木材切削原理与刀具

木材切削及其刀具
1、木材切削的基本概念
•木材切削：借助木工刀具按预定 表面切开木材以获得需要的尺寸、 形状和表面粗糙度的切削过程称为 木材切削。
•实现木材切削的三个基本要素是： 切削运动、刀具和工件。
2、切削运动 在木材的切削过程中，刀具或工件按一定
的规律作相对运动，才能从工件上切下木材，这 个相对运动就是切削运动。
• 锯条的锯身为薄钢带，其参数有如下三个：
• 1、锯身长度L 锯身长度L等于锯轮直径D和π的乘积，加上锯轮轴线 间的最大中心距Lmax与搭接长度△之和
•
L＝πD+2Lmax＋△
•
式中：Lmax-锯轮中心距与上锯轮可调距离之和。
• 2、锯身宽度B 新锯条锯身宽度B等于锯轮宽度加齿高h，再加上510mm。锯身的标准宽度系列为：50、75、100、125、150、205 mm。 当锯身宽度为新锯条宽度的1/2-1/3时锯条应报废。
锯切原理与刀具
• 1、锯切的定义：利用锯子，切开木材之间 的联系，并把木材中间的锯路变成木屑或
木丝的过程。
• 2、锯子的构造
•
锯子由锯身和锯齿两部分组成。锯身部分起支持、补
充锯齿的作用；锯齿部分用于切削木材。
3、纵向锯切和横向锯切
• 锯切木材时进料方向相对纤维方向的不同， 锯切分为纵向锯切和横向锯切。
• （3）螺旋铣削得到了广泛的应用。
5、铣刀的刃磨
• 铣刀刃磨的共同要求： • (1)整体铲齿铣刀一般刃磨前刀面，刃磨时，保持
前角γ不变。 • (2)整体尖齿铣刀和柄铣刀一般刃磨后刀面，刃磨
时，保持后角a不变。 • (3)对于装配铣刀，当切削部分为刀齿时，一般情
况刃磨前刀面，少数刀齿刃磨后刀面。刀齿固联 在刀体上进行刃磨，所有刀齿的刃磨量要一致。 • (4）刃磨工序为先粗磨，后精磨，并保证刃磨面 不因温度过高而变色。
• 3、锯身厚度S 锯身厚度S是带锯条的重要参数之一，它与锯轮直径D 和锯身承受的应力有关。锯轮直径D越小，锯身承受的弯曲应力就越 大；因此，S值应越小。即小锯轮应使用薄锯条。
6、带锯条的结构
• 二、锯齿 • 锯齿的尺寸参数有齿距t和齿高h。 • 齿距t是锯条的主要参数。确定齿距后，齿高
已基本确定。
• “夹锯现象”消除的措施
• 为了消除夹锯现象，必须使锯路宽度大于锯身厚 度与两侧锯路壁木材的弹性恢复量之和。
• 常用的方法有两种：
• 一种是相邻两齿左右拨开，使相邻两齿切出的锯 路宽度大于锯身厚度及锯路两侧木材弹性恢复量， 采用这种方法的锯齿称拨料齿；
• 另一种是主刃增长，使主刃的长度大于锯身长度 与锯路侧壁的木材弹性恢复量，采用这种方法的 锯齿称压料齿。
5.2 切削力及影响因素
• 木材材性：木材强度大，硬度高，切削时切削力大；反之 强度小的软材切削力小。
• 木材湿度：木材的含水率升高，木材软化，切削力明显下 降；横向切削时下降的最大，这也是实际生产过程中，旋 切、刨切木材时，要对木材进行蒸煮加热的原因。
• 刀具变钝：刀刃在切削木材的过程中逐渐磨损变钝，切削 力不断地增大。刃口越钝，切削力越大。
• 齿距小、齿数多，锯齿就坚固，在相同切削 条件下，每齿切削量小，材面光滑；
• 齿距变小后，切削效率下降，锯齿易钝。
7、带锯条的修磨
• 带锯条的修磨程序：
• 一般情况下，锯条要经过以下六道修锯工 序才能交付使用。
• ①开齿 ②接锯 ③平整锯身
•Hale Waihona Puke Baidu
④锯条的适张度及其修整
•
⑤拨、压锯料 ⑥刃磨
圆锯锯切及圆锯片
• 刀具角度：刀具角度对切削力的影响比较复杂，一般增大 前、后角可以降低切削力，但同时又使楔角变小，刀刃强 度降低，使刀具切削时产生振动而使切削力增大，加工质 量变差。因此在使用和刃磨刀具时，在保证刀齿强度的前 提下可增大刀具的前、后角。
5.2 切削力及影响因素
• 切削速度：切削过程中当切削速度较小时，随着切削速度 的增大切削力增大较快；而当切削速度达到一定值后，切 削速度继续增大，这时木材纤维来不及变形就被切断，减 少了变形所消耗的功，切削力反而增大缓慢。所以木材切 削一般采用高速切削。
• 一、名词解释
• 木材切削、切削运动、纵向切削、 横向切削、端向切削
• 二、图示刀具的四个角度，并叙述 它们的定义和关系。
5.1 四种类型的切削
•纵向切削（∥） • 纵向切削是指刀刃垂直于木材纤维长度方向，刀具在纤 维平面内平行于纤维长度方向运动的切削。 •横向切削（#） • 横向切削是指刀刃平行于纤维长度方向，刀具在纤维平 面内垂直于纤维长度方向的切削。 •端向切削（⊥） • 端向切削是指刀刃垂直于纤维长度方向，刀具在垂直于 纤维平面内运动的切削。如板方材的端面刨光。 •过渡切削 • 在木材的实际切削过程中，像上述三种切削那样刀刃与 纤维长度方向，纤维长度方向与切削运动方向总保持平行或 垂直的情况很少，大量的是它们既不垂直也不平行的状态。 通常把这种状态下的切削称之为过渡切削。
4、新型铣刀
• （1）在刀刃部分焊接硬质合金等高耐磨刀具材料， 以提高刀刃的耐磨性，延长刀刃的使用时间，提 高机床利用率及工件的加工质量。
• （2）广泛应用不重磨刀片。这些刀片的刃口部分 多用硬质合金制造。不重磨刀片的广泛应用不仅 省掉了刃磨工时、提高了机床利用率，更重要的 是刀片靠机械定位，能保证所有刀尖在同一切削 圆上，从而大大提高了刀具的装配精度和加工质 量。
• 当进料方向与纤维长度方向相同时，称为 纵向锯切；（剖分）
• 当进料方向与纤维长度方向垂直时，称为 横向锯切。（截断）
4、“夹锯现象”产生的原因及消除措施
• “夹锯现象”产生的原因：
• 锯切时，若主刃长度与锯身厚度相等， 由于木材是一种弹性材料，锯齿刃口切过 木材后，锯路壁侧木材要有弹性恢复，锯 身被两锯路壁夹紧，使锯身与锯路壁木材 之间产生严重摩擦，锯身发热，锯切功率 陡增，切削不能进行下去，这种现象称之 为夹锯现象。横向锯切和纵向锯切都会出 现这种现象。
• 1、圆锯片的种类： • 根据锯身结构可分为平面锯片、锥形锯片
和内凹锯片。 • 根据齿形可分为纵锯和横锯。 • 根据锯齿刃口材料又可分为普通锯片和镶
齿锯片。 • 普通锯片的齿刃材料与锯身相同，镶齿锯
片在刃口部分焊有硬质合金等高耐磨刀具 材料。
2、圆锯片的结构
• 一、锯身的结构
• 锯身的结构参数有外径D、厚度S和内径d。
• 切削方向相对纤维长度方向：端向切削力最大，纵向切削 力次之，横向切削力最小。对于过渡切削，切削力与φ角 之间按一定的规律变化。
铣削原理及刀具
• 1、 铣削的用途：
•
铣削是木材切削加工中使用最多的一类切削方式，不
仅可以用来加工平面，还可以加工各种型面、曲面、沟槽、
榫槽和仿形雕刻等。
• 2、铣削的原理
• 主运动和进给运动可以交替进行，也可以同时进行。
3、刀具和工件的各组成部分
4、刀具角度
• 刀具角度主要有四个，分别是前角γ、后角α、楔角β和切 削角δ，它们反映刀具上几个主要表面相对坐标平面的倾斜程 度，对木材的切削过程有重要的影响。
•前角γ 前刀面与基面之间的夹角，表示前刀面相对基面倾斜 的程度。前角越大，刀具切削木材时，切削层木材变形越小， 反之变形增大。
外径Ｄ 由最大切削高度和锯机结构参数而定，一般以锯机说明
书规定的圆锯片直径为依据。常用圆锯片的直径为100-500mm。
• 锯身厚度S 同一直径的圆锯片中，有几种不同的厚度规格。 在满足切削要求前提下，尽量选用厚度小的圆锯片，以减少锯路损失。 常用的锯片厚度S为0.9～4.2mm。当锯厚小于1.1mm时，每隔0.1mm进 一级；大于1.1mm时，每隔0.2mm进一级。
• 组合铣刀是指由两把或两把以上铣刀组合而成的铣刀。
整体套装成型铣刀的外形图 整体套装铣刀由刀体和刀齿两部构成，中心加工有与机床主轴直径相同的套装孔。
装配铣刀是将刀片或刀齿用机械的方法夹固在刀体上构成的铣刀。同一刀体更换 不同的刀片或刀齿可完成不同的加工。因此，装配铣刀使用非常广泛。
单片组合式梳齿榫铣刀 当被加工工件截形复杂到用单把成型铣刀难以加工或虽能加工但不能满足质量要 求时，需采用组合铣刀进行加工。组合铣刀是由两把或两把以上的铣刀组合而成的。
（a）直线运动切削 （b）回转运动切削
2.1 切削运动的组成
要完成木材的切削过程必须具备两个最基本的运动即主运动和进给 运动，它们构成木材的切削运动。 2.1主运动
切削过程中直接切下木材的运动，该运动速度高，消耗的功率大， 是最基本的运动，称之为主运动。
主运动可以是直线运动，也可以是回转运动，每一种切削只有一个 主运动。 2.2进给运动
• 钻头主要由尾部（尾柄、钻舌）、颈部和 工作部分三大部分组成。
• 为了提高钻头的耐用度、减少刃磨次数， 常在直径较大的钻头切削刃处焊接硬质合 金。
内径d •
随外径D的增加而增大。选取时，以锯机主轴直径为依
据。若没有与主轴直径相同内径的圆锯片，可购买内径比主轴直径小
的圆锯片，然后用线切割机床加工与主轴直径相同的内径。
2、圆锯片的结构
• 二、锯齿结构 • 齿数z 齿数z是圆锯片的主要参数，圆锯片的锯齿在出
厂时已做好，齿数已确定。同一直径的圆锯片，齿数不同 则规格也不同。一般情况下，齿数少，切削效率高；但每 齿进给量大，会降低工件表面质量。选择时以锯机说明书 为依据进行确定。
• 硬质合金圆锯片，不需进行适张度修整。在使用 过程中要定期对锯身和锯齿进行清洗。
• 硬质合金圆锯片必须在专用磨锯机上进行刃磨， 刃磨时磨削量要小，并保持前角不变。在贮存、 搬运过程中要防止碰坏齿尖。
其它切削类型及其刀具 一、钻削及钻头
• 1、钻削是用旋转的钻头沿轴向进给进行木 材切削的一种切削方法。钻削主要用来加 工各种通孔和盲孔。
5、带锯锯切及带锯条
• 带锯锯切原理：
• 带锯锯切时，带锯条绕在上下锯轮之 间并由锯轮带动运动。上下锯轮之间的锯 条作连续直线运动，是切削时的主运动； 木材在锯条的直线运动段作垂直于锯条方 向的运动为进给运动；锯条上的锯齿连续 不断地切割木材，达到将木材剖分的目的。
6、带锯条的结构
• 一、锯身
• 上述四个角度有如下关系： • γ+α+β=90° • δ=90°－γ＝β＋α
5、木材切削的共同规律
• 木材切削过程，实际上是被切下的木材层在刀具 的作用下发生剪切、挤压、弯折等变形的过程。 • 根据刀刃相对木材纤维方向不同，木材切削可分 为四种：纵向切削、横向切削、端向切削和过渡切削。 • 前三种是最基本的切削，是理想状态下的切削； 过渡切削是介于这三种之间的切削，也是实际切削过 程中最普遍的一种切削。
• 铣削时，铣刀的旋转运动为主运动，工件相对铣刀的运动 为进给运动。铣削加工只能获得近似的平滑表面。
3、铣刀的类型
• 常用的铣刀主要有三种类型：整体铣刀、装配铣刀和组合 铣刀。
• 整体铣刀是指刀体和刀齿用同一材料制成的铣刀（包括刃 口部分焊接其它刀具材料的铣刀）；
• 装配铣刀是指用机械夹固的方式，将刀片或刀齿装夹在刀 体上构成的铣刀；
将木材不断送入切削的运动，这个运动速度低，消耗的功率小，称 之为进给运动。 进给运动可以是直线运动，也可以是回转运动；可以是间歇运动，也可 是连续运动。
2.2 主运动和进给运动的关系
• 每种切削方式必须有一个主运动，但可以有一个或一个 以上的进给运动；
• 主运动和进给运动可以由刀具或工件分别完成，也可以 由刀具单独完成；
• 角度参数 圆锯片的后角α=5°-10°。前角的选择依
据加工对象和用途确定，一般木材横截、锯切纤维板、刨 花板时γ＝-5°-0°；胶合板γ＝5°-7°；干木材纵锯 γ=20°。
• 锯齿齿形 硬质合金锯齿的齿形种类很多，主要取决
于加工对象和用途。
3、圆锯片的使用与维护
• 普通圆锯片要经常用锤击法修整锯片的适张度， 以保证锯齿的切削性能。锤击时锤击点必须在同 心圆上均匀分布。锯齿的修磨与带锯齿相同。
•后角α 后刀面与切削平面之间的夹角，表示后刀面相对切削 平面倾斜的程度。后角的大小反映后刀面与工件的磨擦情况， 后角越大，后刀面与工件的摩擦越小。
4、刀具角度
• 楔角β 前后刀面之间的夹角，反映刀刃部分的强度。楔 角越大，刀刃部分的强度越高，切削木材时刀刃部分不易 损坏和振动。
• 切削角δ 前刀面与切削平面之间的夹角，表示前刀面相 对切削平面倾斜的程度。