多軸數控加工技術在汽車發動機曲軸加工中的應用研究

摘 要：采用數控多軸加工技術加工曲軸，不僅能夠提高加工效率和精度，還能確保曲軸質量和性能。這種高精度的加工能力可以確保曲軸在發動機中的裝配精度，提升汽車的整體性能和品質?。文章首先對多軸數控加工技術原理進行了簡單介紹，其次對多軸數控加工在汽車發動機曲軸加工中的應用優勢和關鍵技術進行了分析，最后對多軸數控加工技術在汽車發動機曲軸加工中的應用流程進行了探討，希望對推動多軸數控加工技術在汽車發動機曲軸加工中的應用作出貢獻。

關鍵詞：數控加工 曲軸加工 應用

多軸數控加工技術是通過計算機系統同時控制多個數控軸來加工多個刀具或零件，進而有效地提高加工效率和加工質量[1]。多軸數控加工技術具有較高的精密性，可以在一臺機床上使用多個軸進行數字化控制，完成對復雜工件的加工操作[2]。隨著汽車工業的發展，零部件加工精度的要求不斷提高，傳統數控加工技術已經不能滿足需求。多軸數控加工技術通過增加機床的自由度，能夠實現更加復雜的加工操作[3]。汽車發動機曲軸通常具有復雜的曲面和不規則形狀，多軸數控加工技術能夠處理這些復雜曲面，提高加工效率。本文將深入探討多軸數控加工技術在汽車發動機曲軸加工中的應用。

1 多軸數控加工技術原理

多軸數控加工技術允許在工件的一次裝夾中完成多個工序的加工，從而避免了多次安裝帶來的定位誤差，能夠提高加工精度和生產效率?。多軸數控加工技術的原理在于其多個獨立軸的聯動控制，如圖1所示，包括三個線性軸（X、Y、Z）和兩個旋轉軸（A、B或C）。這些軸協同工作，使得機床能夠在三維空間內對工件進行全方位加工?。具體來說：（1）X、Y、Z軸?：分別控制工件的前后、左右、上下方向的移動，確保工件在平面和立體空間內的準確位置。（2）A、B或C軸?：控制工件的旋轉，A軸繞X軸旋轉，C軸繞Z軸旋轉（B軸繞Y軸旋轉），實現不同方向上的旋轉加工。

2 在汽車發動機曲軸加工中的應用優勢

隨著信息技術的不斷發展，數控技術被廣泛應用在汽車零部件加工中，可有效優化汽車零部件加工流程，提升零部件加工精度與生產效率[4]。多軸數控加工技術在汽車發動機曲軸加工中的應用優勢主要包括以下幾個方面。

2.1 提高加工精度

數控多軸加工中心，如五軸加工中心，能夠在X、Y、Z三個線性軸的基礎上，通過額外的旋轉軸（如A軸和C軸）實現工件在不同角度的加工。這種多角度加工能力大大提高了曲軸的加工精度，確保了曲軸的裝配精度和整體性能?。

2.2 提升加工效率

多軸數控加工允許在一次裝夾中完成曲軸多個面的加工，顯著提高加工效率，降低生產成本。對于汽車制造業來說，這意味著更短的生產周期和更高的產能，有助于提升市場競爭力?。

2.3 降低廢品率

由于多軸數控加工的高精度和穩定性，曲軸在加工過程中的廢品率得以降低。這可以減少材料浪費和重復加工成本，進一步提升生產效益?。

2.4 應對復雜形狀加工需求

曲軸作為發動機的關鍵部件，其形狀復雜、曲率多變。數控多軸加工中心憑借其出色的加工能力，能夠輕松應對這些復雜形狀的加工挑戰，滿足汽車制造業對高精度、高強度曲軸的需求?。

3 多軸數控加工關鍵技術分析

隨著產品結構的復雜度提升和對高效、精準加工的不斷追求，多軸數控加工技術已日益成為現代機械制造領域不可或缺的一部分[5]。多軸數控加工關鍵技術主要包括以下幾個方面。

計算機數字控制（Computer Numerical Control，CNC）系統是一種由程序控制的自動化機床，屬于專用的實時多任務計算機系統?。它通過數字、文字和符號組成的數字指令來控制機床動作，實現精確的加工操作。CNC系統?是多軸數控技術的核心，負責接收和解析編程指令，控制機床的運動軌跡和加工過程。CNC系統能夠確保各個軸的獨立運動同步和協調，以完成復雜曲面和不規則形狀的加工。

3.1 數控編程和仿真技術

3.1.1 數控編程技術

?數控編程?是指將零件的加工工藝過程、工藝參數、機床運動以及刀具位移量等信息用數控語言記錄在程序單上，并通過校核的全過程。數控編程主要方法包括（1）手工編程?：編程的各個階段均由人工完成，適用于形狀簡單、程序不長的零件。（2）自動編程?：利用計算機軟件進行編程，適用于復雜零件和長程序，能夠提高編程效率和準確性。（3）CAD/CAM軟件：CAD軟件用于工件設計與繪圖，而CAM軟件則用于生成數控編程代碼。

3.1.2 數控編程仿真技術

數控編程仿真是一種高效的數控編程驗證及優化方法，它通過使用軟件工具來模擬數控機床的工作過程。仿真技術可以在沒有真實加工的情況下檢查和調整編程代碼，從而減少或消除實際加工中可能出現的錯誤和問題。常用的?數控編程仿真軟件包括VERICUT、凱勒數控仿真模擬軟件等，由于篇幅有限，下面僅對VERICUT軟件進行簡單說明。

?VERICUT軟件能夠仿真各種CNC系統，支持刀位文件和CAD/CAM后置處理的NC程序仿真。VERICUT的特點是能夠進行NC程序優化，縮短加工時間，延長刀具壽命，改進表面質量，防止機床碰撞和超行程錯誤。?VERICUT軟件的仿真流程主要包括建立機床模型、定義運動關系、調用控制器進行模擬等步驟?，如表1所示。

3.2 切削工藝

切削工藝涉及刀具選擇、切削參數設定以及切削過程控制。切削工藝對加工效率和加工質量有著顯著影響。其中，切削三要素——?切削速度、進給量和切削深度?是關鍵因素。

3.3 智能控制技術

智能控制技術利用人工智能和機器學習等技術對加工過程進行智能優化和自適應調整，進一步提高加工效率、降低加工成本并提升零件加工質量?。

4 在汽車發動機曲軸加工中的應用流程

4.1 設備調試和程序編寫

在開始實際加工之前，需要對多軸數控機床進行調試，確保設備和加工程序的正常運行。確定工件坐標系原點，并通過CAD/CAM軟件編寫數控程序，再輸入到機床控制器中?。通過CAD/CAM軟件編寫數控程序的方法和步驟主要包括以下幾個方面，如表2所示。

在整個過程中，CAD/CAM軟件能夠顯著提高編程效率，減少人工錯誤，并簡化汽車發動機曲軸的數控編程。然而，編程人員仍然需要對曲軸圖樣進行仔細分析，以及進行必要的數學處理。數控程序在多軸數控加工系統中的位置和作用如圖2所示。

4.2 裝夾工件

將曲軸工件放在夾具上并固定好。根據零件設計要求測出工件坐標系的相對位置，再將該位置坐標值輸入到機床控制器中，確定工件的絕對坐標系點。填寫好加工參數，為后續加工做好準備?。

4.3 粗加工

利用多軸數控機床按程序對曲軸進行粗加工，去除大量余量，使曲軸整體形狀成型。粗加工過程中，主要關注加工效率和工件整體形狀，為后續加工打下良好基礎?。

4.4 半精加工

在粗加工的基礎上，進行半精加工，進一步提高曲軸加工精度。半精加工通常使用較小直徑的球頭銑刀，去掉多余部分，為最終精加工提供更完美的表面?。?

4.5 精加工

精加工是多軸數控加工技術中最為關鍵的一步，需要將曲軸精度提高到最高水平。使用細小槽銑刀進行切削，切削深度很小，以確保曲軸表面質量和尺寸精度。在精加工過程中，對曲軸進行多方面檢測，如尺寸、偏差和表面質量等，確保曲軸滿足設計要求?。

5 結語

多軸數控加工技術在汽車發動機曲軸加工中的應用具有顯著優勢，它能夠提高加工精度和效率，降低生產成本和廢品率，確保曲軸的高精度和高質量，從而滿足汽車發動機對曲軸的高要求。多軸數控加工關鍵技術包括CNC系統、數控編程和仿真技術、?切削工藝、?智能控制技術等。多軸數控加工技術在汽車發動機曲軸加工中的應用流程包括設備調試和程序編寫、裝夾工件、粗加工、半精加工、精加工。相信，未來，隨著多軸數控加工技術的不斷發展，必將推動汽車發動機曲軸加工的高精度、高效率、高質量。

基金項目：2024年蘭州職業技術學院課題《新雙高背景下項目式學習的數控多軸加工技術教學模式探索》（項目編號：2024XY-25）。

參考文獻：

[1]馬玉良，梁?；?多軸數控加工技術在汽車零部件加工中的運用[J].科技資訊，2024，22（18）：105-107+123.

[2]卓楊偉，蔡正坤，楊建波.多軸數控加工技術在汽車零部件加工中的應用[J].汽車畫刊，2024（11）：80-82.

[3]靳斌.多軸數控加工技術在汽車零部件加工中的運用分析[J].現代制造技術與裝備，2024，60（05）：187-189.

[4]楊加勇.數控技術在汽車零部件加工中的應用[J].汽車測試報告，2024（04）：77-79.

[5]孫穎慧，張琳，蘇永紅.多軸數控加工技術在復雜零件生產中的優化策略[J].機械工業標準化與質量，2024（11）：22-25.