任务三 刃磨车刀的几何角度
任务描述
在生产当中，只有合理选用和正确地刃磨车刀，才能保证加工质量、提高生产效率。因此，研究车刀的主要角度，正确地刃磨车刀，合理选择、使用车刀是车工必须掌握的关键技术之一。
学习目标
【知识目标】
（1）认识各种常用车刀。
（2）了解车刀的几何形状。
（3）掌握车刀的刃磨方法。
【技能目标】
（1）熟悉并掌握各种车刀的刃磨。
（2）了解砂轮的选用。
任务分析
车刀是由刀头和刀体组成的。车刀的刃磨主要是刃磨车刀的刀头，也就是车刀的切削部分。它由“一尖两刃三刀面”（即刀尖、主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面、副后刀面）组成，如图1-3-1所示。
图1-3-1 车刀的组成
任务开始
基本概念
一、认识车刀种类
车刀由刀头（刀片）和刀杆两部分组成，应用于各种车床上，可以用来加工外圆、内孔、端面等，也可以用来加工槽或做切断工作。车刀按用途可分为外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、切断刀、成形车刀和螺纹车刀等。
1．外圆车刀
常用的外圆车刀有90°、75°和45°的车刀，如图1-3-2所示。当加工轴类工件的外圆或同时加工外圆和凸肩端面时，可以采用主偏角为90°、45°的外圆车刀；当粗车外圆时，可采用75°外圆车刀，强度较好。
图1-3-2 外圆车刀
2．端面车刀
端面车刀是专门用来加工工件端面的车刀，主要采用45°弯头车刀，也可采用左右偏刀车端面。车端面时，用中滑板横向走刀，走刀次数根据加工余量而定，可采用由外向中心走刀，也可采用由中心向外走刀的方法。
3．切断刀
切断刀是专门用来切断工件的，如图1-3-3 所示。切断刀刀头的长度与宽度主要是根据零件的外径尺寸来确定的。切断刀的车削条件比外圆车刀或端面车刀更为苛刻。为了能完全切断工件，切断刀的刀头要制造得长而窄，这就导致其刚性差，工作时切屑也不易排出。
图1-3-3 切断刀
4．螺纹车刀
螺纹车刀用于车削螺纹，如图1-3-4所示。
图1-3-4 螺纹车刀
5．成形车刀
成形车刀是用刀刃形状直接加工出回转体、成形表面的专用刀具，是通过前刀面的刃形促成工件形状而获得的，如图1-3-5 所示。采用成形车刀加工工件时，加工质量可不受操作者水平的限制，刀刃刃形及其质量决定工件廓形，所以可获得稳定的质量。其加工精度一般可达IT9～IT10，表面粗糙度Ra可达0.63～3.2μm。
图1-3-5 成形车刀
6．其他车刀
内孔车刀可车削工件内孔，如图1-3-6 所示。硬质合金可转位（不重磨）车刀是近年来国内外大力发展和广泛应用的先进刀具之一，如图1-3-7 所示。刀片用机械夹固方式装夹在刀杆上，当一个刀刃磨钝后，只需将刀片转过一个角度，即可继续车削，从而大大缩短换刀和磨刀的时间，提高刀杆的利用率。
图1-3-6 内孔车刀
图1-3-7 硬质合金可转位车刀
二、车刀的几何结构
1．外圆车刀的组成及其含义
外圆（90°）车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。其定义分别为：
1）前刀面
刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）。
2）主后刀面
刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。
3）副后刀面
刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。
4）主切削刃
前刀面与主后刀面的交线，它完成主要的切削工作。
5）副切削刃
前刀面与副后刀面的交线，它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。
6）刀尖
主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃，它可以是小的直线段或圆弧。
具体如图1-2-3、图1-2-4、图1-3-1所示，其他各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看做车刀的演变和组合。
2．确定车刀角度的辅助平面（见图1-3-8）
图1-3-8 确定车刀角度的辅助平面
1）切削平面
通过切削刃上某选定点，切于工件过渡表面的平面。
2）基面
通过切削刃上某选定点，垂直于该点切削速度方向的平面（通常为水平面）。
3）截面
通过切削刃上某选定点，同时垂直于切削平面与基面的平面。
3．车刀的角度
1）前角（γ0）
前刀面和基面间的夹角。前角影响刃口的锋利程度和强度，影响切削变形和切削力。前角增大能使车刀刃口锋利，减少切削变形，可使切削省力，并使切屑顺利排出，负前角能增加切削刃强度并抗冲击。
2）后角（α0）
后刀面与切削平面间的夹角。后角的主要作用是减少车刀后刀面与工件的摩擦（后角又可分为主后角和副后角）。
前角、后角的正、负是这样规定的：在主截面中，前刀面与切削平面间夹角小于90°时前角为正，后刀面与基面夹角小于90°时后角为正，大于90°时后角为负（如图1-3-9所示）。
图1-3-9 刀具前后角正负的规定
3）主偏角（κr）
主切削刃在基面上的投影与进给运动方向间的夹角（如图1-3-10 所示）。主偏角的主要作用是改变主切削刃和刀头的受力及散热情况。
4）副偏角（κr′）
副切削刃在基面上的投影与背离进给运动方向间的夹角（如图1-3-10 所示）。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件已加工表面的摩擦。
图1-3-10 主偏角和副偏角
5）刃倾角（λs）
主切削刃与基面间的夹角。刃倾角的主要作用是控制排屑方向，当刃倾角为负值时，可增加刀头的强度和在车刀受冲击时保护车刀。
6）楔角（β0）
在主截面内前刀面与后刀面间的夹角。它影响刀头的强度。
7）刀尖角（εr）
主切削刃和副切削刃在基面上的投影间夹角。它影响刀尖强度和散热性能。
三、车刀的结构形式
车刀在结构上可分为四种形式：整体式、焊接式、机械夹固式和可转位式（如图1-3-11所示）。
图1-3-11 车刀的结构形式
四、砂轮的选择原则
车刀（指整体车刀与焊接车刀）用钝后重新刃磨是在砂轮机上刃磨的。磨高速钢车刀用氧化铝砂轮（白色），磨硬质合金刀头用碳化硅砂轮（绿色）。
应根据刀具材料正确选用砂轮。刃磨高速钢车刀时，应选用粒度为46～60 号的软或中软的氧化铝砂轮。刃磨硬质合金车刀时，应选用粒度为60～80号的软或中软的碳化硅砂轮，两者不能弄错。
任务完成
1.车刀的角度刃磨及图解示范
1）磨主后刀面
按主偏角大小，刀杆向左偏斜，同时磨出主偏角和主后角，如图1-3-12（a）所示。
按主后角大小，刀头向上翘，主后刀面自下而上，接触砂轮。
图1-3-12 刃磨步骤
2）磨副后刀面
按副偏角大小，刀杆向右偏，刀头向上翘。同时磨出副偏角和副后角，如图1-3-12（b）所示。按副后角大小，副后刀面自下而上，接触砂轮。
3）前刀面
磨前刀面，刀杆尾部下倾。按前角大小，倾斜磨出前角和刃倾角，切削刃与刀杆底平面平行或倾斜一定角度，如图1-3-12（c）所示，使前刀面自下而上，接触砂轮。
4）修磨刀尖圆弧（过渡刃）
刀尖上翘，使过渡刃处有后角，左右移动或摆动。
2．车刀刃磨的姿势及方法
（1）人站立在砂轮侧面，以防砂轮碎裂时飞出伤人。
（2）两手握刀的距离放开，两肘夹紧腰部，以减少磨刀抖动。
（3）磨刀时，车刀应放在砂轮的水平中心略高处，车刀刃磨时应作水平的移动，车刀离开砂轮时，刀尖需向上抬起，以防磨好的刀刃被砂轮碰伤。
3．注意事项
（1）刃磨时不能用力过大，以防打滑伤手。
（2）刃磨时应作水平左右移动，以免砂轮表面出现凹坑。
（3）在平行砂轮上刃磨时，应避免在砂轮侧面刃磨。
（4）要求戴好防护眼镜。
（5）刃磨硬质合金刀具时，不能把刀头部分放进水中冷却，以免刀片突然冷却而碎裂；刃磨高速钢车刀时，应随时冷却，以免车刀过热退火，降低硬度。
（6）磨刀前要对砂轮机的防护设施进行检查。
（7）刃磨结束后，应随手关闭砂轮机电源。
工艺技巧/操作技巧
刃磨90°外圆刀坯时，对于初学者，因刚接触车刀的刃磨，应尽可能把一个面的刃磨到位后，再磨下一个面，要做到刃磨方法正确。因砂轮是圆的，所以要保证刃的平直，则需把刃摆放在砂轮水平的位置上。轻轻移动车刀，保持车刀以一定角度不变，才能把车刀面刃磨平整（要求要做到面平刃直）。
刃磨45°车刀时，则应该注意两个刀尖角都是90°，两条副切削刃要平直，同时注意主、副偏角同为45°。只要注意了这两点就能很好地磨削到位了。
切槽刀的刃磨，因其角度很小（1°～3°），磨削时才能控制到位。可以利用砂轮的圆弧面来磨削出它的两个副后角。这样保证了车刀的角度，同时也保证了车刀的强度。
任务小结
车刀是车工的重要切削工具，所以一定要把车刀的刃磨过关。通过刃磨，再经过试车，掌握其中一些角度的细小变化，并在车削中不断吸取经验。
知识链接
车刀切削部分的常用材料：
1．车刀切削部分材料的基本性能
车刀切削部分在很高的切削温度下工作，连续经受强烈摩擦，并承受很大的切削力和冲击，所以切削部分的材料必须具备下列基本性能。
1）硬度
车刀切削部分材料的硬度必须高于被加工材料的硬度。常温下，刀具硬度应在HRC60以上。
2）耐磨性
刀具材料在切削过程中承受剧烈的摩擦，因而必须具有较好的耐磨性。
3）强度和韧性
切削时车刀要能承受切削力与冲击力，强度和韧性要好。
4）耐热性
耐热性越好，材料允许的切削速度越高。
5）工艺性
刀具材料应尽可能具有良好的工艺性和经济性。
2．常用车刀材料
1）合金工具钢
碳素工具钢中加入适量铬（Cr）、钨（W）、锰（Mn）等合金元素，耐磨性比碳素工具钢有所提高，耐热性（红硬性）也有所提高，其耐热温度为350～400℃，故不宜用于高速切削，并且热处理变形小、淬透性好，淬火后硬度可达HRC61～65。
2）高速钢
高速钢又称锋钢、白钢。它是以钨（W）、铬（Cr）、钒（V）、钼（Mo）为主要合金元素的高级合金钢。其硬度、耐磨性和耐热性都有显著提高。淬火后硬度可达到HRC61～65，红硬性可达600℃，广泛用于制造复杂的刀具，如钻头、铣刀、拉刀和其他成形刀具。常用的牌号为W18Cr4V。
3）硬质合金
具有高耐磨性和高耐热性的碳化钨（WC）和碳化钛（TiC）等金属粉末，以钴（Co）作为黏结剂，用粉末冶金法制成。钛（TiC）等金属粉末，以钴（Co）作为黏结剂，用粉末冶金法制成。其硬度很高，可达HRC74～82，能耐800～1000℃高温，允许切削速度可达100～300m/min，但硬质合金的抗弯强度低，冲击韧性较差。
目前，硬质合金按其成分不同，主要有钨钴类（YG）和钨钛钴类（YT）。
钨钴类 由碳化钨和钴组成。含钴较多，故韧性好，但硬度和耐磨性较差，适合加工铸铁、青铜等脆性材料。常用牌号为YG8、YG6、YG3，依次适于粗加工、半精加工、精加工。
钨钛钴类 由碳化钨、碳化钛和钴组成。由于加入了碳化钛，因而耐热性和耐磨性增加，能耐900～1000℃的高温。但因含钴量减少，韧性下降，性脆而不耐冲击，适合加工钢材等塑性材料。常用牌号为YT5、YT15、YT30，依次适用于粗加工、半精加工、精加工。
思考与练习
（1）常用车刀有哪几种？
（2）用简图说明车刀切削部分的几何角度？
（3）前角、主偏角、刃倾角对切削有何影响？如何选择这些角度？
（4）常见车刀材料有哪两大类？各有何特点？
（5）刃磨时应注意哪些安全事项？
学生分组，完成课题
刃磨外圆车刀刀坯，如图1-3-13和图1-3-14所示。
图1-3-13 90°外圆车刀几何角度
图1-3-14 45°外圆车刀几何角度
刃磨步骤：
（1）粗磨主后面和副后面。
（2）粗、精磨前面。
（3）精磨主、副后面。