軸整體加工中最關(guān)鍵的因素，要一求不斷改進(jìn)。

Scott Hacker,博士在講到加工質(zhì)量，的控制時(shí)介紹了以下幾種常用質(zhì)量控制方法。

a.加工后的在線測(cè)量。用于驗(yàn)證零件加工后的質(zhì)量，通常串聯(lián)于生產(chǎn)線中，100％檢測(cè)工件并發(fā)現(xiàn)不合格品。

b.加工過(guò)程中的在線測(cè)量。實(shí)現(xiàn)對(duì)加工尺寸的實(shí)時(shí)控制，可防止制造出不合格品。

c.離抽樣檢測(cè)。由操作工完成檢測(cè)工作，但一般不用此類(lèi)方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。適用于按照控制計(jì)劃進(jìn)行抽檢，確保加工質(zhì)量的穩(wěn)定。

　　Scott Hacker博士還介紹了精車(chē)在線測(cè)量?jī)x主要特點(diǎn)及對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量的影響：可利用短期設(shè)備能力分析的方法完成設(shè)備能力的驗(yàn)收工作，在設(shè)備調(diào)試初期，并不一定需要使用在線反饋系統(tǒng)來(lái)制造合格工件。使用檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)，可以解決一些統(tǒng)計(jì)學(xué)無(wú)法解決的問(wèn)題，例如換刀所造成的誤差、斷刀情況等。精車(chē)在線測(cè)量?jī)x是單獨(dú)的工位串聯(lián)在生產(chǎn)線中，測(cè)量時(shí)間短于加工節(jié)拍，所以對(duì)生產(chǎn)能力沒(méi)有影響。根據(jù)產(chǎn)量的需求，生產(chǎn)線可能需要設(shè)置兩臺(tái)或以上的機(jī)床，但1臺(tái)在線測(cè)量?jī)x足以滿足生產(chǎn)節(jié)拍的需要。精車(chē)在線測(cè)量?jī)x還有在換刀和刀具磨損狀態(tài)下的自動(dòng)反饋系統(tǒng)，對(duì)加工誤差自動(dòng)補(bǔ)償。

　　磨削在線測(cè)量的作用主要是精密控制曲軸軸頸的磨削尺寸，是有效的防錯(cuò)裝置。在精磨時(shí)測(cè)頭進(jìn)給，跟蹤記錄外徑尺寸的變化。主軸頸多砂輪磨床通常同時(shí)使用兩套測(cè)量?jī)x，分別控制曲軸前后兩端的兩個(gè)主軸頸，連桿頸磨床測(cè)量?jī)x控制每檔連桿頸的磨削尺寸。拋光在線測(cè)量的主要特點(diǎn)：第一道工序粗拋，適用在線測(cè)量?jī)x控制拋光尺寸；第二道工序精拋，目的是降低表面粗糙度。