木工刀具与切削原理第三章木材切削的基本规律.ppt

第三章 木材切削的基本规律 第一节 木材切削的基本概念 第二节 切削区木材的变形 第三节 切削力 第四节 刀具的磨损和耐用度 木材切削 借助于刀具，按预订的表面，切开工件上 木材之间的联系，从而获得所需要的形状、 尺寸和表面粗糙度的制品，这样的工艺过 程。 时至今日，虽然科学技术的发展已使人类不断开 发出各种新型材料，但是木材仍不失为人类生产 和生活的最重要材料之一，而且木材的切削加工， 即用锯、刨刀、铣刀、钻头等刀具加工木材，仍 然是木材加工中用得最多的基本方法。 切削是物体的一种加工方式，广义地讲切削就是 用刀具加工工件。借助刀具，按预定的表面，切 开工件上木材之间的联系，从而获得要求的尺寸、 形状和粗糙度的制品，这种工艺过程，称为木材 切削。切削离不开三个基本的要素：刀具、加工 对象 (工件 )和切削运动。研究木材切削过程，首 先需要建立有关切削运动、刀具和工件的各组成 部分以及刀具的角度和切削层参数等基本概念。 有屑和 无屑切削 第一节 木材切削的基本概念 一、切削运动 二、刀具和工件各组成部分 三、刀具角度 四、切削层尺寸参数 一、切削运动 (v ) 为主运动和进给运动的合成运动 主运动 (v): 从工件上切除切屑而形成新 表面所需要的基本运动 . 进给运动 (u): 使切屑连续或逐步从工件 上切下所需的运动 . 切削运动 : v = v+ u (矢量和 ) 但木材切削过程的主运动速度比进给速度大许多， 所以通常可以用主运动速度的大小、方向代表切 削速度的大小、方向。 )/( 100 060 sm nD V m i n )/( 1000 m nzU u z D 刀具直径 n 刀具转速 Uz每齿进给量 z 铣刀齿数 a e d f a * d e v v c f 二、刀具和工件各组成部分 待加工表面 : 即将切去切屑的工件表面 已加工表面 : 已切去切屑而形成的工件表面 加工表面 : 刀刃正在切削的工件表面 前刀面 : 使切屑沿其排出的刀具表面 后刀面 : 面对加工表面并与其相互作用的刀具表面 切削刃 (主刃 ): 前刀面与后刀面相交部分 侧刀面 : 楔形四面体中除前后刀面的另两个刀面 侧刀刃 : 前刀面与侧刀面相交部分 三、刀具角度 坐标系 :切削平面 /主运动向量与切削刃切 线组成的平面 基面 /通过切削刃且与主运 动向量垂直的平面 法剖面 /垂直于切削刃 在基面投影的平面 刀具角度 : 前角 /前刀面与基面间的夹角； 后角 /后刀面与切削平面间的夹角；楔角 /前刀面与后刀面间的夹角；切削角 /前 刀面与切削平面间的夹角 90 四、切削层尺寸参数 切削厚度 (a):相邻两个加工表面间 (在基面 内度量 )的垂直距离 (影响加工质量 ) a=Uzsin （ 运动遇角，切削速度方 向和进给速度方向的夹角） 切削宽度 (b):刀刃工作长度在基面上的投 影，刀刃的工作宽度。 切屑面积 (A):切削层在基面内的投影面积 A a b 第二节 切削区木材的变形 在木材切削加工过程中，产生的各种物 理现象如切削力、切削热、刀具磨损以 及工件的表面质量等，都和切削过程中 木材的变形有关。因此，研究切削区木 材的变形对改善刀具的切削性能，提高 生产率和加工质量，降低生产成本，具 有重要意义。 一、木材切削过程及变形 切削刃是主要参与木材切削的刀具组成部 分，理论上，刀具呈几何线状 理想刀具， 实际上，刃口不会成为几何线状。 木材与切刀接触区域可分为三部分：刃口 a点附近的木材；分开线以上木材，即切 屑；分开线以下木材。 刃口 a点附近的木材 2种变形 沿切削方向的压缩变形 垂直于切削方向的拉伸变形 木材沿分开线分开的主要原因 分开线以上木材 3种变形 沿切削方向的压缩变形 垂直于切削方向的弯曲变形 沿切屑横断面的剪切变形 有的显著，有的不显著 分开线以下木材 主要产生压缩变形 弹性恢复 二、切屑类型 纵向切削： 、 、 型 横向切削： 、 、 型 端向切削： 、 型 第三节 切削力 切削力是木材切削过程中的重要物理现 象，是切削层木材、切屑和工件表面的 木材在刀具的作用下，产生弹性变形和 塑性变形的结果。正确掌握切削力的大 小、方向及变化规律，不仅是研究刀具 磨损、切削热和价格质量的基础，也是 设计、使用机床刀具的必要基础。 第 三 节 切削力 切削力的来源： 1、 抵制木材变形 （ 切屑及附近的木材 ） 的变形阻力 变 形力； 影响因素：切削角 、 切削厚度 ， 与切削刃的锋利程度无 关 2、 抵制切屑从工件分离的分离阻力 分离力； 受切削刃的锋利程度影响 3、 克服切屑及工件与刀具的摩擦 摩擦力 变形力 分离力 对于木材切削来讲 ， 分离力占的比例相对较大 ， 因此保持 切削刃的锋利程度很重要 刀具的切削作用 从力学观点看，切削作用的实质，实际是 一种有控制的受力破坏。其目的是为从工 件上切除一部分材料，从而获得一定尺寸 精度和表面质量的制品。 切削时刀具的刃口、前刀面和后刀面都起 作用。切削会有阻力，这个阻力称为切削 阻力。切削力和切削阻力数值相等，方向 相反。 刀具切削部分的形态 任何刀具的切削部分都可以简化为一楔形体， 但切削刃并非一理想直线，而是一不规则过 渡曲面，曲率半径大约 0.005-0.1mm。 新磨过的切刀刃部形态 磨损过的切刀刃部形态 切削力的力学模型 切削力的力学模型（平面刨削） 切削力与切削厚度的关系图 刀具参数和切削力 切削角 (cutting angle) 随着切削角的增加，纵向切削时切屑从流线型 向折断型和压缩型转变，端向切削时的切屑由 剪切型向撕裂型转变，切削力都会随切削角增 加而增加。特别是切削角从 50-60 开始其切 削阻力急增，在切削深度大时切削力增加的幅 度很显著。端向切削切削角在 30-40 时，切 削力值最小。这是因为切削角太小，刀具的刚 度和强度下降，导致实质的切削角和切削深度 增加。 即切削角小于 30 时，随着切削角减少其 振动加剧，切削力反而有所增大。切削角 较小时，垂直分力作用于正的方向切削角 大时作用于负的方向。大约 50 是临界切 削角 (critical cutting angle)。 在计算进给功率时，先要求出进给阻力。进给阻力乘以进给 速度，便得进给功率、而进给阻力是所有切削阻力在进给方 向的代数和。 第四节 刀具的磨损和耐用度 刀具的使用寿命 磨损量得表示方法 磨损机理 被切削工件性质对刀具磨损的影响 刀具条件对刀具磨损的影响 提高木工刀具耐磨损技术 提高木工刀具耐磨损技术 根据木工刀具磨损理论，要提高刀具的耐 磨性，主要途径有： 提高刀具耐机械擦伤磨损的能力； 提高刀具抗腐蚀磨损的能力。