木材切削基本理论课件.pptx

1、木材切削基本理论 第一节第一节 锯木锯木 一、锯木的定义、类型一、锯木的定义、类型和锯和锯 锯木的定义：锯木是顺锯木的定义：锯木是顺木纹或横木纹把木材锯木纹或横木纹把木材锯开的过程。开的过程。 锯口：为了把木材锯开锯口：为了把木材锯开,或把一部分木材锯掉或把一部分木材锯掉,要在其上锯出一个窄的要在其上锯出一个窄的缝隙缝隙,叫锯口。叫锯口。 锯口描述：锯口描述： 锯口有三个边。其中两锯口有三个边。其中两个边个边abab和和cdcd是彼此平行是彼此平行的的, ,称为锯口壁。第三称为锯口壁。第三个边个边bc,bc,称为锯口底。称为锯口底。锯口壁的平面锯口壁的平面, ,称为称为锯锯截平面截平面。 锯木

2、过程是锯在锯口壁锯木过程是锯在锯口壁之间进行运动之间进行运动, ,不断地不断地把木材切成小刨片（锯把木材切成小刨片（锯屑）屑）, ,并从锯口中将并从锯口中将其其抛出的过程。抛出的过程。 锯木类型：锯木类型： 锯木有三种类型锯木有三种类型: 锯截平面或锯口与木纤维方向平行锯截平面或锯口与木纤维方向平行,称为纵截称为纵截,或称纵向锯或称纵向锯木木 。 锯截平面或锯口与木纤维方向垂直锯截平面或锯口与木纤维方向垂直,称为横截称为横截,或称横向锯或称横向锯木木 。 锯截平面或锯口与木纤维方向互成一定角度锯截平面或锯口与木纤维方向互成一定角度,称为斜截称为斜截,或或称斜向锯木称斜向锯木 。 锯木所使用的工

3、具是锯，它由锯板和锯齿组成。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：按锯木类型的不同，锯有两种： 横截锯横截锯,是用于横向锯木的锯；是用于横向锯木的锯； 纵截锯纵截锯,是用于纵向锯木的锯；是用于纵向锯木的锯； 锯按其形状和运动方式分类：锯按其形状和运动方式分类： 圆锯、刀锯、框锯、带锯、链锯。圆锯、刀锯、框锯、带锯、链锯。1二、锯齿的组成 锯齿是一个窄的复杂切刀。锯齿是一个窄的复杂切刀。 锯齿有前面锯齿有前面(或称前爬或称前爬棱棱)AOOA、后面、后面(或称后爬或称后爬棱棱)BOOB。 这两个面组成前切削刃这两个面组成前切削刃OO。 侧面侧面(或称侧爬棱或称侧爬

4、棱)AOB和和AOB与前面的交线是侧切削刃与前面的交线是侧切削刃AO和和AO。 齿间凹处称为齿仓。齿间凹处称为齿仓。 h0称为齿称为齿高。高。t称为齿距。称为齿距。 齿仓的作用是临时储存锯屑。齿仓的作用是临时储存锯屑。 2 锯齿形状和大小根据锯木条件和切削特点来选择。三、简单切刀的构造三、简单切刀的构造3 前面、后面、前刃；前面、后面、前刃； 侧面、侧刃；侧面、侧刃； 加工表面；加工表面；4简单切刀的构造三、简单切刀的构造三、简单切刀的构造 切刀的角度参数：切刀的角度参数： 后角后角,是切刀后面与是切刀后面与加工表面所成的夹角。加工表面所成的夹角。 -刃角刃角,或称锐利角或称锐利角,是切是切刀

5、前面与切刀后面的夹角。刀前面与切刀后面的夹角。 前角前角,是切刀前面与是切刀前面与Y轴的夹角。轴的夹角。 切削角切削角,是切刀前面是切刀前面与加工表面的夹角。与加工表面的夹角。三、简单切刀的构造三、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，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。反之称为斜磨刃。四、基本切削四、基本切削 概念：概念： 用简单切刀进行的切削称为基本切削。用简单切刀进行的切削称为基本切削。 基本切削的过程：简单切刀沿基本切削的过程：简单切刀沿X-X轴向运动，进入轴向运动，进入木质表面切下一部分木材的过程。木质表面切下一部分木材的过程。 基本切削的产

6、物基本切削的产物-刨片。刨片。 刨片有三个主要尺寸：厚度刨片有三个主要尺寸：厚度e，长度，长度l，宽度，宽度b。 切削运动：切刀在加工木材的表面上沿切削运动：切刀在加工木材的表面上沿X-X轴运动，轴运动，发生刨片的剥落，这种运动称为切削运动，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。削运动的外力称为切削力。 为了改变刨片厚度，为了改变刨片厚度，木料有相对运动木料有相对运动VH， VH可分解为：可分解为： 纵向送料运动纵向送料运动Vo X-X轴方向的运动；轴方向的运动； 法向送料运动法向送料

7、运动Va Y-Y轴方向的运动；轴方向的运动； 为了加宽加工表面的为了加宽加工表面的宽度，还需宽度，还需Z-Z轴方向轴方向的运动的运动侧向送料运侧向送料运动。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。 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：木材切削的运动方式：5 a-切削运动与送料运动交切削运动与送料运动交错进行；错进行； b-切削运动与送料运动同切削运动与送料运动同时进行；时进行； c-旋转切刀；旋转切刀； d-转盘；转盘；五、木材切削的类型五、木材切削的类型 1.有屑切削有屑切削 无

8、屑切削无屑切削 2.开式切削开式切削 半开式切削半开式切削 闭式切削闭式切削五、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 第二节第二节 基本切削参数基本切削参数 一、切削力和切削阻力一、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。 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

9、时，降为0。 切削阻力合力的组成：切削阻力合力的组成： 假设切削过程中，切削假设切削过程中，切削阻力的合力为阻力的合力为Pp，设该，设该力的水平分力为力的水平分力为P1，垂，垂直分力为直分力为P0。 Pp是由下是由下述外力合成的：切刀前述外力合成的：切刀前面的法向压力面的法向压力N1，切刀，切刀后面的法向压力后面的法向压力N2，切，切刀前面摩擦力刀前面摩擦力F1，切刀，切刀后面摩擦力后面摩擦力F2。此外，。此外，在在O点，即切刀前切削点，即切刀前切削刃处有切断木纤维时所刃处有切断木纤维时所遇到的切削阻力遇到的切削阻力Pn。 一、切削力和切削阻力一、切削力和切削阻力切削过程受力分析法向压力N1与

10、切刀角度、刨片的横截面积、木材材性、木纹方向等因素与关。 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。 木材作用于切刀后面的压力木材作用于切刀后面的压力N2是由于木纤维弹性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

11、。此外于锐利的切刀工作产生的压力。此外N2随着后角随着后角的减少而增大。因此为了减小切削阻力，应增大的减少而增大。因此为了减小切削阻力，应增大后角。后角。 摩擦力摩擦力F1和和F2的大小，决定于压力的大小，决定于压力N1和和N2以及摩擦以及摩擦系数和加工表面的状态等。系数和加工表面的状态等。 在一般情况下，切削力在一般情况下，切削力P1是是N1,N2,Pn的函数。的函数。 即即 对切削力对切削力P1有影响的因素中，有影响的因素中，N1起主要作用。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决定于刨片的横截面积，故计算切削阻力的公式可写成可写成 式中：式中：be刨片宽度乘以刨片厚

12、度；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，切刀形状等各种决定于木纤维方向，木材种类，切刀形状等各种因素。因素。112(,)nPf N NP1PKbe 考虑这些因素时，考虑这些因素时，K值可写成下面的形式：值可写成下面的形式： 式中：式中： 与切削类型有关的基本切削阻力系数，与切削类型有关的基本切削阻力系数，或称基本单位切削阻力。或称基本单位切削阻力。 cgoeBKK K K K KcK 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。

13、K0是考虑切刀锐利程度的系数。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切刀锐利程度根据切刀在磨锐后的工作小时数工作小时数来来确定。对于刚刚磨好、开始工作的切刀来说，其确定。对于刚刚磨好、开始工作的切刀来说，其K0 =1，以后时间的，以后时间的K0见表见表1-3。 K0值的测定还比较粗放，其选择条件和根据尚不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、试验和够充分和精确，故有待今后进一步研究、试验和确定。确定。 Ke是考虑刨片厚度的系数，可根据经验公式求得：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：对于截断切削： 对于纵向切削和横

14、向切削：对于纵向切削和横向切削： 上式中的刨片厚度上式中的刨片厚度e的单位是的单位是mm。例如当。例如当e=0.5mm时，截时，截断切削的断切削的Ke 约为约为1.25，而其它两种切削的，而其它两种切削的Ke约为约为1.4。13eKe12eKe KB是考虑木材湿度的系数，它的选取范围列在表1-4中。 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。 切削方式不同，KB的变化趋势相反二、送料力和送料阻力二、送料力和送

15、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。切削运动方向。 图中切削阻力的合力图中切削阻力的合力Pp的垂直分力为的垂直分力为P0，送料力是，送料力是木材在送料方向上对切刀的压缩阻力，一般认为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，即它就是送料阻力，即 根据实验数据，锋利的切刀可取：根据实验数据，锋利的切

16、刀可取： 磨钝的切刀可取：磨钝的切刀可取：0HPP1(0.40.6)HPP1(0.6 1.0)HPP三、切削功、切削比功和切削比压三、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： 等式两边同除以刨片的断面积be： 10(N m)AP L10APL10PAebebL 上式左边是一物理量，是刨片单位横截面积上所承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上式的右边是另一个物理量，即切

17、削单位体积的刨片所消耗的切削功，称为切削比功，单位是片所消耗的切削功，称为切削比功，单位是J/mm3。 10PAebebL四、切削功率四、切削功率 由公式： 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 ： 即切削功率为 10PAebebL1PKeb0AKebLsAKO1000KON 根据切削力根据切削力P也可求得切削功率：也可求得切削功率： 由此可得切削力的另一表达式由此可得切削力的另一表达式 ：v1000PN (N)KOPv 第三节第三节 锯齿的结构锯齿的结构 一、齿刃和锯口宽度一、齿刃和锯口宽度 锯齿的齿刃在结构上分为前刃和侧刃，每个齿刃可以看成锯齿的齿刃在结

18、构上分为前刃和侧刃，每个齿刃可以看成一个简单切刀。一个简单切刀。 一个锯齿可以看成是由多个简单切刀组成的。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。以分解成不同的简单切刀进行不同类型的基本切削。 根据锯木类型，根据锯木类型， 纵截：前刃纵截：前刃-截断切削截断切削 侧刃侧刃-横向切削横向切削 横截：前刃横截：前刃-横向切削横向切削 侧刃侧刃-截断切削截断切削锯口宽度：锯口宽度：当利用薄锯板工作时，在锯齿当利用薄锯板工作时，在锯齿前刃的后面，后角大于零

19、。但前刃的后面，后角大于零。但在锯齿侧面，侧刃后角等于在锯齿侧面，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。摩擦，这种现象称为家具现象。为了减少摩擦，必须使锯口宽为了减少摩擦，必须使锯口宽度大于锯板厚度，度大于锯板厚度， 可用三种方法增加锯口宽度。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第一种方法是将锯板做成梯形断面（图断面（图b）。）。 第二种方法是将锯齿前切削刃第二种方法是将锯齿前切削刃的长度做成大于锯板厚度（图的长度做成大于锯板厚度（图c）。这种方法一般应用在纵截）。这种方法一般应用在纵截锯上，称为压料。锯上，称为压料。

20、 第三种方法是锯齿依次向左右第三种方法是锯齿依次向左右偏斜（图偏斜（图d），这种方法称拨料，），这种方法称拨料，一般在齿高的一般在齿高的1/3处进行拨料，处进行拨料，它可应用于纵截锯或横截锯上。它可应用于纵截锯或横截锯上。 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，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。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；对

21、于直径为1000mm以内的圆锯为以内的圆锯为0.4-0.7mm；超过；超过1000mm的圆锯为的圆锯为0.9-1.2mm。 锯截干材或硬材应取小一些；锯截湿材或软材应锯截干材或硬材应取小一些；锯截湿材或软材应取大一些。取大一些。 若锯板的刚度很小，甚至有侧向摆动，则锯口宽若锯板的刚度很小，甚至有侧向摆动，则锯口宽度应增大。度应增大。 压料的锯齿锯板厚度较拨料齿应小压料的锯齿锯板厚度较拨料齿应小20%。拨料量与。拨料量与压料量的推荐值见表压料量的推荐值见表1-5。 二、横截锯的锯齿二、横截锯的锯齿 横截锯的锯齿（图横截锯的锯齿（图c和和d），其侧切削刃进行截断切削，形），其侧切削刃进行截断切削，

22、形成锯口壁。侧切削刀在横向锯木中受到的切削阻力最大。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纤维，应使横截锯的锯齿前刃切使侧切削刃早一些切断木纤维，应使横截锯的锯齿前刃切削角大于削角大于90度，侧切削刃的刃角小于度，侧切削刃的刃角小于90度。度。 对于双向、对称齿，其前刃切削角为：对于双向、对称齿，其前刃切削角为： 后角为：后角为： 由上式可看出，无论切削角或后角都取决于锯齿的刃角。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，

23、双向对称锯齿的前刃刃角应取为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50-60度。度。 对于单向、非对称齿，其前刃切削角为对于单向、非对称齿，其前刃切削角为95-105度度，刃角，刃角40-45度度。 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、非对称齿都是是45-60度，而硬木可取度，而硬木可取70度。度。 902902 由于侧切削刃的后角为由于侧切削刃的后角为0度，所以侧切削刃的切度，所以侧切削刃的切削角等于其刃角。后侧切削刃的刃角是削角等于其刃角。后侧切削刃的刃角是 ，它与，它与前刃倾斜角前刃倾斜角 有关

24、，有关， 表示前刃在木纤维方向上的表示前刃在木纤维方向上的倾斜程度。愈小，则愈大，则锯齿在锯口底的切倾斜程度。愈小，则愈大，则锯齿在锯口底的切削条件将愈坏（如图削条件将愈坏（如图d）。）。 横截锯的锯齿角度数据见表横截锯的锯齿角度数据见表1-6。在刀具制造过程。在刀具制造过程中要充分考虑各切削刃的角度参数。中要充分考虑各切削刃的角度参数。 000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：结构

25、特点： 刨齿前切削刃是直磨刃，前切削刃的切削角小于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，其高度略低于切度，保证锋利。刨齿不拨料，其高度略低于切齿齿0.5-1mm。目的是为了先让切齿接触木材，将木。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。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，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。因此锯口壁平面的摩擦阻力很大，锯齿必须拨料。

26、 三、纵截锯的锯齿三、纵截锯的锯齿 纵截木材时，锯口平面与木纤维平行，纵截锯锯齿的前切纵截木材时，锯口平面与木纤维平行，纵截锯锯齿的前切削刃垂直于木纤维，进行截断切削。当前切削刃切断木纤削刃垂直于木纤维，进行截断切削。当前切削刃切断木纤维后，借锯齿前面的压力，使已被切断的刨片在锯口壁的维后，借锯齿前面的压力，使已被切断的刨片在锯口壁的平面上顺纤维剪裂开，而脱离木材本体。因此，纵截锯锯平面上顺纤维剪裂开，而脱离木材本体。因此，纵截锯锯齿的前切削刃比侧切削刃重要，因而侧切削刃的切削角等齿的前切削刃比侧切削刃重要，因而侧切削刃的切削角等于于90度，形成直磨刃（如图度，形成直磨刃（如图a）。）。 为了

27、提高锯截效率，减小切削阻力，应使前切削刃的切削为了提高锯截效率，减小切削阻力，应使前切削刃的切削角经常小于角经常小于90。研究表明，切削阻力随前刃切削角的减。研究表明，切削阻力随前刃切削角的减小而减小。而前切削刃的后角减小，切削阻力急剧增加。小而减小。而前切削刃的后角减小，切削阻力急剧增加。对于框锯切削角为对于框锯切削角为70-75度，后角度，后角20-25度；圆锯切削角为度；圆锯切削角为50-55度，后角度，后角14-17度。刃角要根据可度来选择：框锯刃角度。刃角要根据可度来选择：框锯刃角45-47度；圆锯刃角度；圆锯刃角35-45度。度。 纵截锯的锯齿可不拨料（直磨刃），也可有少量的拨料。

28、纵截锯的锯齿可不拨料（直磨刃），也可有少量的拨料。 纵截圆锯的锯齿有不同形状。图纵截圆锯的锯齿有不同形状。图e中的锯齿齿背是斜的，中的锯齿齿背是斜的，有大的后角，从而有大的齿仓。图有大的后角，从而有大的齿仓。图f中的锯齿具有圆弧的齿中的锯齿具有圆弧的齿背，这种锯齿叫狼齿。这种齿的后角小，齿仓也小，锯齿背，这种锯齿叫狼齿。这种齿的后角小，齿仓也小，锯齿较坚固。较坚固。 纵截锯的齿距纵截锯的齿距t=30-40mm，框锯齿高（，框锯齿高（0.6-1.0）t，圆锯齿，圆锯齿高（高（0.5-0.7）t。 第四节第四节 锯木参数锯木参数 一、每齿送料量和刨片厚度一、每齿送料量和刨片厚度 在木材切削过程中，

29、送料运动改变了切刀刨下的刨片厚度。 如图，由于有切削运动V和送料运动VH两个运动的综合作用，每一个齿的齿顶运动轨迹是AD。对于一个齿，它的加工表面是AD，其刨片厚度e应依加工表面AD的法向来测量，即e=BM。 齿尖每走过一个齿距t的送料量为c，称c为“每齿送料量”； 在这个过程中所消耗的时间为t0，则可根据送料运动和切削运动分别得出公式： 00Httvctv 于是于是 则则 (1-13) 公式（公式（1-13）即为锯木运动关系公式。）即为锯木运动关系公式。 在送料时间在送料时间t0内形成的刨片厚度为：内形成的刨片厚度为： 机械工具或机床加工木材时，切削速机械工具或机床加工木材时，切削速度度v比

30、送料速度比送料速度VH大很多倍，可将齿大很多倍，可将齿顶顶A的运动轨迹的运动轨迹AD用用AB来代替，上式来代替，上式中的中的 角用角用 来代替，即来代替，即 HtcvvHvctv1sinec1sinec 由 可得到刨片厚度的公式 ： 若送料运动与切削运动成直角，即 则刨片厚度 为：sinecHvctvsinHvetv90Hvetv旋转运动的圆锯：其齿顶的运动轨迹是圆周。假定圆锯的圆周速度为v，送料速度为VH，切削运动与送料运动的合成轨迹为摆线APD。故每齿送料量为DB。因为齿距比圆锯半径小得多，则可取弦AD代替弧APD，即认为它是锯口底。这时从齿顶向这个弦引出的垂线BM，就是刨片厚度e。在这种

31、情况下，切削速度比送料速度大很多，可以近似为 ，于是： 1sinec 在右图中，线段在右图中，线段ON垂直于弦垂直于弦AB，因此角因此角NOY等于等于。 角是切削角是切削运动与送料运动之间的夹角。运动与送料运动之间的夹角。 因为沿弧运动可以用沿弦运动来因为沿弧运动可以用沿弦运动来代替，即以直线运动代替曲线运代替，即以直线运动代替曲线运动，则在这种情况下可认为直线动，则在这种情况下可认为直线锯木运动的关系式对旋转运动的锯木运动的关系式对旋转运动的锯木也适用。锯木也适用。 即：即：sinecsinHvetvsinec刨片厚度无论在直线切削运动，还是曲线切削运动时，都取决于角。但在直线运动时， 角是

32、常数；而在旋转运动时， 角是变数。因此圆锯锯木时，刨片厚度随角而变化。 框锯锯截原木：切削运动方向有时与齿顶线不重合。这时切削速度与线段AB成角。此时刨片厚度：01()sineMBcc式中：c=DP1，相当于一个齿的纯送料量； c0=BP1，相当于一个齿的切削量。假设则：10()sinecc锯木的运动关系公式和计算刨片厚度的公式无论对切削速度或送料速度是固定的还是可变的都适用。如框锯，它是依靠曲柄机构的运动来带动锯木机构工作的，因此锯的切削速度是变化的。此时将平均切削速度和相应的送料速度代入公式中进行计算。 Hvctv 二、送料速度和齿距二、送料速度和齿距 由锯木运动关系式可以推出由锯木运动关

33、系式可以推出 ： 考虑考虑v不变的情况下，要增大不变的情况下，要增大vH，而又不增加每齿送料量，而又不增加每齿送料量c，则可以减小齿距则可以减小齿距t。但每齿送料量。但每齿送料量c与齿距与齿距t有一定的比例关有一定的比例关系，因此不能为了增大送料速度，而随便减小齿距。系，因此不能为了增大送料速度，而随便减小齿距。c值与值与t值的比例关系应保证，刨下来的刨片应该正好容纳在两齿值的比例关系应保证，刨下来的刨片应该正好容纳在两齿间的齿仓中。间的齿仓中。 Hcvvt 假定锯截方材，其锯口底的长度为假定锯截方材，其锯口底的长度为AK=l（如图（如图a），送料速度与切削速度的夹角），送料速度与切削速度的夹

34、角为为，与送料方向相垂直的线段，与送料方向相垂直的线段H称为锯称为锯口高度，口高度， 则则 若每齿送料量为若每齿送料量为c，锯口宽为，锯口宽为b，则一个，则一个齿走过距离所切削出来的刨片体积等于齿走过距离所切削出来的刨片体积等于 sinHl0sinHvQlebltbHcbv 因为刨片在锯截过程中将破碎成锯屑，所以实际的刨片体因为刨片在锯截过程中将破碎成锯屑，所以实际的刨片体积将大于理论上的刨片体积，即积将大于理论上的刨片体积，即 式中：式中：锯屑膨胀系数，与锯木工作条件有关。对于锯屑膨胀系数，与锯木工作条件有关。对于圆锯圆锯 =2.53；对于框锯，压紧的锯屑；对于框锯，压紧的锯屑 = 10.7

35、；对于；对于链锯链锯 = 0.8-1。 0QHcb 齿仓体积齿仓体积 式中：式中：h0齿高；齿高； 齿仓面积系数。齿仓面积系数。 是齿仓面积是齿仓面积F与齿高乘齿距的商。与齿高乘齿距的商。 锯齿高度与齿距有关：锯齿高度与齿距有关： 为为齿高齿距系数齿高齿距系数 。 则齿仓体积：则齿仓体积：00Qh tb0ht20Qt b 在标准工作条件下，锯屑体积应小于齿仓体积，亦即 ， 即： 由 ，可得 因此 由上式可看出，齿距t愈大，锯齿愈大，则允许的送料速度愈大，从而可获得较高的锯木生产率。 00QQ2tHc HvctvHvtHv HvvtH 齿仓面积系数 与锯的种类有关，一般取如下数值： 框锯 ；纵截

36、圆锯 ；横截圆锯 。 齿高齿距系数一般为如下数值： 框锯 ；纵截圆锯 ；横截圆锯 。 0.40.5 0.250.350.50.60.6 10.50.70.7 1.2 在一般条件下，当 时 如果t=40mm，则 （式中H的单位是mm）。 这时可得到的最适宜的允许送料速度与锯口高度的关系： 锯口高度H（mm） 100 200 300 400 500 600 送锯速度与 切削速度的比值， 0.5;0.6;3 0.1HvvtH0.25HvvHHvv125150175110011251150 为了计算切削阻力，必须首先知道为了计算切削阻力，必须首先知道锯口高度锯口高度H，从而知道有多少个齿，从而知道有多

37、少个齿刃参加工作，计算合力。刃参加工作，计算合力。 式中的锯口底长度可以是常数，也式中的锯口底长度可以是常数，也可以是变数，这决定于锯口的形状可以是变数，这决定于锯口的形状和和角。当切削运动为直线运动时，角。当切削运动为直线运动时，是常数。当为旋转运动时，是常数。当为旋转运动时， 是是变量。变量。 锯口高度分三种情况研究：锯口高度分三种情况研究： 1.切削运动和送料运动都是直线运切削运动和送料运动都是直线运动的情况；动的情况； 2.圆锯锯木，直线送料；圆锯锯木，直线送料； 3.圆锯锯木，旋转送料。圆锯锯木，旋转送料。sinHl三、锯口高度 1、切削运动和送料运动都是直、切削运动和送料运动都是直

38、线运动的情况。线运动的情况。 当横向锯截原木时，锯口面积当横向锯截原木时，锯口面积是圆（如图）。由于锯齿做直是圆（如图）。由于锯齿做直线运动，在开始锯木时，齿顶线运动，在开始锯木时，齿顶与木材相切于与木材相切于A1点。切削运动的点。切削运动的方向在方向在I-I线上。线上。I-I线实际上是齿线实际上是齿顶线。送料运动方向在顶线。送料运动方向在X-X轴向轴向上。切削速度与送料速度成上。切削速度与送料速度成角。角。-线表示锯截终了时的齿顶线表示锯截终了时的齿顶线位置。线位置。 当锯截终了时，锯或木材由于当锯截终了时，锯或木材由于送料运动而沿送料运动而沿X-X轴方向走过的轴方向走过的路程为路程为A1A

39、2=L，L为送料行程。为送料行程。 根据右图得根据右图得 式中：式中：d原木直径。原木直径。 根据上式，当根据上式，当 时，送料行程时，送料行程大于木材直径。当大于木材直径。当 时，时，L=d。当锯板进入木材中的深度不断改当锯板进入木材中的深度不断改变时，锯口底的长度和锯口高度变时，锯口底的长度和锯口高度都在变化。当锯口底的长度在都在变化。当锯口底的长度在a-b线上时，设其弦长为线上时，设其弦长为lx，则依据，则依据上式有上式有 。 锯口高度的最大值出现在锯口底锯口高度的最大值出现在锯口底的长度等于木材直径时，即的长度等于木材直径时，即sindL9090inxxHl smaxsinHd 由由

40、可知，当可知，当 时，锯口时，锯口最大高度小于木材直径。最大高度小于木材直径。 锯口高度变化的曲线是椭圆曲线，锯口高度变化的曲线是椭圆曲线，其短轴为送料行程其短轴为送料行程L，长半轴为，长半轴为Hmax，则锯口高度变化曲线所包络的半个则锯口高度变化曲线所包络的半个椭圆面积为：椭圆面积为： 这个面积实际上就是锯截面积，也这个面积实际上就是锯截面积，也是锯口的横断面积，所以：是锯口的横断面积，所以： 化简得：化简得：maxsinHd90max4FHL2max44dHL2maxdHL定义平均锯口高度 max4CPFHHL当 时， ，则90maxHdmax0.80.8CPHHd 圆锯锯木，直线送料：圆

41、锯锯木，直线送料： 如图，圆锯半径为如图，圆锯半径为R，圆锯的圆周速度为圆锯的圆周速度为V，原木相对于圆锯的送料原木相对于圆锯的送料速度为速度为VH，原木横断面，原木横断面中心线的轨迹中心线的轨迹X-X到圆到圆锯中心的距离为锯中心的距离为e0。送。送料时，锯口底的弧长料时，锯口底的弧长l和相应的切削速度与送和相应的切削速度与送料速度的夹角料速度的夹角都在不都在不断变化。断变化。 取任一位置，当锯口底取任一位置，当锯口底弧长为弧长为lx时，锯口时，锯口高高 。其中角。其中角x的大小与原木横断面中的大小与原木横断面中心到圆锯的旋转轴心之心到圆锯的旋转轴心之间的距离有关，它在间的距离有关，它在1到到

42、3范围内变化。当被范围内变化。当被锯截的原木由锯截的原木由1位置被位置被送到送到3位置时，锯口高位置时，锯口高度的变化曲线为度的变化曲线为1-a-3，这是一个近似椭圆曲线。这是一个近似椭圆曲线。 sinxxxHl 锯口高度的最大值发生于l=d处，此时锯口底的弧线CD通过原木中心。由于圆锯的半径大于木材半径，故弧线CD接近等于原木直径d，设此时的角为cp，则最大锯口高度为 由图b得 。 则 maxsinCPHd0cosCPeR220sinCPlReR22max0dHReR 因为锯口高度的变化曲线是椭圆，椭圆面积等于原木截面积，故可根据公式 确定送料行程L。 又由 ， 最后得： 由平均锯口高度定义

43、式： 得： 当径向送料时，原木中心也在X-X平面上，则 e0=0，cp=90，则 ， 。 2maxdHL22max0dHReR220RdLRemax4CPFHHL2204CPdHReRmax0.8CPHHmaxHd0.8CPHd 圆锯锯木，旋转送料：圆锯锯木，旋转送料： 当采用圆锯锯木，旋转送料当采用圆锯锯木，旋转送料时，圆锯或原木绕一个圆心，时，圆锯或原木绕一个圆心，在圆周的方向上做送料运动。在圆周的方向上做送料运动。假定锯固定在以假定锯固定在以O0为圆心的为圆心的摆动吊架摆动吊架O0O1上。圆锯的旋上。圆锯的旋转中心的轨迹曲线转中心的轨迹曲线a-a到原木到原木横断面中心点横断面中心点O之间

44、的距离之间的距离等于等于e0。圆锯的摆动半径为。圆锯的摆动半径为R0。当将原木全部锯透时，。当将原木全部锯透时，圆锯旋转中心应从圆锯旋转中心应从O1变化到变化到O3，而吊架由，而吊架由O0O1的位置变的位置变化到化到O0O3的位置。这两个位的位置。这两个位置是由原木中心和相应的圆置是由原木中心和相应的圆锯中心之间的距离来决定的。锯中心之间的距离来决定的。 当在O0O1位置开始锯木时，距离OO1=R+r；当在O0O3位置锯木终了时，距离OO3=R-r。在O0O1O和O0O3O中，所有的边都是已知的，所以1和2角可以由余弦定理求得： 式中：b 角的对边边长， 当 时， ； 当 时， 。 22200

45、0000()cos2()RRebR Re 1 1bRr2 2bRr 吊架由吊架由O1O0位置摆动到位置摆动到O3O0位置位置时摆动角时摆动角 O1-O3的弧长：的弧长： 1-2的弧长：的弧长： 1-2所对弦长：所对弦长： L即为送料行程。即为送料行程。 最大锯口高度：最大锯口高度： 其中其中d原木直径；原木直径； L送料行程，送料行程， 平均锯口高度平均锯口高度120SR000()SRe002()sin2LRe2maxdHLMAXmaxHLF40.8LLCPHH 四、锯木的送料力 锯木时的送料力垂直于加工表面，它的大小与基本切削时的送料力公式类似，即 对于锐利的锯齿， 对于磨钝的锯齿， 0HP

46、a P00.40.6a 00.7 1.0a 五、锯木切削力、锯木功率和锯切比功 锯木过程中，同时用许多锯齿来锯木过程中，同时用许多锯齿来进行切削。在切削时，加于锯上的进行切削。在切削时，加于锯上的切削力要根据对每个齿的切削阻力切削力要根据对每个齿的切削阻力总和来决定，即：总和来决定，即： 式中：式中：n在锯口中同时锯木的锯在锯口中同时锯木的锯齿数，齿数，P1为每个锯齿所受的切削阻为每个锯齿所受的切削阻力。力。 如图，锯齿沿如图，锯齿沿AK做直线运动，并与做直线运动，并与送料方向成送料方向成角，这部分锯口底的长角，这部分锯口底的长度度AK=l，齿距，齿距t，则同时锯木的锯齿，则同时锯木的锯齿数为

47、：数为： 1PnPlnt 由由 和和 得得 由由 得得 可以证明，不管是直线运动的锯，还是旋转运动的锯，在计算切削阻可以证明，不管是直线运动的锯，还是旋转运动的锯，在计算切削阻力时，都可采用这一公式。力时，都可采用这一公式。 根据实践经验，为了便于试验测定，上式中的切削阻力系数根据实践经验，为了便于试验测定，上式中的切削阻力系数K，可这，可这样确定：样确定： 取取 则则 sinHl11sinsinHHPnPPKbettsinHvetvHvPKbHvceBK K KK0gKK K Klnt表1-7 值在实验测定中包含了在锯木过程中锯齿的结构参数，切削方式，刨片厚度，锯口宽度，被加工木材的状态（湿

48、度）等不同因素。当用横截圆锯，锯截松木长材，切削角大于90度时， 可按表1-7来选取。 KK当采用切齿和切齿中间有刨齿的混合锯齿锯木时，其切削阻力较通常的锯低1012%。 表1-8当用带切齿和刨齿的锯链横向锯木时，对于气干松材， 值可依表1-8来选取。 K表1-9对于纵向锯木的圆锯和框锯， 值可按表1-9选取。 当用大直径圆锯进行大锯口高度的锯木时，锯板在锯口中的摩擦加剧，因此切削阻力将增大， 应较表1-9的数据提高3050%。 KK 由切削力： 可方便求得锯木功率 ： 锯木的切削比功（简称锯切比功）可用下式表示： 式中：F锯截效率（cm2/s）； b锯口宽度（cm）； P切削力（N）； V切

49、削速度（m/s） HvPKbHv1000PvN PvKFb 对不同树种进行实验测定和计算后得出锯木参数数据如下对不同树种进行实验测定和计算后得出锯木参数数据如下表所示。表所示。 第五节第五节 刨铣刨铣 一、刨削一、刨削 在木材表面，用切刀刨在木材表面，用切刀刨下一定厚度的刨片的加下一定厚度的刨片的加工称为刨削。工称为刨削。 刨削常用于木材剥皮机刨削常用于木材剥皮机床。在刨削木材时，既床。在刨削木材时，既可以切刀做往复直线运可以切刀做往复直线运动，被加工的木材静止，动，被加工的木材静止，也可以切刀静止，被加也可以切刀静止，被加工的木材做直线运动。工的木材做直线运动。 切刀做往复直线运动的剥皮机床

50、其工作方案见图切刀做往复直线运动的剥皮机床其工作方案见图a。切刀。切刀在被剥皮原木的全长上向左运动来刨下刨片。在切刀返回在被剥皮原木的全长上向左运动来刨下刨片。在切刀返回时，不进行切削，而被剥皮的木材在此时要翻转一个角度。时，不进行切削，而被剥皮的木材在此时要翻转一个角度。当切刀再往左运动时，再刨下新的刨片。由于切刀的运动当切刀再往左运动时，再刨下新的刨片。由于切刀的运动是靠曲柄连杆机构带动的，因此它的速度是变化的，在计是靠曲柄连杆机构带动的，因此它的速度是变化的，在计算时以平均切削速度计算，即：算时以平均切削速度计算，即： 式中：式中：VCP平均切削速度（平均切削速度（m/s）；）； H切刀