曲轴是汽车发动机关键零部件之一，曲轴磨削机床均被国外品牌垄断，价格昂贵，交货期长，维修不便。以上汽集团为例，上海通用L850P1发动机曲轴生产线，年产25万件，配置一台美国Landis多砂轮主轴颈磨床，两台英国Landis双砂轮切点跟踪连杆颈磨床，一台端面外圆磨床；上海通用L850P2发动机曲轴生产线，年产15万件，配置两台德国JUNKER双砂轮曲轴磨床，一台端面外圆磨床；上海大众EA888发动机曲轴生产线，年产30万件，配置4台英国Landis曲轴磨床，一台端面外圆磨床。近几年进口曲轴磨床数量见附表。  

 “曲轴磨床进口量大、价值高。”上海机床厂有限公司副总经理黄海涛表示，“根据2013年下半年招标进口数据：招标进口外圆类磨床125台，产品金额10 350万美元，其中曲轴磨床共27台，产品金额3 545万美元，曲轴磨床数量占进口外圆类磨床的22%，金额占进口外圆类磨床的34%，进口单台JUNKER曲轴磨床就达179万美元。”

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近期，北二机床和上海机床厂生产的双砂轮随动式数控磨床则打破了国外技术和市场垄断，开始在汽车发动机曲轴生产中得到应用。

工艺创新

北京第二机床厂有限公司总工程师李伟华给我们介绍了曲轴磨削中的创新工艺。

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传统磨削方法：偏心卡盘将连杆颈中心调整至磨削中心，分度机构调整不同相位连杆颈至磨削中心，每种曲轴需要配套专用夹具。偏心夹具式磨床组成的生产线需要7道工序，9台机床，而且曲轴关键的形位公差难以保证，废品率高。

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工艺创新后，采用随动磨削技术，只需4道工序、4台机床，产品换型时间也由传统的两天缩短为0.5h，缩短了工艺流程，大大提高了工作效率和精度。而且效率高，一次装夹加工所有主轴颈和连杆颈；柔性高，无需分度，适于各种曲轴加工；精度高，砂轮随动，可以实现圆度补偿。

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随动磨削技术

李伟华说，随动磨削又叫切点跟踪磨削、跟随式磨削等。是针对曲轴类复杂回转零件的磨削时提出的。在磨削连杆颈时，工件以主轴颈中心定位（C轴），并绕其回转，砂轮沿水平方向（X轴）往复运动，保证砂轮与连杆颈始终相切，从而完成磨削过程。由于该磨削法既能加工圆形工件又能加工非圆工件，如各种凸轮、凸轮轴、偏心轴、曲轴和各种曲面及多边形零件的数控磨削技术。尤其是在曲轴的磨削中，实现了一次装夹完成曲轴连杆颈和主轴颈的磨削，提高了加工精度，解决了依靠传统夹具柔性差、调整周期长、精度低的问题。
磨削法的磨削点轨迹为非圆曲线，故又称为非圆磨削。下面视频为北二机床曲轴磨床磨削视频。

目前国内外汽车领域的的数控随动磨削机床，无论是加工曲轴连杆颈还是凸轮，大都采用C-X曲轴随动磨削的结构原理；直驱技术的发展及静压技术的成熟应用解决了随动机构的高动态响应性；高速CBN砂轮的磨削技术应用，不但提高了磨削效率，由于砂轮的磨损降低，同时提高了磨削精度；数控技术的发展，提高随动曲线拟合的精度，数控系统的学习功能优化了加工程序。

技术难点与关键技术

黄海涛分析了随动磨削的技术难点和关键技术。

（1）切点跟踪磨削工艺对砂轮架高速动态响应特性提出了非常高的要求：须研究面向对象的切点跟踪磨削机电匹配优化方法，提高砂轮架的高动态响应特性；须研究基于磨削载荷、伺服特性及恒磨除率的变速驱动方式，以满足磨削加工精度与效率的高要求；须研究加工误差在线测量的工艺过程控制方法，确定高效的自动在线补偿策略及工艺方法，保证磨削效率和精度。

（2）源于提高整机可靠性及关键部件使用寿命的技术难点：生产线长期、高效加工、连续运转工况下，对数控曲轴磨床整机可靠性生产应用以及关键部件使用寿命提出了高要求。针对主轴系统的转速、支撑刚度和动平衡等高要求，研究不同支承与驱动方式对高速主轴系统性能的影响；研究双十字滑台进给系统设计制造技术，双十字滑台驱动与支承技术等关键问题；研究曲轴磨床关键部件的失效形式与影响因素。

（3）源于汽车整机厂发动机生产线需求的技术难点：汽车整机厂发动机生产线的生产能力及工序流程规划对曲轴磨床的生产节拍、工艺模式、余量分配优化等提出了高要求。针对汽车整机厂发动机生产线的生产能力、工序规划需求，研究面向汽车整机厂发动机生产线的曲轴磨床配置策略；在双砂轮架前提下，综合考虑磨削效率、加工精度、结构刚度及切削变形等因素研究高效磨削工艺方案。

黄海涛还说，上海机床厂针对装备研发、工艺研究、可靠性研究和生产线应用等四个方面对曲轴磨床关键性技术进行了研发。以工艺研究为例，包括曲轴高效磨削工艺研究，砂轮在线数控插补修整技术，在线测量装置与误差补偿技术，曲轴磨床软件——SJOP、SJPA和SJCC的开发。

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在汽车领域的应用

上海机床厂从20世纪90年代初开始生产数控曲轴磨床，随后又引入LANDIS技术；2004年，开始研究开发数控随动曲轴磨床；2010年，实验机床磨削连杆颈精度达到圆度0.003mm；2012年，实验机床精磨效率达到50r/min；2012年，工件质量10t的大型船用曲轴数控随动磨床研制成功（国家科技重大专项）；2013年，开始研制汽车发动机曲轴双砂轮随动曲轴磨床，工件一次装夹实现主轴颈、连杆颈和post端的磨削，目前已在上海通用汽车厂试用。

黄海涛说，上海机床针对曲轴主轴颈和连杆颈多段结构特征，以及切点跟踪磨削要求，综合磨削效率、加工精度、加工柔性以及生产节拍等技术要求，考虑结构刚度与切削变形，制定双砂轮架随动磨削工艺方案；曲轴生产线磨床具备独立随动运动控制功能，兼备磨削液调节、砂轮动平衡、在线修整、在线测量和自动上下料等辅助功能，实现曲轴高效精密加工。

李伟华说，北二随动磨削技术的研究也结出了硕果：包括以“数控切点跟踪精密高效磨削”为核心的汽车发动机曲轴高效精密加工成套装备和数控切点跟踪曲轴磨床。

北二单、双砂轮架数控随动式曲轴磨床加工汽车曲轴：圆度达2～4μm、圆柱度达3～5μm；数控随动式凸轮轴磨床加工凸轮轴：凸轮轮廓度≤0.02mm、相邻凸轮偏角度误差 ：±6′；数控随动式偏心轴磨床加工RV减速器偏心轴：圆度1～1.5μm、偏心距误差≤0.005mm。

采用超高速磨削和双砂轮架同步磨削技术，将止推面、主轴颈和连杆颈磨削的三道工序集中在一台机床上完成。

国产双砂轮随动技术数控磨床可以说近年来在汽车发动机领域取得最大突破的汽车装备，令国人自豪。

因此，北二机床生产的双砂轮随动技术数控磨床获得了2014年度中国机械工业科学技术特等奖，这在机床行业还是第一次。2015年上海工博会期间，北二机床生产的随动磨床还获得了“第17届中国国际工业博览会博览会金奖”，北二机床也是本届博览会机床行业中惟一荣获金奖的企业。

北京第二机床厂有限公司和上海机床厂有限公司都是当年的机床工具行业“十八罗汉厂”，是机床行业骨干国有企业，在国家高档数控机床与基础制造装备专项的支持下，这些老国有企业向汽车关键零部件装备行业吹响了号角。

（微信编辑：享受生活）

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