1.2 车工常用设备与工具
车削加工是通过车床及刀具共同完成零件加工的。其中：车床是利用主轴的旋转运动（即主运动）和刀具的进给运动来加工零件的金属切削机床，是车削加工的主要设备；车刀是车削加工的主要刀具，通常由刀头及刀杆两部分组成，此外，为完成各类零件的定位及装夹，还需使用到多种装夹工具。
1.2.1 车床
机床是制造机器的机器，故称为“工作母机”，在机械制造业，车床是各种工作母机中应用最广泛的一种金属切削机床。
车床能完成的机械加工任务很多，为适应各类任务的加工，我国已设计及制造的各类车床的种类也较多，常见车床的种类及结构组成，主要有以下方面的内容。
（1）车床的型号及编制方法
机床型号的编制是采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律组合排列的，用以表示机床的类别、使用与结构的特性和主要规格，机床型号的编制方法如图1-1所示。
图1-1 机床型号的编制方法
在图1-1中，若有“
”符号者，为大写的汉语拼音字母；有“◎”符号者，为阿拉伯数字；有“（ ）”的代号或数字，无内容时不表示，若有内容时则不带括号。
①机床的类别代号。机床的类别代号是以汉语拼音第一个字母（大写）来表示的。如“车床”用C表示，钻床用“Z”表示，在型号中是第一位代号。型号中的汉语拼音字母一律按其名称读音。机床的分类及类别代号参见表1-2。
表1-2 机床的分类和类别代号
②机床通用特性及结构特性代号。当某类机床除有普遍性外，还有某些通用特性时，可用表1-3的方法表示。若此类型机床仅有表中所列通用特性而无普通特性，通用特性不予表示。一般在一个型号中只表示最主要的一个通用特性，少数机床可表示两个通用特性。
表1-3 机床通用特性代号
对主参数相同而结构不同的机床，在类代号之后加结构代号予以区别。结构特性代号为汉语拼音字母，这些字母根据各类机床分别规定，在不同机床型号中意义可不同。通用特性代号已用的字母及“I”、“O”字母不能作结构特性代号。当有通用特性代号时，结构特性代号应排在通用特性之后。
③机床的组别、系列代号。每类机床分为若干组别、系列，由两位阿拉伯数字组成，位于类代号或特性代号之后。通用车床的组别、系列代号见表1-4和表1-5。
表1-4 车床的组别
表1-5 车床的组别、系列代号及主要参数
④机床主参数或设计顺序号。机床主参数用折算值（主参数乘以折算系数）表示。位于组别、系列代号之后。当折算数值大于1时取整数，前面不加“0”；当折算值小于1时，则以主参数表示，并在前面加“0”某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。设计顺序号由01起始。
⑤第二主参数。第二主参数一般指主轴数、最大跨距、最大模数等，用数字表示。
⑥重大改进顺序号。当机床的性能及结构布局有重大改进时，可在原机床型号尾部加重大改进顺序号。序号按字母A、B、C…顺序选用。
⑦同一型号机床的变型代号。当在基本型号机床的基础上仅改变部分结构时，在基本机床型号后加变型代号1、2、3…以示区别。
（2）车床的结构组成
做进给直线运动的车刀对做旋转主运动的工件进行切削加工的机床称为车床。车床的种类很多，生产中尤以普通车床、立式车床、六角车床最为常见。
1）普通车床 普通车床由三箱（主轴箱、进给箱、溜板箱）、两杠（光杠、丝杠）、两架（刀架、尾架）、一床身组成。其中普通车床中又以卧式车床使用最为广泛。图1-2所示为CA6140型卧式车床的外形图。各组成部分的名称和用途主要有以下几个方面。
图1-2 CA6140型卧式车床
1—主轴箱；2—三爪自定心卡盘；3—刀架；4—切削液管；5—尾座；6—床身；7—长丝杠；8—光杠；9—操纵杆；10—溜板；11—溜板箱；12—进给箱；13—配换齿轮箱
①主轴箱。用来支承主轴，并通过图1-3中的手柄1、2来控制主轴转速（如图1-2所示）。
图1-3 主轴箱变速手柄
②三爪自定心卡盘。用来装夹工件并带动工件一起旋转（如图1-2中件2所示）。
③刀架。用来装夹刀具（如图1-4所示）。
图1-4 刀架
④切削液管。用来浇注切削液（如图1-2中件4所示）。
⑤尾座。用来安装顶尖、支顶较长的工件，还可以安装多种刀具，如钻头、中心钻、铰刀等，并可以偏移中心位置车削锥度；尾座可在导轨上作直线移动（如图1-2中件5所示）。
⑥床身。用来支持和安装连接车床的各个部件，如主轴箱、进给箱、溜板箱、溜板和尾座等成一整体。床身上面有两条精确的导轨，溜板和尾座可沿导轨面移动，是卧式车床的基础件（如图1-2中件6所示）。
⑦长丝杠。用来车螺纹，它能通过溜板使车刀按要求的传动比做很精确的直线移动（如图1-2中件7所示）。
⑧光杠。用来把进给箱的运动传给溜板箱，使车刀按要求的速度做直线进给运动（如图1-2中件8所示）。
⑨操纵杆。用来操纵主轴做正、反转运动和停止运动（如图1-5所示）。
图1-5 操纵杆
⑩溜板。溜板上有床鞍、中滑板和小滑板。床鞍在纵向车削时使用；中滑板在横向车削和控制进给量时使用；小滑板在纵向车削较短的工件或圆锥时使用（如图1-2中件10所示）。
溜板箱。把长丝杠或光杠的转动传给溜板，变换箱外手柄的位置，经溜板使车刀做纵向或横向进给（如图1-2中件11所示）。
进给箱。把主轴箱的运动按所需速比通过丝杠或光杠传给溜板箱。进给箱上有3个手柄（如图1-6所示），2、3为螺距及进给量调整手柄，1为光杠、丝杠的变换手柄，手柄3有八个挡位；手柄2有Ⅰ～Ⅳ4个挡位；手柄1有A、B、C、D4个挡位，其中A、C为光杠旋转，B、D为丝杠旋转。进给量及螺距的选择可由手柄1、2、3相配合来实现。各手柄的具体位置可在进给箱盖板上的表格中查到。
图1-6 进给箱
1—光杠、丝杠的变换手柄；2—螺距调整手柄；3—进给量与螺距调整手柄
配换齿轮箱 把主轴的旋转传动给进给箱。调换箱内的齿轮，并与进给箱配合，可以车削出各种不同螺距的螺纹（如图1-2中件13所示）。
2）立式车床 立式车床主要特点是主轴垂直布置，并有一个很大的圆形工作台，供装卡工件之用，工作台台面在水平面内，工件的安装调整比较方便，而且安全，工作台由导轨支撑，刚性好，因而能长期地保持机床精度。立式车床适用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小的大型和重型零件，如各种盘、轮类零件。其主参数为最大车削直径。
3）六角车床 六角车床与普通车床的主要区别有以下两点。
①没有尾架 在普通车床尾架位置上有一个可以同时装夹多种刀具的转塔刀架。
②没有丝杠 一般只能用丝锥和板牙施工螺纹。
由于转塔刀架上的刀具多，而且该刀架设有多种定程装置，能保证其准确位移和转换，这样能减少装卸刀具、对刀、试切和测量尺寸等的辅助时间，所以生产率较高。
1.2.2 车刀
（1）常用车刀的种类和用途
常用的车刀按其用途不同，可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、内孔车刀、螺纹车刀、成形车刀和机夹车刀等。常用车刀的形状和用途见图1-7。
图1-7 常用车刀的种类、形状和用途
其中：图1-7（c）所示为90°车刀（偏刀），主要用来车削工件的外圆、台阶和端面。
图1-7（b）所示为45°弯头外圆车刀（弯头刀），主要用于车削工件的外圆，端面和倒角。
图1-7（e）为切断刀，主要用来切断工件或在工件上切出沟槽。
图1-7（f）、图1-7（g）所示为圆弧槽车刀、成形车刀，用来车削台阶处的圆角、圆槽或车削各种特殊型面工件。
图1-7（h）所示为螺纹车刀，主要用来车削各种螺纹。
图1-7（i）所示为车孔车刀，用来车削工件的内孔。
图1-8所示为硬质合金可转位车刀（机夹车刀），这种车刀由刀杆、刀片、刀垫和夹固元件组成。硬质合金用机夹方式固定在刀杆上，当刀刃磨损后，只需调换另一个刀刃即可继续切削，从而大大缩短了换刀和磨刀时间，可提高劳动生产率。
图1-8 硬质合金可转位车刀
1—刀杆；2—刀垫；3—刀片；4—夹固元件
刀片的形状很多，并已经标准化。常用的有正三边形、偏8°三边形、凸三边形，正四边形、正五边形和圆形等，如图1-9所示。
图1-9 可转位车刀刀片的常用形状
（2）车刀的规格
车刀的规格包括刀杆（以外圆车刀为例）的规格和刀片的规格。
①刀杆的规格。根据国标规定，在刀杆的规格中，有刀杆厚度h、宽度b和长度L三个主要规格尺寸。
刀杆厚度h有16mm、20mm、25mm、32mm、40mm几种；刀杆宽度b和刀杆厚度尺寸规格完全相同，也有16mm、20mm、25mm、32mm、40mm几种；刀杆长度L有125mm、150mm、170mm、200mm、250mm几种。
②刀片的规格。根据刀片是焊接式还是可转位形式，刀片规格分两种。
a.焊接式硬质合金刀片。焊接式硬质合金刀片按国标规定有A、B、C、D、E五种，它们都以刀片长度来编号，如A10表示外圆右切刀刀片长度为10mm。刀片长度规定为5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm等。其基本尺寸以长度L、宽度t、厚度s和圆角半径r四个尺寸为主。焊接式硬质合金刀片尺寸见表1-6。
表1-6 焊接式硬质合金刀片尺寸
b.可转位（带孔）硬质合金刀片。其规格以刀片单边几何长度l、刀片内切圆直径d、刀片厚度s、孔直径d1以及刀片的圆角半径为基本尺寸。其单边几何长度一般有16.5mm、22mm、27.5mm几种。
（3）车刀的材料
车刀使用寿命的长短和生产效率的高低取决于刀具材料的切削性能。
①刀具材料的基本要求
a.高的硬度。车刀材料的硬度必须大于工件材料的硬度，常温硬度一般要在HRC60以上。
b.高的耐磨性。耐磨性是指车刀材料抵抗磨损的能力。车刀的切削部分在切削过程中经受着剧烈的摩擦，因此，必须具有良好的耐磨性。一般情况下，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越高。
c.足够的强度和韧性。为了承受切削时较大的切削力、冲击力和振动，防止脆裂和崩刃，车刀材料必须具有足够的强度和韧性。
d.高的红硬性。红硬性是指车刀在高温下所能保持正常切削的性能。它是衡量车刀材料切削性能好坏的主要指示。
②常用的刀具材料种类和牌号
a.碳素工具钢。碳素工具钢是含碳量为0.65％～1.35％的优质高碳钢。这种材料在受热至200～300℃时，硬度和耐磨性就迅速下降，故现应用不多。目前，多用于制造低速、手用工具，如锉刀、手用锯条等。
在车削加工中，考虑到其价格低廉、刀刃易刃磨得锋利，因此，可制作为精加工刀具，如制作样板刀或车削镁合金或非金属材料的车刀等。常见的用于制作车刀材料的碳素工具钢有：T10、T10A、T12和T12A等。
b.合金工具钢。合金工具钢热处理后的硬度为HRC60～65，与碳素工具钢相近，耐热性、耐磨性略高，切削速度和刀具寿命远不如高速钢，故其用途受到很大限制，一般只用于制造手用丝锥、手用铰刀等。
在车削加工中，常用的合金工具钢有9SiCr、CrWMn和CrW5等。其中9SiCr和CrWMn的热处理变形小，适用于制作细长轴刀具或型面曲线较长、形状复杂的样板刀等。
c.高速工具钢（简称高速钢）。高速钢俗称锋钢、白钢、风钢，是一种含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等合金元素较多的工具钢，其红硬性比碳素工具钢和合金工具钢显著提高（550～650℃），切削速度比碳素工具钢高2～3倍。
高速钢是一种具有较高的强度、韧性、耐磨性和红硬性的刀具材料，应用范围较广，常用于制造各种结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。
d.硬质合金。硬质合金是钨（W）和钛（Ti）的碳化物粉末加钴（Co）作为黏结剂，高压成形后再高温烧结而成的粉末冶金制品，是目前应用最为广泛的一种车刀材料，特别在高速切削时更为多见。
硬质合金的硬度很高，常温硬度达HRC74～81，耐磨性好，红硬性高，在850～1000℃仍能保持良好的切削性能，因此，可采用比高速钢高几倍甚至十几倍的切削速度，并能切削高速钢无法切削的难加工材料。其缺点是韧性较差，怕冲击，刃口磨得不如高速钢刀具锋利。
根据国标规定，硬质合金有K类（相当于YG类）、P类（相当于YT类）和M类（相当于YW类）。
（a）K类硬质合金。这类硬质合金呈红色，由WC和Co组成，其韧性、磨削性能和导热性好，适用于加工脆性材料（如铸铁、有色金属和非金属材料）。
K类硬质合金的牌号有K01、K10、K20、K30、K40等几种。随牌号编号的增大，其耐磨性降低，韧性增加；切削速度降低而进给量增大。
（b）P类硬质合金。P类硬质合金为蓝色，由WC、TiC和Co组成。由于合金中加入了碳化钛（TiC），其耐磨性比K类高，但抗弯强度、磨削性能和导热系数有所下降，脆性大，不耐冲击，故这类合金不宜用来加工脆性材料，只适用于高速切削一般钢材。
P类硬质合金的牌号有P01、P10、P20、P30、P40、P50几种。随合金牌号增大耐磨性降低，韧性增加，切削速度降低，进给量增大。使用时，P01用于精加工，P40、P50用于粗加工。
（c）M类硬质合金。这类硬质合金呈黄色，在其组织中加入了碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）稀有难熔金属碳化物。其高温硬度、强度、耐磨性、黏结温度和抗氧化性、韧性都有提高，具有较好的综合切削性能，主要用于切削难加工材料，如铸钢、合金铸铁、耐高温合金等。
M类硬质合金的牌号有M10、M20、M30、M40等，合金的性能和切削性能的变化与K类、P类硬质合金相同。
e.非金属材料。除金属材料外，还可用陶瓷作为刀具材料，其主要成分为氧化铝（Al2O3）。它的热硬性高达1100～1200℃，耐磨性高，与金属的亲合力小，不易与被加工材料黏结，且价格便宜。但陶瓷材料性脆、怕冲击，刃磨困难，所以在推广使用上受限。为改进性质，在陶瓷中加入钨、钼、钛、镍等合金元素，生成的金属陶瓷，具有较高强度，其切削性能高于硬质合金，对加工脆性金属具有特殊作用。
此外，金刚石作为刀具材料，用于切削速度在1000m/min以上的加工，它作为零件精加工刀具，其加工精度和粗糙度能达到很高标准，耐用度为硬质合金的数十倍，但价格昂贵，使用受限。