硬車（以車代磨）是指用車削的工藝方法作為淬硬鋼的最終加工或精加工挥肤。通常校套，車削只是淬火前進(jìn)行的粗加工纯续。直到20世紀(jì)90年代前，淬火后的精加工還只能采用磨削工藝，而車削也只能加工硬度不大于 HRC55的工件粒督。隨著高硬度切削材料和相關(guān)機(jī)床的發(fā)展陪竿，如采用PCBN刀具、陶瓷刀具或新型硬質(zhì)合金刀具在新型車床或車削加工中心上對(duì)淬硬鋼進(jìn)行車削屠橄，其加工質(zhì)量可以達(dá)到精磨的水平播窒。大多數(shù)硬車的應(yīng)用是替代磨削，目前筷资，車削的硬度極限可達(dá)到HRC68挨这，在發(fā)達(dá)國(guó)家硬車技術(shù)已被普遍應(yīng)用，可加工各種零件胃宰，是代替磨削的經(jīng)濟(jì)性加工工藝嘹冀。

　　硬車的關(guān)鍵技術(shù)

　　硬車加工時(shí)，由于材料硬度大垦适，切削力和切削溫度高朽突，影響刀具使用壽命。這就要求作為硬車削的刀具耐熱性和耐磨性要好矛塑；同時(shí)機(jī)床系統(tǒng)必須有足夠的系統(tǒng)剛性和精度析口。

　　1.  刀具材料

　　刀具是在硬質(zhì)合金刀具上涂覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN媳厕、TiAlN和Al2O3等乱归，涂層的厚度為2～18mm。涂層的作用能夠降低摩擦睬魂，減少切削熱的生成终吼；熱傳導(dǎo)系數(shù)低，能減弱對(duì)刀具的熱作用氯哮。涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比际跪，無論在強(qiáng)度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高喉钢，例如：加工硬度在HRC45～55的工件時(shí)垫卤，涂層硬質(zhì)合金刀具可高速車削。

　　陶瓷刀具具有高硬度出牧、高強(qiáng)度、耐磨性好歇盼、化學(xué)穩(wěn)定性好舔痕、摩擦系數(shù)低且價(jià)格低廉等特點(diǎn)，切削速度可比硬質(zhì)合金提高2～5倍豹缀，特別適合高硬度材料的加工伯复、精加工以及高速加工，可加工硬度HRC60以下的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵。常用的有氧化鋁基陶瓷啸如、氮化硅基陶瓷品昭、金屬陶瓷等。

　　立方氮化硼（CBN）的硬度和耐磨性僅次于金剛石影菩，具有極好的高溫硬度侍融。與陶瓷刀具相比，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差猜摹，但沖擊強(qiáng)度和抗破碎性能較好崇夫，現(xiàn)普遍用于淬硬鋼（HRC50以上）、珠光體灰鑄鐵及冷硬鑄鐵等的加工中灿磁。與硬質(zhì)合金刀具相比缭涣，其切削速度可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。聚晶立方氮化硼（PCBN）是由CBN微粉與少量粘結(jié)相（Co嫁橱、Ni或TiC热阁、TiN、Al2O3）在高溫高壓下燒結(jié)而成环起，具有硬度高荡明、耐磨性好、抗壓強(qiáng)度高及耐沖擊韌性好侈净，適用HRC60以上淬硬鋼的切削加工和高精度的加工尊勿。

　　通常，CBN適合加工硬度大于HRC55的淬硬鋼工件畜侦，PCBN刀具適合工件硬度高于HRC60的加工元扔，對(duì)于硬度小于HRC50的淬硬鋼工件選用陶瓷刀具更為合適。陶瓷刀具材料的成本低于CBN旋膳，我國(guó)陶瓷刀具技術(shù)已較完善澎语，刀片性能也較可靠。新型硬質(zhì)合金及涂層硬質(zhì)合金刀具材料的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性比CBN和陶瓷材料要高验懊，價(jià)格又低擅羞，可用于加工硬度為HRC40～50的淬硬鋼工件。

　　2.  切削用量與切削條件

　　切削用量選擇是否合理义图，對(duì)硬車削影響很大减俏，工件材料硬度越高，其切削速度應(yīng)越小碱工。硬車削精加工合適的切削速度為50～200m/min娃承，常用范圍為100～150m/min。當(dāng)采用大切深或斷續(xù)切削時(shí)怕篷，切速應(yīng)保持在50～100m/min倒灰，通常切深為0.1～0.3mm艳杯；當(dāng)加工表面粗糙度要求高時(shí)，可選小的切削深度茬蓝，進(jìn)給量通常選擇0.025～0.25mm/r统褂，具體根據(jù)表面粗糙度數(shù)值和生產(chǎn)率要求而定。由于PCBN和陶瓷刀具材料的耐熱性和耐磨性好桐夭，可選用較高的切削速度和較大的切削深度以及較小的進(jìn)給量稼掏。而切削用量對(duì)硬質(zhì)合金刀具磨損的影響比PCBN刀具要大些，故用硬質(zhì)合金刀具就不宜選用較高的切削速度和切削深度研脸。

　　3.  硬車削機(jī)床

　　車削淬硬鋼與車削非淬硬鋼相比叨连，切削力將增加50%以上，切削所需功率增加2倍左右或怜，所以硬車削對(duì)機(jī)床提出了更高要求矛唤，如系統(tǒng)剛性、功率等归衫。為了使表面質(zhì)量與磨削的質(zhì)量相媲美怜腊，主軸的徑向和軸向振動(dòng)必須保持在2mm以內(nèi)，還應(yīng)具備數(shù)字線性測(cè)量系統(tǒng)和良好的溫度補(bǔ)償性能（m級(jí)補(bǔ)償）蔫缸，必須避免爬行腿准。機(jī)床本身的主軸系統(tǒng)除了要保證高強(qiáng)度以外，還應(yīng)有高轉(zhuǎn)速拾碌，充分發(fā)揮PCBN或陶瓷刀具的性能優(yōu)勢(shì)吐葱，這樣才能保證連續(xù)生產(chǎn)的加工精度和高效率的要求。

　　硬車削的經(jīng)濟(jì)性

　　汽車制造業(yè)的大多數(shù)零件是在熱處理后進(jìn)行最終精度或形狀的加工校翔，硬車削正作為替代磨削的一種經(jīng)濟(jì)性方法在普及弟跑。目前，國(guó)外越來越多的企業(yè)已認(rèn)識(shí)硬車削的優(yōu)點(diǎn)防症，而國(guó)內(nèi)還是以磨削的方法為主孟辑，主要是由于刀具（如PCBN）的成本問題，使很多企業(yè)仍把它看作為一種昂貴的工藝蔫敲。

　　1. 加工效率高

　　硬車削所用刀具（PCBN）的成本比傳統(tǒng)車刀一般高10～20倍饲嗽，但與磨削相比，硬車削比磨削具有更高的加工效率奈嘿。硬車削往往采用大切削深度貌虾、高的工件轉(zhuǎn)速，其金屬切除率通常是磨削加工的3～4倍翰蛔；其所消耗的能量也只有磨削的1/5期第，每個(gè)零件的刀具成本低于磨削。另外更換砂輪一般需要30min或更長(zhǎng)時(shí)間蒜恶，硬車削換刀能在兩分鐘之內(nèi)完成，并且不需要修正砂輪切削輪廓，沒有更換车崔、修正砂輪必需的生產(chǎn)時(shí)間的損失巫紧，機(jī)床的利用率要高。

　　2. 設(shè)備投資少述尊，維護(hù)費(fèi)用低痹对，適合柔性生產(chǎn)要求

　　在生產(chǎn)率相同時(shí)，車床的投資只是磨床的1/3～1/10漠哲，其輔助系統(tǒng)費(fèi)用也較低弦密。車床本身就是一種加工范圍廣的柔性加工方法，對(duì)于多品種小批量生產(chǎn)而言罪谢，采用現(xiàn)代CNC車床缨叫，利用配備的多種刀具轉(zhuǎn)盤或刀庫(kù)，硬車削無需要其他特殊裝備荔燎，很容易實(shí)現(xiàn)多種不同工件之間的加工轉(zhuǎn)換耻姥，并且工件裝夾快速。另外與磨削相比有咨，硬車削能更好地適應(yīng)柔性化批量生產(chǎn)要求琐簇，采用車削加工時(shí)一次裝夾可完成多種表面加工（如車外圓、車內(nèi)孔座享、車槽及端面等）婉商，因此其輔助時(shí)間短，加工表面之間的相對(duì)位置精度高渣叛。相比之下丈秩，磨削則需要多次安裝或多工序生產(chǎn)。

　　3. 硬車削可使零件獲得良好的表面加工質(zhì)量

　　雖然磨削在相對(duì)較高的進(jìn)給率下能夠得到良好的表面光潔度诗箍，但用PCBN刀片硬車削能以明顯更高的金屬切除率獲得同等或更好的表面光潔度癣籽。硬車削中生產(chǎn)的大部分熱量被切屑帶走，不會(huì)產(chǎn)生像磨削加工的表面燒傷和裂紋滤祖，具有優(yōu)良的加工表面質(zhì)量筷狼，有精確的加工圓度，能保證加工表面精度走木。

　　4. 硬車削是潔凈加工工藝

　　硬車削是通過從工件上“剝”軟化的切屑來有效地去除金屬蛛惜。在大多數(shù)情況下，硬車削無須冷卻液荡减，而使用冷卻液會(huì)給刀具壽命和表面質(zhì)量帶來不利影響赞钧。因硬車削是通過使剪切部分的材料退火變軟而形成切削的，若冷卻率過高搂素，則會(huì)減小由切削力而產(chǎn)生的這種效果凌蝎，從而加大機(jī)械磨損匕伶，縮短刀具壽命。這有助于消除使用冷卻液引起的破壞環(huán)境的問題舰缠，降低廢液的處理成本括樟。同時(shí)，硬車削可省去與冷卻液有關(guān)的裝置蚣凰，降低生產(chǎn)成本手浙，簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)，形成的切屑干凈清潔坦辟，比磨削容易回收處理刊侯。

  　 硬車削的應(yīng)用

　　1．硬車機(jī)床介紹

　　國(guó)內(nèi)某企業(yè)，因生產(chǎn)需要于2007年新進(jìn)口瑞士Kummer Freres公司的K250型前面上料式六角NC車床锉走，設(shè)備功率為16.6kVA滨彻，占地面積為3.2m×4.2m。該機(jī)床采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)挠日，加速度達(dá)10 m/s2疮绷，坐標(biāo)軸行程為250mm×100mm，快移速度達(dá)60m/min嚣潜，主軸的轉(zhuǎn)速最大為12 000r/min冬骚。其優(yōu)點(diǎn)在于NC的精度實(shí)現(xiàn)了0.01mm，能夠高速進(jìn)行高精度加工懂算。其工作原理是：固定工件的主軸箱可在頂梁導(dǎo)軌上縱向運(yùn)動(dòng)只冻，也可作Z向進(jìn)出運(yùn)動(dòng)（即被加工零件可前后左右移動(dòng)，見圖3）计技。如圖4所示喜德，刀架設(shè)于機(jī)床正前方，可以上下運(yùn)動(dòng)综非。主軸箱左右移動(dòng)使用的是兩個(gè)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)沪择，被分成兩部分驅(qū)動(dòng)的主軸箱，如果兩個(gè)直線電機(jī)一起工作琴偿，主軸的前后位置不變羞烘。而如果只有右側(cè)電機(jī)工作，主軸箱與主軸就會(huì)受到斜向45°設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌的支撐划葫，從而主軸箱沿前后方向移動(dòng)蝉陕，運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量?jī)H占機(jī)床總重的2.5%，機(jī)床的穩(wěn)定性很好扶眼。

    2．加工零件及工藝參數(shù)

　　該公司加工零件為一個(gè)套筒拂极，原來都是采用磨削的方式進(jìn)行，由圖5可見此零件需要加工中孔和端面忍坯。采用磨削時(shí)猛珍，磨床為進(jìn)口四工位磨床（粗砰普、精磨中孔和粗、精磨端面陕匿，4個(gè)磨頭）金矛，以此來保證精度要求。該磨床價(jià)格約為600萬元勺届，占地面積為4.4m×5.4m，工藝為：機(jī)加工－熱處理－磨削娶耍。

    　Kummer Freres公司的K250車床到貨后免姿，采用PCBN超硬刀具“以車代磨”的加工工藝為：粗加工－熱處理－精加工（硬車）。PCBN刀具具有極高的硬度及紅硬性榕酒，可使被加工的高硬度零件獲得良好的表面粗糙度胚膊。此類零件材料為GCr15，淬火后硬度為HRC60～62想鹰，孔精度為IT4紊婉，表面粗糙度Ra≤0.1mm。新工藝可大幅度提高加工效率辑舷，降低加工成本：原采用磨削工藝喻犁，節(jié)拍為65s/件；現(xiàn)采用PCBN刀具車削（切削參數(shù)V=60 m/min何缓，f=0.025mm/r肢础，ap=0.1mm），節(jié)拍為35s/件黑声，此外埂体，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的加工成本也有下降。

　　可見失能，硬車在設(shè)備投資洛续、占地面積及加工效率等方面都比磨削更具有優(yōu)勢(shì)。

　　硬車削的發(fā)展

　　在德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車工業(yè)中饵臀，多種軸類绞宿、套類零件大多采用硬車工藝，收到良好效果愕啰。因該項(xiàng)技術(shù)要求機(jī)床津霜、刀具、工裝及工藝應(yīng)有最佳組合温盅，且對(duì)硬車效果的宣傳推廣不夠等原因曹撩，我國(guó)硬態(tài)車削工藝的應(yīng)用還不夠廣泛。目前改耽，只有少數(shù)企業(yè)在CNC車床上對(duì)淬硬軸承環(huán)牡鸥、齒輪內(nèi)孔與端面以及量刃具等零件進(jìn)行加工叁巨，并也達(dá)到了磨削效果，提高了加工效率呐籽。

　　現(xiàn)在大多數(shù)硬車削應(yīng)用還都將重心放在用來替代磨削锋勺，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將硬車削和磨削結(jié)合在一臺(tái)機(jī)床中狡蝶，如STUDER的車磨復(fù)合機(jī)床庶橱，將會(huì)越來越多。未來贪惹，硬車削以其鮮明的經(jīng)濟(jì)性必將成為制造領(lǐng)域中重要的發(fā)展方向之一苏章，而“車磨復(fù)合”也將是制造領(lǐng)域中重要的發(fā)展方向之一。

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