【編者按】世界各地的制造商為保持競爭力正面臨挑戰(zhàn)众琼，零部件的精度水平不斷提高闯捎，競爭朝著更高質(zhì)量、更低價格和更小批次方向發(fā)展许溅∪勘牵客戶需要降低成本，提高質(zhì)量贤重，縮短交貨期茬祷，要尋求新的技術解決方案，并希望能夠做到粗加工和精加工在同一臺機床上加工完成并蝗，其中一個可行的改善方案是采用硬車削技術祭犯。

　　何謂“硬車”技術

　　硬車過程通常被定義為車削硬度超過HRC45以上的零件，典型零件硬度在HRC58~68范圍內(nèi)滚停。硬車的應用場合很多沃粗，常見的有：汽車、軸承键畴、船舶最盅、模具、液壓起惕、機床涡贱、航空航天等代表行業(yè)，當然這些行業(yè)也在不斷的增加并且不斷的細分旁班。硬車的材料也很多蔑誓，軸承鋼铲锭、齒輪鋼职菜、表面硬化鋼、鎳基合金欲华、鎢鈷類合金最為常見兰险，現(xiàn)在高頻淬火、滲碳鋼等材料也開始應用于硬車加工天殉。

　　硬車技術可以在同一臺機床上完成產(chǎn)品的軟車和硬車脚培，可以節(jié)省場地和投資，并且硬車的金屬切除率是磨削的4~6倍靡鞭，效率極具優(yōu)勢纺围。硬車是單點切削，在復雜輪廓加工方面有著獨到的優(yōu)勢蜘辕，不需要類似磨床的成型砂輪僧旬，對于外圓炉奴、端面、內(nèi)孔組合的加工換刀非常方便蛇更，減少了砂輪架回轉(zhuǎn)輔助時間瞻赶。硬車可以達到非常高的精度，表面粗糙度通撑扇危可以做到Ra0.4以下砸逊，切屑更加容易處理，并且相對各種材質(zhì)的砂輪庫存掌逛，車床刀具的庫存費用也是比較低廉的师逸。

 
哈挺T51系列機床

　　“硬車”加工的基礎

　　隨著硬車的使用越來越普遍，現(xiàn)代化的工廠已開始意識到硬車所帶來的收益颤诀。作為硬車技術成功應用的一部分字旭，設備投資也需要考慮針對硬車需求的關鍵性能。

　　硬車所使用的刀具通常有一個很大的負前角崖叫，在切削時能提供更大的剛性遗淳，與此同時，也對機床的剛性提出了更苛刻的要求心傀。機床在設計制造過程中必須解決機床的動態(tài)剛性問題止既，若機床動態(tài)剛性差的話，機床在一個很寬的頻率下振動垂暖，對工件的表面質(zhì)量和刀具使用壽命會產(chǎn)生嚴重影響核瘤。動態(tài)剛性是現(xiàn)代機床行業(yè)的一個重要的指標，作為經(jīng)驗穗阐，硬車所需的切削剛性要比軟車大1.5-2倍涉泡，雖然應用中可以采用小切深，但是小的切深不能減少對動態(tài)剛性的需求能莫，更小的振動可以帶來更好的粗糙度和刀具使用壽命政茄。

　　在靜態(tài)剛性達到一定的水平后，改善動態(tài)剛性的唯一方式就是增加阻尼妇愉，哈挺公司T系列機床提供了填充花崗巖聚合物（HARCRETE）的方式來提高振動阻尼彭闷，花崗巖聚合物的阻尼是鑄鐵的8倍，和普通的填充物不同芳企，HARCRETE可以有和鑄鐵相同的熱穩(wěn)定性烛蘑，不會受因為熱變形系數(shù)影響。機器動態(tài)剛度的提高造过，減小了機床振動的幅度唱较，同時保持靜態(tài)剛度，導致的可評價的結(jié)果是刀具使用壽命的增加召川，更好的表面光潔度南缓，增加零件的附加值稽屏，并提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

　　影響設備加工能力和精度的因素很多西乖，包括聯(lián)動的軸狐榔、重復性、控制功能获雕、誤差補償薄腻、幾何能力、軸的剛度和熱穩(wěn)定性届案、機床整體的熱穩(wěn)定性等等庵楷。以上因素將決定設備的加工范圍和精度，包括輪廓和輪廓精度等都是硬車設備設計和制造時需要充分考慮到的因素楣颠。另外尽纽，數(shù)字化的數(shù)控系統(tǒng)可以優(yōu)化調(diào)整機床的精度，提高機床的輪廓控制精度拯拓，而這些需要更高剛性和精度的絲桿和導軌支撐披贰。提高精度是機床設計制造的系統(tǒng)工程，需要在不同溫度條件下根據(jù)ASME B5.57標準進行測試涌咪。以上是確保機床硬車能力的精度和剛性基礎臣碟。

　　如何選擇“硬車”的刀具

　　硬車可供選擇的刀具通常有三種材質(zhì)：立方氮化硼（CBN），陶瓷和金屬陶瓷降乔。刀具選擇應與生產(chǎn)效率踊眠、經(jīng)營成本相匹配。對尺寸和粗糙度更為苛刻的加工場合首選立方氮化硼讨楔。一般來說布缨，當公差帶大于0.05mm的時候，陶瓷刀具或許是一個更具性價比的選擇玻市。眾所周知柜涛，硬質(zhì)合金對加工不同的材料有各種相對應的材質(zhì)和涂層，與此類似颠舞，CBN刀具也有各種不同的選擇菌司，例如顾腊，在斷續(xù)車削的時候需要采用高CBN含量的刀具粤铭，因為這樣的刀片有足夠的韌性抵抗斷削沖擊，一般來說杂靶，在斷續(xù)車削中高CBN含量的刀具比低CBN含量的刀具由于有更好的韌性可以提供更好的刀具壽命梆惯。

　　由于CBN材質(zhì)相當昂貴，相對于整體的CBN刀具吗垮，焊接的CBN刀片是最常見的選擇垛吗。操作員和技術員都有這樣的認識凹髓，當系統(tǒng)的震動較大時，采用CBN刀具加工并不經(jīng)濟怯屉，而機械振動較低的設備卻可以更好地利用CBN切削材料的能力蔚舀。哈挺的試驗證明，采用高精度的主軸及花崗巖聚合物填充的機床可以確保更長的刀具壽命锨络，因此在這種情況下赌躺，CBN刀片在很多場合比使用硬質(zhì)合金刀片更經(jīng)濟。

　　其他在硬車應用方面需要注意的是刀具的幾何形狀和刀尖的中心高羡儿，將影響切削質(zhì)量礼患。刀具的方向也應該注意，切向切削力選擇應進入機床基體姥购，而不是遠離機床渺因，也就是說通常采用左手刀具。

　　硬車過程還需要高剛性的主軸夾具和剛性刀柄概给。主軸夾持工件要盡可能的靠近主軸軸承妙裸，盡可能使用夾頭夾具，哈挺公司設計的夾頭主軸跛庶，能提供更好的夾具系統(tǒng)屡拥，從而可以最大限度地提高工件夾持的剛度。當工件或者刀具缺乏剛性影啸，往往會出現(xiàn)顫紋或零件表面質(zhì)量不佳剩骏。此時，需要面對的問題是如何增強工件及刀具與機床連接剛性羡财。通常情況下“硬碰硬”的車削方法是最安全和最可靠的监镰。快換主軸夾具及高剛性的刀具連接系統(tǒng)伐怀，在硬車應用中會獲得更大的青睞俐芬。

　　“硬車”的干切與濕切

　　硬車通常采用干式切削，刀尖的表面溫度非常高细溅，會在切削過程中退火并軟化工件表面褥傍，經(jīng)檢測切屑的硬度可下降到一半以下，這也解釋了為何更快的切削速度可以減少工件退火的風險喇聊。需要注意的是恍风，絕大部分的熱量是被切屑帶走的，典型的干式切削過程中誓篱，應盡可能的減少切刀次數(shù)和余量朋贬，使得零件不處于高溫狀態(tài)，尤其在加工較小的零件時，需要考慮以下四個因素：首先需要考慮減少工件余量锦募；其次可以考慮采用高壓冷卻液切削摆屯；第三可以采用高溫的刀片，這個需要刀具供應商的配合糠亩；最后選擇更適合的刀具夾具和工件材料虐骑。

　　當前的機床冷卻技術使客戶可以選擇干式或者濕式硬車，在濕式硬車的過程中赎线，有幾個問題必須確認：第一朝正，不要采用切削油，避免火災的隱患圾恐，這點非常重要农想。第二，必須采用較高壓力確保刀尖的冷卻擂椎。切屑經(jīng)常會阻撓冷卻液對刀尖的冷卻例氓，因此冷卻液必須有足夠的壓力吹斷切屑，減少刀片因受到熱沖擊而尖端退化融卿。高壓冷卻70kg的冷卻壓力可以使得刀具的耐用度更好峡黍。第三，冷卻液的清潔度油蒙、濃度和PH值也對冷卻效果有影響居串。在濕式硬車的加工過程中，不可忽略因冷卻液中斷所造成的影響保地。在邏輯上撰拯，冷卻液的忽然中斷將對刀尖的熱沖擊非常大，需要極力避免這樣的情況出現(xiàn)嗓奢。在采用陶瓷刀片硬車加工的時候讼撒，冷卻液的熱沖擊會使得刀片破碎，故在陶瓷刀片加工的時候不能采用普通壓力的冷卻液切削方式股耽，70kg高壓冷卻是必選項根盒。哈挺公司已經(jīng)在T系列機床上開始提供70kg的高壓冷卻系統(tǒng)，相較于常見的干式硬車物蝙，刀具壽命延長了3倍以上炎滞。

　　“硬車”的經(jīng)濟效益優(yōu)勢

　　“硬車”的性價比計算

　　中國許多客戶已經(jīng)開始嘗試在現(xiàn)有的機床上使用硬車方案，與磨削方案比較诬乞，由于CBN刀具太昂貴册赛，很多客戶難以接受硬車的成本，舉例分析如下：

　　一個直徑50mm丽惭，長度40mm的外圓需要硬車击奶，采用CBN刀具辈双，加工線速度為120m责掏，機床轉(zhuǎn)速為765rpm柜砾，車削走刀速度為0.06mm，硬車切削時間為52s换衬。而采用磨床加工芬莫，磨削該零件的節(jié)拍約為220s。

　　一個典型的硬車刀尖價格在250元左右歪眨，刀具商通常提供的刀具耐用度為刀尖加工距離8KM众被，該零件單件加工距離為50*3.14*40/0.06=106,666mm，即104.7m蛉增，單個刀尖可以加工的件數(shù)為8,000/104.7=76件唤抚，硬車刀具單件成本為3.27元。

　　按照上面的例子践寄，若用一般40萬左右的車床说庶，操作兩班，每周工作五天檩渐，83%的利用率秆牍，在一年的生產(chǎn)時間里，加工20萬件工件剃拇，將消耗CBN刀片價值65.4萬人民幣支读。這是基于250元一個刀刃，每個刀刃加工76件計算的害淤。耗材成本一年等于或超過了原設備的投資成本扇雕。

　　相對外圓磨床國產(chǎn)砂輪的消耗，這個單件零件的成本相對較高窥摄。

　　“硬車”以車代磨的優(yōu)勢

　　哈挺公司的中端的70萬的車床由于主軸跳動小于1μm洼裤，帶來了極小的震動，使得刀具耐用度大幅度提高到16KM溪王，按上面的例子腮鞍，同樣零件加工數(shù)量提高到16,000/104.7=153件，硬車刀具單件成本縮減為1.63元莹菱。要注意移国，更長的刀具壽命還會直接關系到停機時間。同樣加工20萬件道伟，將消耗CBN刀片32.7萬元迹缀，一年硬車刀具節(jié)省的費用就超過了設備的差價，并且尺寸穩(wěn)定性蜜徽、圓度祝懂、粗糙度也非普通機床可以媲美的。

　　考慮到加工的效率，機床投資成本窜旺，場地占用共悼，人工費用綜合考慮，硬車有相對優(yōu)勢的杏紫。倘若該零件還需要同時鏜一個Φ25深20mm的孔及加工端面的話钙瘫，用磨床需要三個砂輪工位加工，需要高端的帶砂輪架回轉(zhuǎn)的磨床加工申蔗，磨削時間需要超過5min侯砸，若用硬車加工僅需更換三個刀位，硬車時間不超過100s些玖，硬車優(yōu)勢更加明顯俗衍。

　　與其他設備相比較，哈挺高端的T系列機床提供了極高的尺寸穩(wěn)定性和圓度步垢，在相同的走刀速度下索驰，零件可以獲得更長穩(wěn)定的粗糙度及圓度，可以給客戶提供真正的以車代磨效果骡拐，舉例來說妓浮，若是該硬車零件的尺寸公差為0.03mm，圓度要求6μm蓉冈，這樣的零件采用硬車或者進口的磨床都是不經(jīng)濟的城舞，然而當公差為8μm，圓度為2μm寞酿，零件的附加值較高家夺，客戶愿意承受高端的磨床成本時，高端的硬車就可作為一個替代的方案被接受伐弹。在哈挺的機床上拉馋，通過提高刀具使用壽命、提高零件附加值及更高效幾個方面來提高硬車的性價比成為可能惨好，而且能夠滿足客戶以車代磨的需求煌茴。

　　硬車的適用范圍

　　由于硬車的刀具成本較高，故在目前的條件下日川，批量生產(chǎn)場合里適合硬車的零件主要是小零件的加工蔓腐。大零件的硬車和磨床相比不具有成本優(yōu)勢，除非是高溫合金等不易磨削的材料龄句。而帶有復雜輪廓的零件的精加工回论，零件批量不大，附加值高畦洞，交貨期緊的工件更加適合采用硬車工藝晴消。典型的應用行業(yè)有：汽車中的高精度乘用車零件贰嚷，液壓泵閥零件、模具行業(yè)零件战决、軍工行業(yè)零件等等泵位。

　　硬車也是一種磨削替代方案，常用于不需要高端磨床加工的場合蔗承，或者替代粗磨加工拢给，并不能完全替代磨床蛹协，尤其是涉及易變形的難加工材料主瘸，及超高精度零件，磨床還是必不可少的兆焦。硬車并不是取代磨床糊怖，而是提供更經(jīng)濟高效的工藝解決手段，在典型的加工領域生碗，若是粗糙度需要批量做到Ra0.3捻艳，圓度小于0.25μm，以及公差帶小于0.005mm時候庆猫，高端磨床的精度優(yōu)勢還是非常明顯的认轨。

　　“硬車”應用技術的展望

　　還有個因素會影響硬車應用，美國哈挺的試驗表明：當材料的洛式硬度變化超過兩度時月培，加工尺寸有0.004mm的變化嘁字，而硬度的變化也同時影響到零件的表面粗糙度。中國現(xiàn)在的情況是杉畜，很多廠家由于熱處理設備原因做到零件硬度恒定非常困難纪蜒，常見的淬火硬度范圍為58~62，偏差超過洛式硬度4度此叠，而實際情況是中國很多客戶雖然難以保證所有零件的硬度一致性纯续，事實上卻能夠做到同一爐淬火零件的硬度一致性，故在加工現(xiàn)場只要不混淆兩批次熱處理的零件灭袁，高尺寸精度的硬車同樣可以實現(xiàn)猬错。

　　模具行業(yè)開始利用目前最新的材料技術。在幾個方面進行研究了解并嘗試了解表面硬化白亮層茸歧。該層實際是一個附著在材料表面的一層金相結(jié)構(gòu)兔魂，名義上厚度小于1mm，很難觀察出來迈叫，通常需要通過破壞性的切片金相檢驗才能確定它的存在锌拱。由于淬火方式及高應力的加工方式，在零件表面形成的晶粒結(jié)構(gòu)造成特有的機械性能暂韭，請注意姿抒，白亮層在磨削及車削過程中奇门，無論干式還是濕式加工都會出現(xiàn)，目前的超精加工技術如絎磨白亮層可以被切除茂蓬，在某些應用領域栖啰，特別是那些高接觸應力的地方不希望出現(xiàn)白亮層，如軸承座圈吴钧，若接觸表面出現(xiàn)高應力的白亮層將會造成表面疲勞壽命降低劫漠。白亮層還沒有被完全了解，但有一點已經(jīng)確認宙娃，相對鋒利的刀具拄弯，鈍化的刀具由于切削溫度和壓力更高更容易產(chǎn)生白亮層。有趣的是幻林，白亮層不僅在車削中出現(xiàn)贞盯，同樣也可能出現(xiàn)在磨削中。由于觀察到白亮層的形成是由于鈍化的工具產(chǎn)生沪饺，研究人員已經(jīng)采用越來越多的有效途徑檢測工裝夾具及優(yōu)化的刀具壽命躏敢，以確定相應的參數(shù)設定，防止白亮層的形成整葡。并且一個自動化的工具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)正在研究中件余，將會發(fā)揮這方面的作用。

　　對于未來的硬車技術遭居，哈挺首先更多考慮的是薄壁零件的裝夾啼器，還將考慮采用主動提高振動阻尼技術的夾具系統(tǒng)，最大限度減少失圓和提高機床轉(zhuǎn)速魏滚。同樣镀首，需要探索加強在高品質(zhì)的螺紋切削領域的硬車解決方案。在材料領域可以預料將繼續(xù)推出新的適合硬車的材料鼠次，或許會造成戲劇性的工藝技術效果更哄。

　　硬車是一種具有一定的經(jīng)濟和質(zhì)量效益的工藝手段。成功的硬車取決于整個加工系統(tǒng)齿矗，而不是某些單一元素用玷，作為總結(jié)，下列元素都會影響成功硬車爷凫。

　　?具有很高的動態(tài)剛度和更為苛刻圓度和輪廓控制能力的機床
　　?高效穩(wěn)定的夾緊裝置
　　?選擇正確的CBN刀具材料類型
　　?高品質(zhì)的切削刃
　　?具有高剛性的刀具安裝方式
　　?適當?shù)募庸?shù)
　　?零件的裝夾剛性
　　?加工工藝和冷卻系統(tǒng)

　　盡管已經(jīng)有許多用戶開始嘗試并采用了硬車工藝疗涎，成功運用硬車的業(yè)務相對還是較少。所以針對在硬車領域廣泛持續(xù)的研究并廣泛推廣這種工藝方案顯得尤為必要罪团。哈挺將進一步研究與強化該工藝過程理若，并期待取得更高的競爭力。

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