木材切削原理与刀具之旋切及旋刀

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一、概述： （旋切单板）
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一、概述： （锯切单板）
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一、概述： （刨切单板）
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二、旋切曲线（旋切运动学）
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• 旋切时，主运动是木段的 回转运动，进给运动是旋 刀的等速直线运动。
宽度上不大于0.08mm。
3、常用规格：
L＝1050～2750mm
B ＝150～180mm
S=15（16）17mm
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β＝18－23 ° （出厂20 ± 2º）
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4、旋刀结构：
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常用旋刀的结构
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Ф＝ωt
(ω－木段回转的角速度ω＝ 2πn/60 ; n－木段的回角
速度 r/min；t－时间 )
水平方向：x＝Vf*t (Vf——旋刀的进给速度 mm/s
Vf＝S×n/60 S——单板的厚度mm)
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旋切曲线：
X=Vf*t＝S*n/60*Ф/ω＝
S*n/60*Ф/2πn/60
S0 (Sin
Cos), [mm] t g
式中：δ— 装刀时的切削角（δ=α装+β）； σ— 压尺前面与旋刀前面之夹角，不同机床有不同规定，例如上海
造纸机械厂生产的旋板机次角70度。
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5.旋刀与压尺的安装和单板的压榨率
树 种
杨树 椴木
单板厚度
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带水平主滑道和倾斜辅助滑道的旋切机刀架
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
说明： ① 旋刀刀尖可绕A点转动； ② AB=L不变； ③ B可绕点O转动，初始装刀后角靠B点绕O点转动 调节； ④ B点平行于辅助滑道运动；A点平行于主滑道运动 ； ⑤ 旋刀与AB刚性联结，夹角不变； ⑥ 当B点移至B1点时，A点移至A1点，装刀后角变小 。变化强度与μ有关。
当 R=300mm, s=1.5mm, αZ=5°时， a=s/2π=1.5/2π=0.2387,
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αG=5°-arcsin(0.2387/300)=4.955°
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
而当 R=60mm时， αG=5°-arcsin(0.2387/60)=4.487°
＝S/2π*Ф
＝a*Ф
： 根据三角形得
• R2＝a2Ф2+h2
式中：
R——木段的瞬时半径（mm）
a——极次法距或渐开线的基圆半径（mm）a＝ S/2π
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Ф——极角，《木是材切由削o原x理方与刀向具算》课起件 逆时针的角度。 10 h——装刀高度(mm)
旋切曲线：
Fra Baidu bibliotek
R2＝a2Ф2+h2
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a=S/2π o
当装刀高度h＝0时
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A K
α ε
VT TV
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后角小，虽然可以减小单板出现裂缝的可能性，但是，如 果过小，则旋切刀后面与木段的接触面积过大，对木段的 压力增大，这样，不仅会造成过大的摩擦损失，而且且使 木段弯曲，木段直径越小，弯曲越严重，从而也会造成单 板厚度不均匀，甚至使木段了生局部劈裂（单板可能成瓦 楞板）。
压榨率为单板旋切的重要工艺参数，它与树种、蒸煮温度有关， 如椴木的压榨率10-15%，水曲柳的15-20%。
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5.旋刀与压尺的安装和单板的压榨率
除刀门宽度S0外，压尺的另一个重要安装参数为刀 门高度,其中：
S0
S(1 ), [mm] 100
h0
旋切主要用来生产厚度较薄或中等厚度的单板。生 产率高但生产过程中由于单板反向弯曲而存在单板背面 裂隙。
刨切单板主要生产厚度较薄的单板，但生产率低 。多用于饰面用的薄单板或微薄木。
锯切单板单板几乎不变形，生产质量高，但效率低 ，出材率也低。多用于复合地板、集成材的表板
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后角（°）
0.5-1
1-2
2-3
3-4
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（四）补充角ε和旋切角K
• 补充角ε是切线AT和铅垂线AV之间的夹 角，以ε表示 。
• 旋切角是过卡轴中心的水平面与旋刀后
面之间的夹角，以K表示 。
a=S/2π o
A K
当装刀高度h＝0时
α ε
VT TV
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h=-a时的旋刀的角度
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
• 4、当-a∠h∠0时，
αG=αZ-arcsin(a/R),情况和h=0时一样。
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当-a∠h∠0时的旋刀角度
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
由以上几种情况的分析来看，装刀高度不同，旋 刀工作后角随木段直径的变化情况不同。实际操作 时只能控制装刀高度，可控程度有限。为此，现代 旋切机都设计有辅助滑道，通过调整辅助滑道的倾 斜角，可控制工作后角也随木段直径减小而减小， 从而可在更大程度上控制旋刀工作后角的变化
a=S/2π o
A K
当装刀高度h＝0时
α ε
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木段径级与后角的关系:
• 在旋切过程中，为了保证旋切质量， 后角的大小要恰当；为了保证正常的 旋切条件，还要求后角必须随木段直 径的减小而减小。
木段径级（mm） 260-300 320-420 400-600 620-800
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.旋切过程旋刀角度的自然变化
由于旋切曲线不是圆弧曲线，所以旋刀的工作
后角（即运动后角）和其静止状态的后角即装
刀后角并不相等。旋切过程随着木段直径的减
小，旋刀的工作后角是否变化，如何变化，主
要视装刀高度和刀架类型而定。
•
1、当装刀高度h=0时：
G Z B
式中：αG—工作后角；αz--装刀后角：αB--补充角。
αG=αz-αB=αZ-(arcsin a/R+arcsin h/R）
设 h=1.5mm， 则 αG 由 R=300mm 时 的 4.669° 到 R=60mm 时, αG =1.679°，减幅达64%。
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
• 3、当h=-a时，αZ=αG,补充角为0，工作后角始终 不变（这是一个临界情况）。
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第二节、旋切过程中的主要角度参数及其变化：
一、旋切过程中的主要角度参数：
（一）楔角β
楔角俗称研磨角，它是旋刀前面与后面间的夹角，以β 表示。
楔角的大小，主要是根据旋刀的材料、单板的厚度 、树种、含水率及其温度等参数来确定。 在胶合板生产中，为了能旋切出优质单板，在保证旋刀 强度足够的前提下，应尽可能地减小β角的数值，通常 β=18°～23°。当其它条件相同时，旋切硬质木材和厚 单板时，β值应取较大值。
S(mm) 1.00 1.20 1.50 2.00 2.50
压榨率
Δ% 5 10 15 18 22
压尺安装参数(mm)
刀门宽度S0 0.95 1.02 1.27 1.65 1.95
刀门高度h0 0.30 0.30 0.35 0.40 0.50
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•装刀高度的测量：
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
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装刀高度h=0时的旋刀工作后角与补充角的关系
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
由图可见，补充角可表示为如下公式：
a B arcsin R
由此式可见，随着木段直径R的减小，补充角αB 增大，工作后角αG减小。工艺上也是这样要求的。虽 然如此，但这种情况下，工作后角的改变有限，例如 ：
∠δ=∠β+∠а，由于旋刀的楔角β在研磨后为一定 值，而且较小，若再减小将会明显地降低刃口的强度， 因此，在旋切过程中要想减小切削角，只有靠减小后角 来实现。
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（三）后角α
为了保证旋切质量，后角的大小要适当。后角过大时，若楔角不变， 则切削角也大，单板出现拉裂和裂缝的可能性就大；同时，由于后刀 面与木段的接触面积减小而引起刀架振动，刀刃就易于切入分开线以 下的木材中，造成单板厚度不均匀（如成波浪状变化），故以后角小 一些为宜。又由于接触面积与木段直径有关，木段直径越小，接触面 积越小，因此，为了保证必要的接触面积，后角应随木段直径的减小 而减小。
工作后角的减小幅度只有10%。
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
• 2、当转刀高度h0时：
h0时的旋刀工作后角与补充角的关系
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
在其他条件相同装刀高度h0时，补充角由两部 分组成。旋刀的工作后角可表示为如下公式：
• 当装刀高度h＝0时： R2＝a2Ф2 即： R＝aФ 旋切曲线是阿基米德螺旋线
• 当装刀高度h<0或h>0时：旋切曲线是圆的广义渐开线。 • 当装刀高度h＝∓a时：旋切曲线是圆的渐开线。 • 说明：当h＝0时， R＝aФ，
∆R＝S＝a(Ф2-Ф1) ＝a 2π(常数)
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第九章、旋切及旋刀
•主要内容：
1、 单板旋切原理 (了解)
2、旋切过程中主要角度参数及变化（难点
掌握）
3、旋刀及压尺的典型结构与安装（重点掌
握）
修改时间－2006.10.24
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第一节、旋切原理
一、概述：
旋切主要是用来生产单板的，而单板是厚度均匀的 薄片木材，是胶合板的主要原材料。目前，生产单板的 主要方法有：旋切、刨切、锯切三种。
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4.旋切过程旋刀角度的自然变化
在AB=L,ε,μ,和装刀高度h及旋刀楔角β都一定的情况下， 装刀后角从木段R变到R1时的变化量可表示为：
Δαz=Δδz-β
( sin z
R 2 h2 R12 h2 ) sin L sin(c )
旋刀工作后角的计算仍如前述。有些工艺手册上有带辅助滑道刀 架（第二类刀架）璇玑的工作后角随木段直径变化的图表可供选择。
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二、旋刀和压尺的结构
（一）、旋刀：
1、材料：
一般为两种材料，刀体采用15#低碳钢或同等材料的 钢板，刀刃材料采用合金工具钢9SiGr、6CrW2Si或同等 性能以上的材料。刃口处理硬度HRC57－62。
2、刃口直线度：
1.0mm/<2300mm；2.0mm/>2300mm；
切削角对加工质量的影响很大，单板旋切下来以后， 由弯曲状变成伸直平板状，而且是反向弯曲，切削角越 大，弯曲的程度就愈大，单板背面出现裂缝的可能性了 就越大，因此，减小切削角就能减小背面裂缝的出现。
旋切过程中，木段的直径逐渐减小，而单板切下瞬间 的曲率则越来越大，即切下单板出现裂缝的可能性相应 增加，所以，切削角应随木段直径的减小而减小。
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5.旋刀与压尺的安装和单板的压榨率
在旋刀上方安装压尺的目的，一是为了防止木 段的超前开裂，二是为了挤压出单板中一部分水 分，有利于缩短单板干燥时间并节约能源。
设单板的名义厚度为S,经过压榨后的单板厚度 为S0(刀门宽度)，单板压榨率为：
S S0 •100% S
• 为了获得连续的带状等厚 单板，要求在旋切时木段 的旋转运动和旋刀的直线 运动必须保持严格的运动 学关系，保证单板厚度等 于每转进给量。
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旋切机
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运动关系：
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旋切曲线
极坐标方程： （刀具由A点运动到A’点）
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国内旋切常用树种的旋刀β值
树种 松木 椴木 水曲柳 杨木 桦木 β值（°） 18~21 18~19 20~22 17~18 19~20
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（二）切削角δ
切削角是通过旋刀刃口相接触的木段表面的切线AT与 旋刀前面之间的夹角，以δ表示。