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。,D刀具直径n刀具转速Uz每齿进给量z铣刀齿数,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Aab,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(cuttingangle)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(criticalcuttingangle)。,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