進入21世紀以後，發動機曲軸在製造工藝、刀具等方面都發生了巨大的變化。領導了近半個多世紀的多刀車削工藝和手工磨削工藝，由於加工精度低和柔性差等原因，正在逐步退出歷史舞台。高速、高效的複合加工技術及裝備迅速進入汽車及零部件製造業，高速高效複合加工技術在曲軸加工生產中已有相當程度的應用，並將是其必然發展趨勢。
曲軸加工技術設備現狀
目前，國內較陳舊的曲軸生產線多數由普通機床和專用機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備一般採用多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質量穩定性差，容易產生較大的加工應力，難以達到合理的加工余量。精加工普遍採用MQ8260等普通曲軸磨床進行粗磨、半精磨、精磨、拋光，通常靠人工操作，加工質量不穩，尺寸一致性差。
老式生產線一個主要的特點就是普通設備太多，按加工球墨鑄鐵曲軸來計算，一條生產線有35～40台設備。筆者曾考查過國內某一鍛鋼曲軸生產線，粗加工採用普通外銑加工主軸頸和連桿頸，然後數控精車主軸頸和連桿頸，再經過多道工序的磨削方轉入精加工工序。所以這條生產線設備達60多台，導致產品周轉線長、場地佔用面積大，其生產效率完全是靠多台設備分解工序和余量來提高的。
而當今的汽車發動機曲軸製造業面臨的卻是以下幾個問題：
1.多品種、小批量生產；
2.交貨期大大縮短；
3.降低生產成本；
4.難切削材料的出現使加工難度明顯增加，加工中提出了許多需要解決的課題，如硬切削；
5.為保護環境，要求少用或不用切削液，即實現乾式切削或准乾式切削；
正是基於以上情況，進入21世紀以來，高速、高精、高效的複合加工技術及裝備在汽車曲軸製造業中得到了迅速的應用，生產效率得到了很大提高，因此發動機曲軸生產線中生產設備數量得以減少。筆者曾在某一轎車發動機曲軸生產線看到，全線設備(包括熱處理、表面強化)只有13台設備左右，產品周轉線短、加工效率高、易於質量控制管理。
曲軸複合加工技術的發展
20世紀80年代後期，德國BOEHRINGER公司和HELLER公司開發出了完善的曲軸車-車拉機床，該加工工藝是將曲軸車削工藝與曲軸車拉工藝完美結合，生產效率高、加工精度好、柔性強、自動化程度高、換刀時間短，特別適合有沉割槽曲軸的加工，加工后曲軸可直接進行精磨，省去粗磨工序。因此，曲軸車-車拉加工工藝是目前國際上曲軸粗加工中流行的加工工藝之一。
20世紀90年代中期出現的新型CNC高速曲軸外銑機床使曲軸粗加工工藝又上了一個新台階。CNC曲軸內銑與CNC高速曲軸外銑對比，內銑存在以下缺點：不容易對刀、切削速度較低(通常不大於160m/min)、非切削時間較長、機床投資較多、工序循環時間較長。而CNC高速曲軸外銑具有以下優點：切削速度高(可高達350m/min)、切削時間較短、工序循環時間較短、切削力較小、工件溫升較低、刀具壽命高、換刀次數少，加工精度更高、柔性更好。因此，CNC高速曲軸外銑將是曲軸粗加工的發展方向。
筆者在江蘇南亞自動車有限公司菲亞特轎車曲軸生產線見到德國BOEHRINGER公司兩台設備，其中1台為數孔曲軸車-車拉機床，另外1台為CNC高速曲軸外銑，親身體驗了一次「削鐵如泥」的感覺。據專家介紹，曲軸車-車拉機床特別適合於軸頸有沉割槽、平衡塊側面不用加工的曲軸；而高速外銑則不能加工軸向有沉割槽的曲軸。該銑床為德國BOEHRINGER公司的VDF315OM-4高速隨動外銑床，它是德國BOEHRINGER公司專為汽車發動機曲軸設計製造的柔性數控銑床，該設備應用工件迴轉和銑刀進給伺服連動控制技術，可以一次裝夾不改變曲軸迴轉中心，並隨動跟蹤銑削曲軸的連桿軸頸。VDF315OM-4高速隨動外銑採用複合材料一體化結構床身，工件兩端電子同步旋轉驅動，具有乾式切削、加工精度高、切削效率高等特點；該銑床使用SIEMENS840DCNC控制系統，通過輸入零件的基本參數即可自動生成加工程序，可以加工長度在450～700mm、迴轉直徑在380mm以內的各種曲軸，連桿軸頸直徑誤差為±0.02mm。
由上可以看出，曲軸粗加工比較流行的工藝是：主軸頸採用車拉工藝和高速外銑，連桿頸採用高速外銑，而且傾向於高速隨動外銑，全部採用乾式切削。由於國外此類設備價格昂貴，產品加工成本很高，國內一些機床生產廠家(如青海第二機床製造有限責任公司)相繼開發出了數控曲軸車床、數控高速曲軸銑床，數控曲軸車拉機床等專用機床。
曲軸精加工採用國內數控磨床磨削情況已相當普遍，產品加工精度已有相當程度的提高。為滿足曲軸日益提高的加工要求，對曲軸磨床提出了很高的要求。現代曲軸磨床除了要有很高的靜態、動態剛度和很高的加工精度外，還要求有很高的磨削效率和更多的柔性。近年來，更要求曲軸磨床具有穩定的加工精度，為此，對曲軸磨床的工序能力係數規定了Cp≥1.67，這意味著要求曲軸磨床的實際加工公差要比曲軸給定的公差小一半。隨著現代驅動和控制技術、測量控制、CBN(立方氮化硼)砂輪和先進的機床部件的應用，為曲軸磨床的高精度、高效磨削加工創造了條件。一種稱之為連桿頸隨動磨削的工藝。正是體現了這些新技術綜合應用的具體成果。這種隨動磨削工藝可顯著地提高曲軸連桿頸的磨削效率、加工精度和加工柔性。在對連桿頸進行隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進行旋轉，並在一次裝夾下磨削所有連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現往複擺動進給，跟蹤著偏心迴轉的連桿頸進行磨削加工。要實現隨動磨削，X軸除了必須具有高的動態性能外，還必須具有足夠的跟蹤精度，以確保連桿頸所要求的形狀公差。CBN砂輪的應用是實現連桿頸隨動磨削的重要條件。由於CBN砂輪耐磨性高，在磨削過程中砂輪的直徑幾乎是不變的，一次修整可磨削600～800條曲軸。CBN砂輪還可以採用很高的磨削速度，在曲軸磨床上一般可採用高達120～140m/s的磨削速度，磨削效率很高。
用於曲軸複合加工的機床
提到複合加工技術，就不得不提到複合加工機床，複合加工機床的定義也是隨時代變化的。過去將加工中心稱為複合加工機床，但因工具交換加工的品種受到限制，而且也走不出切削加工的領域，現在已經不再將一般的加工中心稱之為複合加工機床了。複合機床應具有工序集成功能，多種加工集成功能。從製造業所處的環境看，複合加工機床將一直是重點開發的機床產品之一，功能不斷擴大，會向著「一台機床成為一個小工廠」的方向邁進。
在曲軸複合加工機床中，奧地利WFL公司生產的卧式車銑複合加工中心具有一定的代表性。WFL公司提出了「一次裝卡，全部完工」的概念。M40G該車銑中心集成了雙主軸車削中心，五軸加工中心，深孔鏜、銑、鑽和三坐標功能於一身，在一台具有雙主軸的車銑複合加工中心上可以對曲軸進行完全加工，加工后的曲軸可直接轉入精加工工序。目前國內也推出了類似的複合機床，在CIMT2005期間，瀋陽數控機床有限責任公司展出的CKZ80-5車銑加工中心就是一台複合機床，代表了我國同類機床的最高水平。該機床五軸中X、Y、Z、B軸採用直線光柵尺或圓度光柵尺檢測，可實現閉環控制。該加工中心備有48～96工位刀庫可實現自動換刀，一次裝卡可進行車、銑、鑽、鏜、攻絲等的加工。
在曲軸精加工方面，也出現了工序集成的CBN數控磨床，即一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸，此類磨床一般配雙砂輪頭架。日本TOYADA工機、德國勇克(JUNKER)、德國NAXOS等生產的此類數控磨床都是比較成熟的設備。這裡簡要介紹一下日本TOYADA工機開發生產的GF70M-T曲軸磨床的性能：該機床是為了滿足多品種、低成本、高精度、大批量生產需要而設計的數控曲軸磨床，應用工件迴轉和砂輪進給伺服聯動控制技術，可以一次裝夾而不改變曲軸迴轉中心即可完成所有軸頸的磨削，包括隨動跟蹤磨削連桿軸頸；採用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠(砂輪頭架)和線性光柵閉環控制，使用TOYADA工機生產的GC50CNC控制系統，磨削軸頸圓度精度可達到0.002mm；採用CBN砂輪，磨削線速度高達120m/s，配雙砂輪頭架，磨削效率極高。
曲軸加工中刀具材料多樣化
切削刀具性能的提高為高效、高速加工發展提供了可能性，除了高速鋼、硬質合金以外，超硬材料的發展起到了重要的作用。PCD、PCBN為難加工材料的切削、干切削、硬切削等的加工創造了條件。
為適應曲軸加工高速化、高效率、乾式切削的需求，目前大量採用塗層刀具。塗層的材料從TiN發展為A12O3、TiC、ZrO2等，根據加工的要求，為提高耐高溫的性能，又發展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN等。現在PVD(物理氣相沉積)、CVD(化學氣相沉積)技術不斷推陳出新，由單層發展成多層、千層、複合塗層，現在又發展成納米塗層；深油孔的加工採用槍鑽加工代替普通加長高速鋼鑽頭，鑽孔和攻絲用硬質合金材料來代替過去的高速鋼材料。目前曲軸的精加工也漸漸開始使用CBN砂輪加工，CBN砂輪價格昂貴，但由於加工效率和耐用度高，分攤到每個工件上的刀具費用反而比採用價格低廉的普通砂輪要低。據德國NAXOS磨床廠的資料顯示，採用CBN砂輪加工時間通常可縮短50%，而加工費用可節約50%以上。
結語
以上主要從曲軸機械加工方面論述了曲軸加工的進展，由此可得出以下結論：曲軸多刀車削工藝將逐步退出歷史舞台，儘管這一時期較長；高速高效加工在曲軸製造業已有相當程度的應用；適合於多品種、小批量的複合加工技術是今後曲軸加工的一個發展方向；切削刀具性能的提高為高效、高速、複合加工發展提供了技術保障。
