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。通常，車削只是淬火前進(jìn)行的粗加工。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。
　　隨著高硬度切削材料和相關(guān)機(jī)床的發(fā)展，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，其加工質(zhì)量可以達(dá)到精磨的水平。大多數(shù)硬車的應(yīng)用是替代磨削，目前，車削的硬度極限可達(dá)到HRC68，在發(fā)達(dá)國家硬車技術(shù)已被普遍應(yīng)用，可加工各種零件，是代替磨削的經(jīng)濟(jì)性加工工藝。
　　　　
　　硬車的關(guān)鍵技術(shù)
　　　　
　　硬車加工時(shí)，由于材料硬度大，切削力和切削溫度高，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；同時(shí)機(jī)床系統(tǒng)必須有足夠的系統(tǒng)剛性和精度。
　　　　
　　1. 刀具材料
　　　　
　　涂層硬質(zhì)合金刀具是在硬質(zhì)合金刀具上涂覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等，涂層的厚度為2～18mm。涂層的作用能夠降低摩擦，減少切削熱的生成；熱傳導(dǎo)系數(shù)低，能減弱對(duì)刀具的熱作用。涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無論在強(qiáng)度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高，例如：加工硬度在HRC45～55的工件時(shí)，涂層硬質(zhì)合金刀具可高速車削。
　　　　
　　陶瓷刀具具有高硬度、高強(qiáng)度、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、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，特別適合高硬度材料的加工、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、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷等。
　　　　
　　立方氮化硼（CBN）的硬度和耐磨性僅次于金剛石，具有極好的高溫硬度。與陶瓷刀具相比，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差，但沖擊強(qiáng)度和抗破碎性能較好，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。與硬質(zhì)合金刀具相比，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、Ni或TiC、TiN、Al2O3）在高溫高壓下燒結(jié)而成，具有硬度高、耐磨性好、抗壓強(qiáng)度高及耐沖擊韌性好，適用HRC60以上淬硬鋼的切削加工和高精度的加工。
　　　　
　　通常，CBN適合加工硬度大于HRC55的淬硬鋼工件，PCBN刀具適合工件硬度高于HRC60的加工，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，我國陶瓷刀具技術(shù)已較完善，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，價(jià)格又低，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，對(duì)硬車削影響很大，工件材料硬度越高，其切削速度應(yīng)越小。硬車削精加工合適的切削速度為50～200m/min，常用范圍為100～150m/min。當(dāng)采用大切深或斷續(xù)切削時(shí)，切速應(yīng)保持在50～100m/min，通常切深為0.1～0.3mm；當(dāng)加工表面粗糙度要求高時(shí)，可選小的切削深度，進(jìn)給量通常選擇0.025～0.25mm/r，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，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。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。
　　
　　3. 硬車削機(jī)床
　　　　
　　車削淬硬鋼與車削非淬硬鋼相比，切削力將增加50%以上，切削所需功率增加2倍左右，所以硬車削對(duì)機(jī)床提出了更高要求，如系統(tǒng)剛性、功率等。
　　為了使表面質(zhì)量與磨削的質(zhì)量相媲美，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），必須避免爬行。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，充分發(fā)揮PCBN或陶瓷刀具的性能優(yōu)勢(shì)，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，硬車削正作為替代磨削的一種經(jīng)濟(jì)性方法在普及。目前，國外越來越多的企業(yè)已認(rèn)識(shí)硬車削的優(yōu)點(diǎn)，而國內(nèi)還是以磨削的方法為主，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。
　　　　
　　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，但與磨削相比，硬車削比磨削具有更高的加工效率。硬車削往往采用大切削深度、高的工件轉(zhuǎn)速，其金屬切除率通常是磨削加工的3～4倍；其所消耗的能量也只有磨削的1/5，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，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、修正砂輪必需的生產(chǎn)時(shí)間的損失，機(jī)床的利用率要高。
　　　　
　　2. 設(shè)備投資少，維護(hù)費(fèi)用低，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，其輔助系統(tǒng)費(fèi)用也較低。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，采用現(xiàn)代CNC車床，利用配備的多種刀具轉(zhuǎn)盤或刀庫，硬車削無需要其他特殊裝備，很容易實(shí)現(xiàn)多種不同工件之間的加工轉(zhuǎn)換，并且工件裝夾快速。另外與磨削相比，硬車削能更好地適應(yīng)柔性化批量生產(chǎn)要求，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、車槽及端面等），因此其輔助時(shí)間短，加工表面之間的相對(duì)位置精度高。相比之下，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，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。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，具有優(yōu)良的加工表面質(zhì)量，有精確的加工圓度，能保證加工表面精度。
　　
　　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（見圖1 ）。在大多數(shù)情況下，硬車削無須冷卻液，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。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，則會(huì)減小由切削力而產(chǎn)生的這種效果，從而加大機(jī)械磨損，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，降低廢液的處理成本。同時(shí)，硬車削可省去與冷卻液有關(guān)的裝置，降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)，形成的切屑干凈清潔，比磨削容易回收處理。
　　
　　硬車削的應(yīng)用
　　
　　1．硬車機(jī)床介紹
　　
　　國內(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，設(shè)備功率為16.6kVA，占地面積為3.2m×4.2m。該機(jī)床采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加速度達(dá)10 m/s2，坐標(biāo)軸行程為250mm×100mm，快移速度達(dá)60m/min，主軸的轉(zhuǎn)速最大為12 000r/min。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。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)，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)）。如圖4所示，刀架設(shè)于機(jī)床正前方，可以上下運(yùn)動(dòng)。主軸箱左右移動(dòng)使用的是兩個(gè)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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，主軸的前后位置不變。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，從而主軸箱沿前后方向移動(dòng)，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。
　　
　　2．加工零件及工藝參數(shù)
　　
　　該公司加工零件為一個(gè)套筒，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。采用磨削時(shí)，磨床為進(jìn)口四工位磨床（粗、精磨中孔和粗、精磨端面，4個(gè)磨頭），以此來保證精度要求。該磨床價(jià)格約為600萬元，占地面積為4.4m×5.4m，工藝為：機(jī)加工－熱處理－磨削。
　　
　　Kummer Freres公司的K250車床到貨后，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，可使被加工的高硬度零件獲得良好的表面粗糙度。此類零件材料為GCr15，淬火后硬度為HRC60～62，孔精度為IT4，表面粗糙度Ra≤0.1mm。新工藝可大幅度提高加工效率，降低加工成本：原采用磨削工藝，節(jié)拍為65s/件；現(xiàn)采用PCBN刀具車削（切削參數(shù)V=60 m/min，f=0.025mm/r，ap=0.1mm），節(jié)拍為35s/件，此外，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的加工成本也有下降。
　　
　　可見，硬車在設(shè)備投資、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
　　
　　在德國等發(fā)達(dá)國家的汽車工業(yè)中，多種軸類、套類零件大多采用硬車工藝，收到良好效果。因該項(xiàng)技術(shù)要求機(jī)床、刀具、工裝及工藝應(yīng)有最佳組合，且對(duì)硬車效果的宣傳推廣不夠等原因，我國硬態(tài)車削工藝的應(yīng)用還不夠廣泛。目前，只有少數(shù)企業(yè)在CNC車床上對(duì)淬硬軸承環(huán)、齒輪內(nèi)孔與端面以及量刃具等零件進(jìn)行加工，并也達(dá)到了磨削效果，提高了加工效率。
　　
　　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，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，如STUDER的車磨復(fù)合機(jī)床，將會(huì)越來越多。未來，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，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。