木材切削基本理论

法向压力N1与切刀角度、刨片 的横截面积、木材材性、木纹 方向等因素与关。
木材作用于切刀后面的压力N2是由于木纤维弹性 变形而引起的。利用钝切刀工作产生的压力要大 于锐利的切刀工作产生的压力。此外N2随着后角 的减少而增大。因此为了减小切削阻力，应增大 后角。 摩擦力F1和F2的大小，决定于压力N1和N2以及摩擦 系数和加工表面的状态等。
后角为：
90

2
90

2
由上式可看出，无论切削角或后角都取决于锯齿的刃角。 为了增大锯齿的强度，根据经验，双向对称锯齿的前刃刃角应取为5060度。 对于单向、非对称齿，其前刃切削角为95-105度，刃角40-45度。 锯齿的侧切削刃刃角，无论是双向、对称齿，还是单向、非对称齿都 是45-60度，而硬木可取70度。
横截时前切削刃是一个斜的刃，称为斜磨刃，它进行横向切 削，刨下刨片。它的工作条件很不好。为了改善这种状况， 采用了具有混合锯齿的横截锯。这种横截锯的锯齿有两种： 一种是专门进行截断切削的切齿。另外是每隔数个切齿，中 间加一个刨齿，它起刨的作用。
结构特点： 刨齿前切削刃是直磨刃，前切削刃的切削角小于 90度，保证锋利。刨齿不拨料，其高度略低于切 齿0.5-1mm。目的是为了先让切齿接触木材，将木 纤维切断，进行截断切削，形成锯口壁，后让刨 齿进行横向切削，将锯口底的木片刨下来。 由于横向锯木时，在锯口壁的木纤维是被截断的， 因此锯口壁平面的摩擦阻力很大，锯齿必须拨料。
三、切削功、切削比功和切削比压
设L0为一次切削中所切下来的刨片长度，即切刀一次切削 所经过的路程。则一次切削所消耗的切削功为 ： 或：
A P 1 L0 (N m)
A P 1 L0
等式两边同除以刨片的断面积be：
P A 1 eb ebL0
P A 1 eb ebL0
一、切削力和切削阻力
切削过程受力分析
在上述外力中，法向压力N1是最大的，N1与X-X轴的方向决定于切 刀切削角的大小。切削角愈小，则在X-X轴上的分力愈大。因此为了减 小切削阻力，应采用不大的刃角和后角。 刨片沿MO分离是由于法向压力的作用结果而产生的，因此它的大 小与刨片的横截面积和木材的坚实性（材性）有关。 刨片沿MO分离时的木材强度决定于木材的物理技术性能，特别是 木材纹理的方向。
三、简单切刀的构造[3]
前面、后面、前刃； 侧面、侧刃； 加工表面；[4]
简单切刀的构造
三、简单切刀的构造
切刀的角度参数： α――后角,是切刀后面与 加工表面所成的夹角。 β-―刃角,或称锐利角,是切 刀前面与切刀后面的夹角。 γ――前角,是切刀前面与Y 轴的夹角。 δ――切削角,是切刀前面 与加工表面的夹角。
在一般情况下，切削力P1是N1,N2,Pn的函数。 P 即 1 f ( N1 , N2 , P n) 对切削力P1有影响的因素中，N1起主要作用。 N1 决定于刨片的横截面积，故计算切削阻力的公式 可写成 P Kbe 1 式中：be——刨片宽度乘以刨片厚度； K——切削阻力系数，或称单位切削阻力 （N/mm2）。 K决定于木纤维方向，木材种类，切刀形状等各种 因素。
木材切削基本理论
第一节 锯木
一、锯木的定义、类型 和锯 锯木的定义：锯木是顺 木纹或横木纹把木材锯 开的过程。 锯口：为了把木材锯开, 或把一部分木材锯掉, 要在其上锯出一个窄的 缝隙,叫锯口。
锯口描述： 锯口有三个边。其中两 个边ab和cd是彼此平行 的,称为锯口壁。第三 个边bc,称为锯口底。 锯口壁的平面,称为锯 截平面。 锯木过程是锯在锯口壁 之间进行运动,不断地 把木材切成小刨片（锯 屑）,并从锯口中将其 抛出的过程。
A K ebL0
As KO
即切削功率为
KO N 1000
根据切削力P也可求得切削功率：
Pv N 1000 ： 由此可得切削力的另一表达式
KO P (N) v
第三节 锯齿的结构 一、齿刃和锯口宽度 锯齿的齿刃在结构上分为前刃和侧刃，每个齿刃可以看成 一个简单切刀。 一个锯齿可以看成是由多个简单切刀组成的。 锯齿的各齿刃在不同条件下进行工作，亦即齿刃的工作可 以分解成不同的简单切刀进行不同类型的基本切削。
锯木类型： 锯木有三种类型: 锯截平面或锯口与木纤维方向平行,称为纵截,或称纵向锯 木。 锯截平面或锯口与木纤维方向垂直,称为横截,或称横向锯 木。 锯截平面或锯口与木纤维方向互成一定角度,称为斜截,或 称斜向锯木 。

锯木所使用的工具是锯，它由锯板和锯齿组成。 按锯木类型的不同，锯有两种： 横截锯,是用于横向锯木的锯； 纵截锯,是用于纵向锯木的锯； 锯按其形状和运动方式分类： 圆锯、刀锯、框锯、带锯、链锯。
为了改变刨片厚度， 木料有相对运动VH， VH可分解为： 纵向送料运动Vo— X-X轴方向的运动； 法向送料运动Va— Y-Y轴方向的运动； 为了加宽加工表面的 宽度，还需Z-Z轴方向 的运动—侧向送料运 动。
纵向送料能增加或减少刨片的长度，法向送料可增加刨片的 厚度，侧向送料运动增加加工表面的宽度。
三、简单切刀的构造
当前刃与切刀的侧面垂直时，称此刃为直磨刃， 反之称为斜磨刃。
四、基本切削
概念： 用简单切刀进行的切削称为基本切削。 基本切削的过程：简单切刀沿X-X轴向运动，进入 木质表面切下一部分木材的过程。 基本切削的产物-刨片。 刨片有三个主要尺寸：厚度e，长度l，宽度b。 切削运动：切刀在加工木材的表面上沿X-X轴运动， 发生刨片的剥落，这种运动称为切削运动， 切削力：施加于切刀或被加工木材上的，给予切 削运动的外力称为切削力。
K0值的测定还比较粗放，其选择条件和根据尚不 够充分和精确，故有待今后进一步研究、试验和 确定。
Ke——是考虑刨片厚度的系数，可根据经验公式求得： 对于截断切削： 对于纵向切削和横向切削：
Ke e
Ke e

1 3
上式中的刨片厚度e的单位是mm。例如当e=0.5mm时，截 1 断切削的Ke 约为1.25，而其它两种切削的 Ke约为1.4。
C--压料 D—拨料 B—梯形断面
锯口宽度的选择与木材的湿度和硬度有关，而木 材的湿度和硬度又与季节（温度）和树种有关， 此外锯口宽度也与锯的类型有关。 对于具有单面齿的框锯，锯口宽度大于锯板厚度 0.4-0.75mm；对于直径为1000mm以内的圆锯为 0.4-0.7mm；超过1000mm的圆锯为0.9-1.2mm。 锯截干材或硬材应取小一些；锯截湿材或软材应 取大一些。 若锯板的刚度很小，甚至有侧向摆动，则锯口宽 度应增大。 压料的锯齿锯板厚度较拨料齿应小20%。拨料量与 压料量的推荐值见表1-5。
二、送料力和送料阻力
木材切削时，切刀后面对加工表面有一个压力，这引起木 纤维的弹性压缩，因此当切刀在加工表面法向移动时，它 遇到压缩阻力，即送料阻力。送料阻力垂直于加工表面和 切削运动方向。
图中切削阻力的合力Pp的垂直分力为P0，送料力是 木材在送料方向上对切刀的压缩阻力，一般认为 它就是送料阻力，即 PH P 0 根据实验数据，锋利的切刀可取： PH (0.4 0.6) P 1 磨钝的切刀可取： PH (0.6 1.0) P 1
五、木材切削的类型
3.基本切削的类型： 截断切削、纵向切削、横向切削
第二节 基本切削参数 一、切削力和切削阻力 刨片形成过程： 切刀在切入木质中时， 沿X-X平面剥下刨片，刨 片厚度为e。切刀用其前 面OA给木材以压力。随 着切刀切入深度的增加， 作用到刨片上的压力也不 断增长。当这个压力超过 纤维强度时，引起刨片顺 OM平面剥离，切刀再继 续进入下一个深度，再剥 离下一个刨片。
[1]
二、锯齿的组成
锯齿是一个窄的复杂切刀。 锯齿有前面(或称前爬 棱)AOO’A’、后面(或称后爬 棱)BOO’B’。 这两个面组成前切削刃OO’。 侧面(或称侧爬棱)AOB和A’O’B’ 与前面的交线是侧切削刃AO和 A’O’。 齿间凹处称为齿仓。 h0称为齿 锯齿形状和大小根据锯木条件和 高。t称为齿距。 切削特点来选择。 齿仓的作用是临时储存锯屑。 [2]
根据锯木类型， 纵截：前刃-截断切削 侧刃-横向切削 横截：前刃-横向切削 侧刃-截断切削
锯口宽度： 当利用薄锯板工作时，在锯齿 前刃的后面，后角大于零。但 在锯齿侧面，侧刃后角等于0。 此时锯齿的侧面与锯口壁发生 摩擦，这种现象称为家具现象。 为了减少摩擦，必须使锯口宽 度大于锯板厚度，
切削运动的速度称为切削速度，用v表示，它是切刀运动速度和纵向送料速度的和。
木材切削的运动方式：[5] a-切削运动与送料运动交错 进行； b-切削运动与送料运动同 时进行； c-旋转切刀； d-转盘；
五、木材切削的类型
1.有屑切削 无屑切削 2.开式切削 半开式切削 闭式切削
上式左边是一物理量，是刨片单位横截面积上所承 受的平均切削力，称为切削比压，单位是N/mm2。 上式的右边是另一个物理量，即切削单位体积的刨 片所消耗的切削功，称为切削比功，单位是J/mm3。
四、切削功率
由公式：
P A 1 eb ebL0
P K 1 eb
可知：
设一秒钟内刀下的刨片体积为O(m3/s)，则每秒所 消耗的切削功为 ：
二、横截锯的锯齿
横截锯的锯齿（图c和d），其侧切削刃进行截断切削，形 成锯口壁。侧切削刀在横向锯木中受到的切削阻力最大。 为了减少侧切削刃所受到的阻力，提高锯齿的强度，并且 使侧切削刃早一些切断木Байду номын сангаас维，应使横截锯的锯齿前刃切 削角大于90度，侧切削刃的刃角小于90度。
对于双向、对称齿，其前刃切削角为：
考虑这些因素时，K值可写成下面的形式： K Kc Kg Ko Ke KB
Kc——与切削类型有关的基本切削阻力系数， 式中： 或称基本单位切削阻力。
Kg——是考虑不同树种影响切削阻力值的系数。松木是标 准试验用材，故松木的 Kg =1，而其它树种的值见表1-2。
K0——是考虑切刀锐利程度的系数。 切刀锐利程度根据切刀在磨锐后的工作小时数来 确定。对于刚刚磨好、开始工作的切刀来说，其 K0 =1，以后时间的K0见表1-3。
作用到切刀上的切 削力随切刀进入木材内 的深度成正比例地增加。 当进入木质深度为L0时， 其最大值为Pmax。然后， 当刨片剥离的瞬时，降 为0。
切削阻力合力的组成：
假设切削过程中，切削 阻力的合力为Pp，设该 力的水平分力为P1，垂 直分力为P0。 Pp是由下 述外力合成的：切刀前 面的法向压力N1，切刀 后面的法向压力N2，切 刀前面摩擦力F1，切刀 后面摩擦力F2。此外， 在O点，即切刀前切削 刃处有切断木纤维时所 遇到的切削阻力Pn。
可用三种方法增加锯口宽度。 第一种方法是将锯板做成梯形 断面（图b）。 第二种方法是将锯齿前切削刃 的长度做成大于锯板厚度（图 c）。这种方法一般应用在纵截 锯上，称为压料。 第三种方法是锯齿依次向左右 偏斜（图d），这种方法称拨料， 一般在齿高的1/3处进行拨料， 它可应用于纵截锯或横截锯上。
由于侧切削刃的后角为0度，所以侧切削刃的切 削角等于其刃角。后侧切削刃的刃角是 ，它与 前刃倾斜角 0 有关，表示前刃在木纤维方向上的 0 0 倾斜程度。愈小，则愈大，则锯齿在锯口底的切 削条件将愈坏（如图d）。 横截锯的锯齿角度数据见表1-6。在刀具制造过程 中要充分考虑各切削刃的角度参数。
2
KB——是考虑木材湿度的系数，它的选取范围列在表1-4中。
切削方式不同，KB的变化趋势相反 木材的湿度对木材的机械物理性能有很大的影响。随着木 材含水率的增大，其极限强度降低。 在锯木时（闭式切削）结果相反。这是由于，锯木属于闭 式切削，当湿度增高时，锯口中的木纤维和锯屑膨胀，使 切刀与木纤维间的摩擦阻力增加，使切削阻力增加。