木材切削刀具

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木材切削刀具

   木材切削加工，是指用刀具（或砂带、砂轮）在被加工工件上切去一定厚度的木材层，使工件达到预定的几何形状，尺寸精度及表面质量等要求。木材切削加工是家具制造中极为重要的加工方式之一。

   根据对工件的形状、精度及表面质量的不同要求，木材切削加工又可分为刨削、锯切、铣削、车削、旋切、磨削，钻削、榫槽切削等方式。以上各种切削方式见图13-1。所采用的木材加工刀具有锯圆锯片)、刀片、铣刀、钻头、打眼刀、车刀及磨具（砂带、砂轮）等。本章仅介绍家具生产中常用的锯子、铣刀、钻头的基本切削原理及结构。

   第一节木材切削的基本知识

   一、基本定义

   (一)工件与切屑

   在木材切削加工中，被切削的木材，即切削加工的对象，称为工件；被切下的切削层，称为切屑。切屑通常是多余的部分。但是，在木材切削加工中，有时切屑又是需要的制品。如在旋切机或刨切机上切下来的单板就是所需要的制品。

   1.工件上的三个表面

   在正在进行切削加工的工件上，有三个不断变化着的表面，如图13一2所示。

   (1）待加工表面即将切去切屑的表面。

   (2)已加工表面  已经切去切屑的表面。

   (3)加工表面切削刃正在切削的表面。它总是处在待怅加工面与已加工表面之间功O工表面又称为切削表面。

   在有的加工方式中，已加工表面和加工表面相重合，如刨削加工。

   2.切屑的名义尺寸

   在切削过程中，被切下的切屑各部分的尺寸，不同于切下之前的尺寸。由于切屑的尺寸不好测量，因此，通常用切屑的名义尺寸代替它的实际尺寸（图13-2)。

   (1)名义长度1 是指在一次切削中的切削轨迹的长度。在切削过程中，由于切屑在长度方向受到压缩，因此，切屑的实际长度略小于名义长度。(2)名义宽度b 指加工表面的宽度。在切削过程由于切屑在宽度方向上有膨胀现象，因此，切屑的实际宽度略大于名义宽度。

   (3)名义厚度a 指两次切削所形成的两个加工表面之间的法向距离。在切削过程中，由于切屑在厚度方向也有膨胀现象，因此，切屑的实际厚度略大于名义厚度。

   (二)切削运动

   木材切削加工是由刀具和工件的相对切削运动来实现的，这个相对运动，称为切削运动。切削运动通常包括两个基本运动：主运动和进给运动。

   1.主运动

   直接从工件上切除切屑，从而形成工件新表面的最基本运动，称为主运动。如图13一l(b)所示，在带锯切削过程中，带锯条沿垂直方向的移动，就是切下锯眉所必须的最基本的运动，也是锯切的主运动。主运动与进给运动相比具有运动速度快、功率消耗大的特点。主运动可以是直线运动（如刨切、带锯锯切)，也可以是回转运动（如圆锯锯切、铣削、旋切).主运动用主运动速度U表示。

   2.进给运动

   连续或逐步切削新的木材层所必须的运动，称为进给运动。如锯切时木材在水平方向的连续直线运动[图13一l（b))、旋切时刀具向木段的连续移动[图13- l(e）l，均是进给运动。进给运动与主运动相比，具有运动速度慢、功率消耗小等特点。进给运动大多为直线运动。进给运动用进给运动速度u表示。

   在各种不同的木材切削加工方式中，主运动和进给运动的主体可能均为刀具，如吊截圆锯机的锯切加工;也可能均为工件，如刮床的刮削加工；也可能是刀具和工件各有一种运动，如刀具作主运动而工件作进给运动的铣削加工，又如工件作主运动而刀具作进给运动的旋切加工。主运动和进给运动，有的是同时进行，如锯切加工和钻削加工；也有的是交替进行，如刨切加工和刮削加工。进给运动如为工件的运动，通常又称为进料运动；如为刀具的运动，通常又称为走刀运动。

   （三）切削用量

   切削用量是指切削速度Y进给量（或进给速度）和切削深度三者的总称。

   1.切削速度Uu

   由于切削运动是主运动和进给运动的合成运动，所以切削运动速度pu的大小为主运动速度p和进给运动速度u的向量之和，即Uu=矿十矿。但是，在绝大多数木材切削加工方式中，主运动速度比进给运动速度大得多，所以可以近似地用主运动速度的大小和方向代表切削运动速度的大小和方向。

   主运动为回转运动时，主运动速度p的计算公式为：

   式中，一主运动速度，m/s d——刀具或工件的最大直径，mm n——刀具或工件的转速，r/min

   2.进给速度U和进给量lLn、lLz、Uf 进给运动量的大小通常用进给速度u、每转进给量。，每齿进给量uz或每双程进给量uf来表示。

   进给速度u，是指工件或刀具在单位时间内，沿进给运动方向的进给量，单位是m/min;每转进给量ZLn，是指刀具或工件每转一周时，两者沿进给运动方向的相对位移量，单位是mm/r;每齿进给量uz，是指刀具每转动或移动一个齿距时，刀具与工件沿进i给运动方向的相对位移量，单位是mm/z;每双程进给量uf'是指刀具与工件相对往返一次财者沿运动方向的相对位移量，单位是mm/双程。进给速度与进给量之间的关系为：U——进给速度，m/min lLn——每转进给量，mm/r U，——每齿进给量，mm／车，i.，E n一刀具或工件的转速，r/minz——刀具的齿数

  3.切削深度h

   切削深度h，是指工件的已加工表面与待加工表面间的垂直距离，单位是mm.刨削时，切削深度等于切屑厚度。

   （四）刀具的组成部分

   木工刀具的种类繁多，结构各异，但它们都由两个部分组成，即夹持部分和切削部分。切削部分是刀具中直接参与切削的部分，而任何类型刀具的切削部分，都是由四个面组成的楔形体（图13-3).刀具上的这部分楔形体，通常称为“切刀”。

   切刀”由下列部分组成：(1)前刀面是指在切削过程中，面对切屑的表面，切下的切屑沿其流出。

   (2)后刀面是指在切削过程中，面对加工表面的表面。

   (3)侧刀面是指前刀面和后刀面的两个侧表面。

   (4)切削刃  是指前刀面和后刀面的交线。切削刃又称为刀刃或刃口。有时有的刀具，除了前刀面和后刀面的交线参与切削之外，前刀面和某一侧刀面的交线也参与切削。此时，为了便于区别，把前者称为主切削刃，后者称为侧刃。

   （五）刀具的角度

   1.坐标平面

   」具各刀面的空间位置，可以用各刀面与工件的有关表面之间的角度关系来表示。但是，由于工件的表面，有的不是平面，因此，要借助于与工件上的表面密切相关的切削平面和基面这两个坐标平面来确定刀具各刀面的空间位置（图13一3):

   (1)切削平面是指通过切削刃的某一选定点，切于工件加工表面的平面，也就是切削速度方向与切削刃的切线所组成的平面。

   (2)基面是指通过切削刃上的某一选定点，垂直于切削速度方向的平面。

   2.测量平面

   有了坐标平面，就能够表示刀具各刀面的空间位置，也就能表示刀具各角度的大小。但是，在不同方向上所测量的角度值是各不相同的。因此，还需要规定统一的测量平面。

   (1)主截面是指垂直于切削刃在基面上的投影的平面。它与切削平面和基面相垂直，构成一个空间直角坐标系。切削平面和主截面的交线，与切削速度方向相一致。

   (2)法截面是指垂直于切削刃的平面。

   在斜角切削（切削刃不垂直于切削速度方向的切削）时，上述两个截面均存在；而在直角埯削（切削刃垂直于切削方向的切削）时，上述两个截面就重合为一个截面。

   3.刀具的几何角度

   刀具的几何角度是指刀具的各刀面相对于工件的空间位置的表示量。刀具有以下几个主角的几何角（图13一3)。

   (1）前角y 是指前刀面和基面之间的夹角。前角表示前刀面相对于基面的倾斜度。当前刀面与基面相重合时，前角为Oo;当以基面为基准、前刀面向已加工表面（或后刀面）倾斜时，前角为“+”值；反之为“一”值。

   (2)后角Ⅸ是指后刀面和切削平面之间的夹角。后角表示后刀面相对于切削平面的倾斜度。

   (3)楔角丑是指前刀面和后刀面之间的夹角．

   (4)切削角6 是指前刀面和切削平面之间的夹角。它与前角是余角关系。

   上述各角度之间有下列关系：为了区别不同测量平面上所测量的上述角度，把在主截面上测量的各角度分别称为主面前角(y，）.主面后角（av)、主面楔角(pv）和主面切削角（6v）；将在法截面上所测量的各角度分别称为法面前角('yn)、法面后角（赏n）'法面楔角(Bn)和法面切削角((Sn)。

   刀具的角度，还有工作角度和标注角度之分。在同时进行主运动和进给运动的情况下，按实际切削过程中切削平面和基面表示的角度，称为工作角度。如图13-4所示，yw、虬、6w分别为工作前角、工作后角和工作切削角。

   在实际切削过程中，因为刀具的工作角度受切削运i ：动速度、刀具安装高度等因素的影响而发生变化。在设计刀具时，其工作角度不仅不好表示，而且给刀具的制造、刃磨、安装和检验等，都会带来麻烦。因此，刀具的角度在设计图上是用法截面上的标注角度来表示的。平常度所选的刀具角度，通常指标注角度。标注角度，就是指只考虑主运动时的角度。图13-4中的y，a就是标注角度。根据主运动和进给运动的方向和大小，在工作角度和标注角度之间可以互为换算。通常由于主运动速度远远大于进给运动速度，因而可以用标注角度代替工作角度。

   二、刀具的材料

   木工刀具的特点是要求在高速并承受冲击载荷的切削条件下，长时间保持切削刃锐利的性能。因此要求刀具材料，应具备高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性，高耐热性（热稳定性)、良好的工艺性能（热处理性能、高温塑性变形性能及磨削加工性能及熔接性等）及经济性。常用的木工刀具材料主要有以下几种。

   1.碳素工具钢（简称碳工钢）

   碳素工具钢其含碳量为0.7％一1.4％。淬火前碳素工具钢由于含碳量高，硬度偏高，切削加工较困难，易使刀具磨损咙为改善切削悔贾迂行适当的球化退火处理，以降低硬度。经淬火后碳工钢既具有一定硬度、耐磨性好，切削加工也好，适宜制造形状复杂、精度较高，承受冲击力不大的刀具。

   高级优质碳工钢如T8A、TlOA，常用于制造锯子、刨力、钻头等，普通碳工钢如T8、T9可用于制造刮光刀。

   碳工钢的主要缺点是耐热性差，其维持切削性能的温度小于3000C，在高速切削时刀具易磨损和软化，因此碳工钢刀具不适合用于高生产率加工木材或木质复合材料的场合。

   2.合金工具钢

   合金工具钢是在碳工钢的基础上加入一种或几种合金元素如铬(Cr).锰(Mn)、硅(Si)、钒(V)、钨(W)等而构成。与碳工钢相比，由于合金元素的加入，故具有高的淬透性、耐磨性和耐钒(V)、钨(W)等而构成。与恢_L'，ffg相比，由于合金元素的加入，砍具有高的淬透性、耐磨性和耐热性，而且热处理后变形小，回火稳定性好。所以在木工刀具中得到使用广泛，如CrWMn、CrMn、9SiCr，Cr2等用于制造木工铣刀，刀片、钻头、旋刀等多种刀具。

   其它种类的合金钢如弹簧钢65Mn、轴承钢GCr15等，也被木工刀具所采用．

   3.高速钢（又称白钢或锋钢）

   高速钢属高碳高合金钢，它具有高的强度和耐磨性，耐热性好，在6000C左右，其硬度仍能保持在HRC60以上。高速钢刀具的切削速度比碳素工具钢或低合金工具钢刀具增加1～3倍，而耐用性增加7~14倍。

   高速钢的含碳范围在0.7096一1.65％之间。合金元素含量高，一般为15%一2596左右。主要加入元素为钨，铬．钼、钒，个别特殊高速钢还需加钴和铝等。目前用的高速钢，主要是钨系W18 r4V和钨钼系W6M05Cr4V2两类，而W18Cr4V发展较早。优点是通用性强，使用比较成熟，能满足一般性能要求。但其热塑性差、成型较难，而且含钨多、价格昂贵。6M05Cr4V2(6542)的特点是以钼代钨，从而降低合金元素钨的含量并使合金元素总的含量也降低。其热塑性较好，便于成型，热处理时过热的倾向减小，强度、韧性提高，通用性进一步提高，使用寿命延长，而且价格低，故其使用日益增多。

   对于高生产率木工机床上使用的刨刀、铣刀等，为了避免刀钝后换刀的麻烦，则采用高速钢。高速钢价格较高，故大多数把高速钢镶在刀齿上使用，既节省了高速钢又提高了刀具的耐磨性。

   4.硬质合金

   硬质合金是用粉末冶金生产的。特点是硬度高，耐磨性好，特别是在高温下仍能保持高的硬度，有较好的耐蚀性和抗氧化性，热膨胀系数小。但脆性较大，抗弯强度较低。

   目前常用的硬质合金主要有两类，即钨钴类和钨钴钛类。

   钨钴类硬质合金是由碳化钨(WC）和金属钴(Co)组成。其中碳化钨是坚硬耐磨的颗粒，起支撑和耐磨的作用。钴是具有一定韧性的粘结剂，是硬质合金韧性的主要来源。因此同类硬质合金中，钴的含量愈多，其韧性愈好。钨钴类硬质合金的牌号是用“硬”，“钴'i两字的汉语拼音的第一个大写正体字母YG作代号，后面加上含钴量的百分数。

   钨钴钛类硬质合金，除含有碳化钨和钴外，还含一定数量的碳化钛。加入碳化钛能使合金的耐磨性和硬性进一步提高。其牌号用“硬”、“钛”'两字汉语拼音的第一个大写正体字母YT作代号，后面加上碳化钛的百分含量。

   在加工含胶结层的木质复合材料时，国内已普遍使用硬质合金刀具。为了经济起见，大多是将硬合金片焊接或机械夹固在木工刀具上，如硬质合金圆锯片、可转位铣刀片等。

  尽管硬质合金很硬，但由于其本身的脆性及抵抗冲击载荷的能力差，故木工刀具应选用YG类，常用YG6一YG15。

   5.聚晶金刚石

   聚晶金刚石具有较高的硬度和较高的耐磨性，聚晶金刚石的寿命是合金钢的360倍，是硬合金刀具的120倍。聚晶金刚石刀具由德国Lach公司于1979年研制成功的，目前采用聚晶金刚石制造的木工刀具有金刚石铣刀、金刚石粉粹刀盘、金刚石修边刀具等，其使用寿命和表面加工质量均比硬质合金刀具有很大提高，但其制造成本较高。聚晶金刚石木工刀具已在美国，日本、西欧等发达国家得到广泛应用。

   三、切屑的形成隐

   木材切削加工过程中的各种物理现象，如切削力、刀具磨损和加工表面质量等，都和切屑的形成密切相关。

   由于木材组织的非均一性和各向异性，在不同的木材纤维方向进行切削时，切屑形成的规律也就不同=按切削速度方向相对于木材纤维方向的不同，分三个基本切削方向（横向切削、纵向切削和端向切削）和三个过渡切削方向（纵端向切削、纵横向切削和横端向切削).

   (1）横向切削刀刃平行于纤维方向，刀具在纤维平面内垂直于纤维长度方向运动的切削为横向切削。

   (2)纵向切削刀刃垂直于纤维方向，刀具在纤维平面内平行于纤维长度方向运动的切削为纵向切削。

   (3)端向切削刀刃垂直于纤维方向，刀具在垂直于纤维的平面内运动的切削为端向切削。

   (4)纵端向切削是指纵向切削和端向切削之间的过渡切削。

   (5)纵横向切削是指纵向切削和横向切削之间的过渡切削。

   (6)横端向切削是指横向切削和端向切削之间的过渡切削。

   (一)横向切削

   刀具进入木材后，在垂直纤维方向压缩切削层木材，并沿切削层底面剪切切削层木材。当刀具对切削层木材作用的应力超过切削层底面的抗拉强度时，切削层木材被撕开，然后这层木材像悬臂梁一样被弯断，形成一片屑瓣

   在不同的切削条件下，切屑层木材所受力的情况不同，由此切屑形成的特征不一样。

   （1）当切屑厚度a，切削角6都较小时，切向剪应力和法向拉应力均未达到极限值，因此沿切刀前面分离的切屑成无裂缝的连续带状，在其形成过程中，切屑伴有剪移或弯曲变形。但如果靠近刃口处的拉应力达纹抗拉强度时，则带状切屑的背面有裂缝产生，见图13一5(a).

   (2)当切屑厚度a，切削角6都较大时，切向剪应力达到木材横纹抗剪强度，这时形成剪裂状切屑，即切屑剪裂成一个一个的屑瓣堆积切刀前面上，见图13-5(b）.

   (3)在切屑厚度a很大的不利切削条件下，切屑撕裂成瓣状，并在与切削平面分离的同时将加工面上纤维束带起，使加工表面出现凹坑，见图13-5(c).

   显然，在形成带状切眉时.恤T轰面质量最好，形成撕裂瓣状切屑时，加工表面质量最差p 为了获得高质量的单板【切屑）或平整的加工表面，应采取较小的切削角，刀刃上方加压块、，倾斜安装刀片以及木材预先进行水热处理等措施。

   (=)纵向切削

   纵向切削较易形成窰角形切屑。当刀具切入木材时，木材被前刀面在顺纤维方向不均匀压缩，同时沿切削层木材底面剪切。随着力具的移动，刀具对切削层木材在垂直纤维方向的拉力亦逐渐加大，直到拉应力超过木材横向抗拉强度极限时，切削层木材被刀具劈裂，在刃口前出现超越裂缝，形成一片和切削层木材相连的切屑。在刀具继续移动切削时，这片切屑像悬臂梁一样被前刀面弯断，产生一片屑瓣，见图13-6(a)。刀刃从裂缝顶点处继续前移，重复以上过程形成又一屑瓣，直至切刀一次切削行程后而得到由各屑瓣组成的多角形切屑，屑瓣长度随切屑厚度的增加而增加。

   在形成多角形切屑的情况下，由于裂缝的原因，加业表面表质量不理想。但若取小的切屑厚度，锐利的切刀可以形成螺旋状切屑，见图13-600)。这时切削层木材只在与切削平面成E角的平面内产生剪移和弯曲变形，切削面较为平整。

   生产中切削方向与纤维方向不完全一致的纵向切削，如图13 - 7所示。其中图13-7(a)为逆纹切削，图13一7伍）为顺纹切削。在顺纹切削时，裂缝向切屑方向延伸，切刀一边切削一边修去残留屑片，得到的加工表面质量较好。而逆纹切削时，裂缝向加工面以下延伸，故加工表面留有凹凸不平的沟纹。撕裂长度」与沟纹深度y均随切屑的增加而加大，为了得到好的加工表面，切屑厚度值应取小。另外可在刃口前方加一压块，压块产生的压力将阻止裂缝延伸。也可加一断屑器，促使切屑提前折断，减小开裂长度，使裂缝不致于延伸至加工表面以下。

   （三）端向切削

   端向切削时切屑形成面与纤维方向一致。多数情况下生成粒状切屑，一定条件下也可能生成带状切屑。

   当切屑度较大时，一般生成粒状切屑，如图13-8(a)所示。随着刀具向切削区木材内的深入，刀具作用于切削层木材的力逐渐增大。木材纤维切削运动方向急剧弯曲，切削刃下方的纤维受横向拉应力；在顺纤维方向木材又承受剪切应力。当上述应力达到破坏值时；形成粒状切屑，同时在加工面以下木材产生裂缝。

   当切屑厚度小，且刀刃十分锋利时，刀具容易切断纤维，不宜引起纤维的弯曲。因此可获得连续的带状切屑沿前刀面分离，这时加工面质量也好，见图13-8(b)。

   端向切削时，往往获得质量较差的加工面，除了存在裂缝外，还存在着纤维绒毛头，其产生的原因也是由于形成切削面的瞬时，加工面以下的木材纤维被弯曲，而当切刀通过后，部分弹性恢复的纤维，就竖立在加工面上．减小切屑厚度，保持切刀的锋利度均可改善加工面质量。

   四、切削力

   (一)切削力的概念

   木材切削时，刀具切人工件使被加工材料发生变形成为切屑所需的力，称为切削力。

   切削力来源于以下几个方面：克服切削区木材弹性变形、塑性变形的抵抗力；克服切屑对刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面对切削表面和已加工表面之间的摩擦力。以上几个力作用于切刀的前、后刀面和切削刃上。

   将上述几个力简化到前刀面与木材接触区域和后刀面与木材接触区域，如图13-9所示。F。与Fr分别为切削层木材弹、塑性变形压力和切屑与刀前面的摩擦力，两者合力为F，；凡。与几分别为切削表面和已加工表面对刀具的弹，塑性变形压力和摩擦力，它们的合力为F。

   上述几个力的总和作用在刀具上的总合力为FR.为了实际应用，凡可分为沿切削速度方向分力Fx和垂直于切削速方向分力F，．

   F.——切向力或称主切削力，它切于加工面并与基面垂直。凡是计算刀具强度、设计机床功率所必须的，

   F，——垂直力，它垂直于加工表面处于基面内。F，是设计进给机构、压（夹）紧机构、进给功率所必须的。它也是使工件在切削过程中产生振动的力．

   图13-9中所示的垂直力Fy方向向上时，又称它为推力，此时说明切削表面压向切刀上的力比切屑压在切刀上的力更大，促成推力的条件是薄切屑、大切削角．小后角以及钝切刀。o在某种条件下，木材对刀作用的总合力瓦可能是向下方的，这时它的垂直分力Fy的方向向下，则称它为拉力。这时切屑压在刀上的力比切削表面压向刀的力大。促成拉力的条件是厚切屑、L小切削角、大后角及锐利的切刀。

   (=)各因素对切削力的影响

   1.切屑厚度

   切削力随切屑厚度的增加而增大。N.C.FRANZ的实验结果如图13-12所示（该实验是纵向切削情况下得出的，但对其它切削方向也有类似的结果).由图可见，尤其是主切削力酌大更为明显。垂直分力变化较小，并且某些情况下出现向负值移动的趋势，但其绝对值仍是增大的。

   2.切削角度

   当前角减小时，切屑的变形增大，因而用于克服变形的抗力增大。如图13- 10所示，切削力随前角的减小（或切削角的增大）而增大。

   3，木材的含水率

   木材力学性质与含水率有关，当木材含水率在纤维饱和点以下时，木材在所有破坏形式下的强度极限值随含水率增加而减小，强度极限的减小引起切削力的减小，因此切削力随含水率的增加而减小。含水率达到纤维饱和点时，在切削过程中，被破坏的木材细胞中自由水流到刀面与木材间，起到润滑作用，则切削力也减小。如图13-10所示，切削力变化是当含水率分别为1.596.8%及饱和状态时，切削力依次减小。

   上述规律对于基本切削和复杂开式切削都是适合的，对于闭式切削（如锯切）则出现相反的关系。

   4.树种

   不同树种具有不同的力学特性，一般来说密度和硬度大的木材比密度和硬度小的木材所需切削力要大，但所需切削力的大小还与木材的纤维构造和内含物有关。即使同一树种由于立地条件，从树干上切取位置、含水率等条件的变异，所需切削力也不尽相同.'

   5.切削方向相对于纤维方向

   切削力随切削方向与纤维方向之间夹角的大小而变化。在三个基本切削方向中，端向切削力最大，纵向切削力次之，横向切削力最小。对于过渡方向切削，总体说来从纵向切削过渡到横向切削时，切削力由大逐渐变小；纵向切削过渡到端向切削时，切削力由小变大；横向切削过渡到端向切削时，切削力也由小变大，

   6.刀尖半径r

   真实的刀刃并非是前、后刀面的交线，而是连接前、后刀面的过渡曲面。因此，即使刚刃磨过的锐利刀刃也具有一定的圆弧半径值r.随切刀工作时间的增加，刃口逐渐变钝，即r增大。浊大，切屑变形愈大，木材对后刀面的挤压、摩擦也增大，结果引起切削力迅速增大。

   第二节锯切原理及锯子

   锯切是木材加工中广泛采用的一种切削方式，常用刀具为带锯条和圆锯片．

   一、带锯条

   带锯条是一根一边（或两边）开有锯齿的环形钢带，用两只锯轮张紧，使它高速旋转，由工作边缘的锯齿来纵向剖分（又称纵锯，进料方向与纤维走向一致）木材，以获得一定厚度和宽度的板材，亦用于曲线锯解木板及各类木质或非木质人造板。

   带锯条由锯身和锯齿两部分组成，锯齿各部分名称如图13一11所示。

   一)带锯切削原理

   1.带锯齿的切削

   带锯齿切削时同有三条刃口参与切削，即主刃和两只侧刃．因此，每只锯齿一次切削后同时形成三个加工面，锯路底及二侧锯路壁。这三个加工面围成的空间称之为锯路。

   带锯齿切削木材的过程分为切屑形成和切屑的移动与贮存两个阶段，如图13-12所示。带锯齿的主刃切削角cl<900，主刃的切削方向与纤维走向垂直，即主刃作端向切削。在锯齿沿运动轨迹线向木材切入一定深度时，主刃作用材纤维的抗拉强度，锯路底1一2一3一4的木材被切开。几乎与此同时，锯齿前面挤压被切开的这部分纤维，使其二侧面与锯路壁木材产生顺纹剪切，从而形成一屑片。屑片在前齿面压力和其本身与锯路壁木材的摩擦力联合作用下，沿前齿面向锯齿底部移动，并贮存在齿槽内。锯齿在木材内继续移动，重复以上过程切下一片片切屑，并层层聚积在齿槽内，最后随锯齿离开木材而散落。当切削用量选择不当（如进给速度过大)、或齿形设计不合理，就会有更多的切屑散落在锯身与锯路壁之间，加剧了锯身侧向挤压力，成为锯条不稳定因素之一，

   另外，若锯齿齿刃变钝，则锯路底木材的变形深度扩大，纤维不是被切断，而是被弯曲，蛀裂，因此形成的锯路底将不在主刃的运动轨迹线上，而是向母材内延伸，其结果造成每齿切削厚度不一，材面质量不好，切削动力也大大增加。

   2.锯切运动学和切屑几何学

   如图13- l(b)所示，带锯条锯切木材时，锯条被张紧在两只锯轮上，由锯轮驱动带锯条的运动为主运动，木材作等速直线进给运动，锯条切削部分为位乏二锯轮中间工作边的直线段。主运动速度和进给运动速度由以下公式计算：中 v——丰运动速度，m/s D-一一锯轮直径，mm 一锯轮转速，r/min Zn——锯轮转一圈时锯条参加切削的齿数t一齿距，mm 【——进给运动速度，m/min Un——锯轮转一圈时木材的进给量，mm uz——每齿进给量，mm

   如图13-13所示，合成运动速度p，为上述=种运动的矢量和，其方向与主运动之间的夹角岱m称为运动后角，因tgou，=u/v=常量，所以各齿在木材内的运动轨迹线为互相平行的斜直线。它们就是材面的锯痕。

   沿进给方向量得的相邻=轨迹线之间的距离为每齿进给量uz：中 uz——每齿进给量，mm t——带锯条的齿距，mm ，叽一运动屁角，合成运动速度刃，方向与主运动p之间的夹角，(o)p——主运动速度，m/s u一进给运动速度，m/s 沿相对轨迹线方向量得的相邻二轨迹线夕间距离为切屑名义厚度a：a=u,sino 中 a——切屑名义厚度，mm uZ一一.每齿进给量，mm 0——运动遇角，p，方向与U方向之间的夹角因为锯切时，uz与8不变，所以切屑厚度a为[一常量。

   锯齿在木材内一次行程长度，即切屑名义长度」：巾 l一切屑名义长度，mm 珏一被加工材料高度又称锯路高度，mm 由于带锯机的主运动速度较木材的进给速度大得多，因此v'≈U，即Ctm一00'0一900，所以a≈uz,I≈H。

   (=)带锯条

   1.锯身尺寸

   （1)锯条长度L 锯条长度决定于带锯机的结构，由以下公式确定：冲 L一锯条长度，mm d-一——锯轮直径，mm ．下锯轮的最大中心距，mm

   (2)锯条宽度B 锯条的初始宽度按锯轮轮缘面宽度确定，即：B=B轮+h+A式中 B一锯条宽度，mm B轮——锯轮轮缘面宽度，mm h——齿高，mrn A一加工余量，mm

   为了避免齿根擦伤轮缘面，所以上述公式中加工余量A=5一10mm，锯条因多次刃磨逐渐减小，当用掉初始宽度的3096时，应更换锯条。

   (3)锯条厚度s 锯切时，带锯条在锯轮上因弯曲而造成的应力值，占带锯条许用应力值的大部分。为控制弯曲应力，锯条厚度的最大尺寸由锯轮直径d决定：s=(0.0007 0.001)d

   带锯条厚度表示方法有两种，一是用mm表示；二是用测量铁丝粗细的英国伯明翰铁丝规格(B.W.G)表示，习惯上把后一种叫作号。

   2.锯齿

   (1)锯齿参数锯齿的主要尺寸参数是齿距与齿高h。

  齿距是决定锯齿大小的主要依据。齿距小，齿数多，切削时每齿负荷量小，锯齿耐用，且材面粗糙度低：但是齿距太小，容纳切屑的齿间面积小，排屑困难，进料费力，并造成锯屑在锯身两侧和锯路壁之间的挤压，加大摩擦，锯身会发热而振动、跑弯。反之，齿距太大，排屑顺利，有利于提高进料速度，但每齿负荷大，锯齿不耐用。一般情况下，考虑到锯齿强度，齿距的大小可以根据锯厚s并参考被加工材的软、硬和锯料形式确定。再剖带锯条的齿距t=(30'50)s，齿高大小对锯切影响与齿距相同，即齿高过大，齿体弱，切削时锯齿易振动、折弯；反之，影响切屑的贮存与排出。再剖带锯条的齿高按下式确定：对于直齿背          h=(0.25一0.30)t 对于凸齿背         h=(0.30～0.35)t 细木工带锯条锯齿的尺寸在较大程度上取决于锯条宽度，可用以下公式确定：t=(1.5-2.0)、/B h=(0.5-0.6)t,

   为了避免齿底应力集中和切屑流出不畅，齿底均应圆弧过渡，'叶般圆弧半径r=o.=0.15t,

   (2) 锯齿齿形及角度参数带锯条锯齿齿形，如图13- 14所示。最常用的为直背齿，其齿刃锋利、刃磨方便，适合在各种规格的锯机上加工软材或硬材。其中齿底略加长的直背齿，可以增加齿槽容屑量，它适用于薄锯条。凸背齿，锯齿上部加强，适合于大带锯上粗加工用。细木卫带锯齿只适用于窄锯条细木工带锯机上．

   再剖带锯条锯齿的前角可选择大些，一方面减少切削力，另一方面也减少了工作中带锯条从锯轮向后移动的推力。但是前角增加，应该与被锯材性质和对锯齿强度的要求相适应，一般锯软材时y=250～350;锯硬材时y=50～250，楔角是反映锯齿本身强度和锋利程度的角度。楔角小的锯齿切削力和进料力都可减少，但齿体弱，锯齿易弯曲，一般锯软材时p=350～450;锯硬材时3=450～550.后角大可以保证齿背不与锯路底木材产生摩擦，但后角过大，在前角一定时，会削弱齿尖。一般a=150一250.

   细木工带锯条锯齿，因其用在又窄又薄的锯条上，所以楔角应较大，一般采用：y=00-50、,B=500～600、优-300～350.

   (3)锯料锯齿都要修整锯料，以便使锯路宽度b大于锯身厚度s。这样锯身能在运行时不会由于锯路壁木材的弹性恢复而被夹紧、摩擦。

   锯料有压料和拨料两种。压料法是通过压料工具将锯尖局部压扁加宽，见图13-15（a）;拨料法是通过拨料器将相邻二齿（或中间间隔1～2个齿）轮流交错向左。右拨弯，见图13一15(b).

   两种不同锯料黹切削俱副的韧削槛断面形状是不同的，如图13一15(c)所示。压料齿每齿都在锯路的全宽上切下切屑，切屑横断面近似为=矩形，切削厚度aA=ZLz；而拨料齿每齿不是在锯路全宽上切下切屑，切屑平均厚度两种锯齿切削效果有以下不同：①压料齿锯条受力通过锯身厚度方向中心线；而拨料齿锯条受力忽左忽右，因而锯身稳定拨料齿较差。②当uz相同时，拨料齿在材面上的锯痕之间宽度（撕裂长度）为2uz；而压料齿为uz’所以压料齿所得加工面质量好．③当齿形，齿距相同时，压料齿齿室容积大于拨料齿约2596，因而压料齿有利于提高生产率（进给量)。通常再剖带锯条锯齿都采用压料法。

   锯料大小用锯料量s'表示，一般s'一(0.2～0.45)s.厚锯条选小值，薄锯条选大值。理论上的锯路宽度（不考虑锯路路壁木材的弹性恢复)b=2s'+s，一般原则是锯路宽度不超过锯厚的一倍，即b≤2S。选择锯料量时，锯软材比锯硬材，湿材以及含树脂或胶质木纤维多的木材要大一些。

   二、圆锯片

   在现代化木材加工企业中，各种圆锯作业占全部机械加工的50％以上。因为利用圆锯可将厚板剖分成薄板（即纵锯》亦可将木材横纤维截断（又称横锯——进料方向与纤维走向垂直)，还可相对纤维任何方向斜锯。尤其各种人造板的大量使用，圆锯使用比例愈加增多。圆锯片由锯身和锯齿两部分组成，各部分名称如图13- 16所示。

   (一)圆锯切削原理

   1.圆锯片基本齿形及其切削

   圆锯片基本齿形分为纵锯齿与横锯齿（图13-16).它们的主要区别是：纵锯齿主刃切削角8<900，前角y以“十”表示，与带锯齿相同。横锯齿6≥900，前角似“一”表示。

   圆锯片的纵锯齿切削木材情况类似于带锯条的锯齿，主要由主刃切断纤维，只是主刃在进人材面时作纵端向切削，继而逐渐改变切削方向，在离开木材时作近端向切削（图13-17)，故切削阻力时刻在变化。为减少切削阻力，锯齿需有适当的前角，一般无需斜磨。切屑的生成情况类似于带锯条的锯切，见图13-12.

   圆锯横锯时，若用主刃切削角6<900的纵锯齿切削，如图13- 18(a)所示；主刃作横向切削切出锯路底(l一刃斗4.)1.二侧刃垂直纤维只切断其接触到的部分纤维j切屑二侧大部分未被断的纤维，在齿前面的挤压下，受到很大的阻力，最后只能从锯路上拔下来」致使动力消耗大，材面质量恶化。因此，横锯时应采用主刃切削角6≥90。齿形，如图13-26(b)所示。使锯齿侧刃先切断锯路壁纤维，即切屑二侧首先与木材分离，切屑与锯路底连接面以及切屑底面在齿前面作用下，发生剪切破坏，极易与木材分开。

   因横锯齿主要靠侧刃作端向切削，为使侧刃锋利，均应对锯齿进行斜磨，并采用拨料。

   图13-' 19表示二只圆锯横锯齿切削木材的情况，首先由齿尖在木材表面刻划，随着齿的深入，二只齿的侧刃分别切开两侧锯路壁。在二只齿前面 A\\作用力的分力F3的相向作用下，将锯路中间的木材剪切而生成切屑。  ，

   2. 圆锯切削运动学及切屑几何学

   锯切时，圆锯片等速回转运动为主运动。进给运动，可以由木材作等速直线进给，也可以由圆锯片完成进给运动。

   主运动速度和进给运动速度由以下公式计甄），一主运动速度，m/s 珞一进给运动速度，m/min D——锯片直径，mm z一锯齿数；t——齿距，mm 忻一锯片转速，r/min uz——每齿进给量，U一每转进给量，mm 以上两种运动的合成运动轨迹线应为一摆线，如图13-20所示。由于主运动速度比进给运动速度大得多，在确定切屑几何参数时，切削轨迹近似以圆弧曲线代替。

   圆锯锯切时，运动遇角8旱恋化的，锯路最高点处的8角最小，锯路最低点处的6角最大，计算时通常取锯路高度中点的8角为平均运动遇角O。v:锯片与木材的接触弧长为切屑的名义长度」：

   切屑名义厚度a，应由相邻二切削轨迹的法向量得出，见图13-28。圆锯切削时随锯齿在接触弧上所处位置不同，切削名义厚度值不同，锯路最高点的切屑厚度最小，锯路最低点的切屑厚度最大。计算时取平均切屑厚度偏v：拨料齿切下的平均切屑厚度a往压料齿切下的平均切屑厚度aA:3.圆锯切削用量的选择

   圆锯锯切时需要适当的进料速度．若进料速度过慢，不但材面因摩擦发热易被烧焦，而且容易起毛。同时由于每齿切削量过小：因过多摩擦而使齿尖加速磨损，导致使用寿命缩短。当然进料速度过快，一方面使锯齿过载，另一方面材面也会十分粗糙。

   圆锯片回转速度增大，切屑厚度减小，.：侮垢切削阳力斌瓜'hnT面耜惝摩倔-劏材田绽区址密一般为2500～3000r/min，木工用小圆锯为3000一4000r/min。硬质合金锯片耐磨性好，一般数较少，使用时转速可在4500r/min以上。

   (=)圆锯片

   1.锯身尺寸

   锯片直径D 锯片直径的选择与锯机结构有关。当锯轴配置在被加工材料之下时，锯片最小直径Dmin由下式计算：当锯轴配置在上时：最后确定的锯片直径D:c一锯轴中心至工作台面的距离，mm H——锯路宽度，mm h——齿高，mm d。——夹紧锯片的法兰盘直径，mm A一考虑锯齿重磨，沿径向的磨损量，A≈25mm 锯片内孔直径d由锯机主轴直径确定#锯片厚度s，按下式计算：s=(0.08-0.15)./D

   2.锯齿

   (1)圆锯片锯齿形状，如图13-21所示。

   图13- 21(a)、(b)、.(c)为普通钢锯片纵锯齿形。其中(a)适用于锯硬材；(b)适用于锯软材；(c)适用于高质量锯切．该种齿前。后面斜磨，一方面改善主刃坍削条件（由端向切削改为纵端向切削)，另一方面使侧刃更为锋利，以修光锯路壁。采用该种齿形的圆锯片，锯身成内凹状，因而无需拨料。若为普通等厚度锯身，拨料量也应很小(s'=0.5mm）.

   图13一21(d).(e)为普通钢锯片横锯齿形。其中(d）适用于锯软材；（e)适用于锯硬材，亦可用高质量锯切。

   图13一21(f)、(g)、(h)为硬质合金锯齿。其中(f)用于横锯极硬材．细木工板、刨花板、胶合板及装饰饰贴面板的粗锯；（g)用于纵锯极硬材与木质纤维板油l）适用于要求高质量的各种人造板的锯切。

   锯齿尺寸对于普通钢锯片齿高坛齿距t，齿底圆弧半径圾齿后面长度l可参考表13-2选择。

   硬质合金圆锯片齿甑较同直径钢锯片少，但锯切人造板时，为防止uz大而使人造板边缘崩裂，齿t数反而多，一般齿高h=(0.35～0.95)t，齿底圆弧半径r=(0.15～0.30)t.

   3）锯齿角度参数圆锯片锯齿角度，除切削各伯度('y、丑、oc)外，还要考虑以下两种角度：

   斜磨角㈡，它是锯齿前（后）面与垂直于锯身平面的面之间的夹角，其作用是增加侧刃的锐利度，也兼改善主刃的切削条件。

   内凹角又：和侧隙角，12，它们是分别从不同锯齿视图上测量的齿侧面与锯身平面（或锯路壁平面）之间的夹角，其作用是减少锯身与锯路壁之间的摩擦。

   3.刨削锯片

   刨削锯片是指锯出来的材面质量接近刨削质量的圆锯片，其锯身由齿缘向中心成内凹状。由于锯片内凹，无需拨料，锯齿侧隙角甚小，因而锯出的材面粗糙瘴枬倔-觎削锯片的齿形分为普通齿和组合齿。图13-22（a)为组合齿刨削锯片的一部分，锯齿成对出现，每组锯齿中有2～4 只斜磨直背的横锯齿（切齿）及】只直齿背的纵锯齿（刨齿).两种齿之间在锯片半径方向相差0.3～0.5mm.刨齿的作用是把切齿留在锯路内的呈三角形的切屑切除掉，以减少锯路内木材对紧跟着切入木材的切齿的挤压力，从而减少切削阻力和进料阻力，如图13-22(b)所示．

   4.硬质合金圆锯片

   硬质合金圆锯片，是在普通钢锯片的齿刃上焊接硬质合金片而成，如图13-23所示。由于硬质合金材料硬度高、耐磨性好，特别是红硬性高，因此硬质合金片使用寿命长，生产效率高。又由于合金齿是在精成类似于刨削锯的齿形，所以硬质合金片的锯切质量也高。

   合金锯片齿数比钢锯片少，一般选择锯片齿数时，对于横向锯截、进料速度高．被加工材料厚，切削质量要求高以及锯切人造板的场合，合金锯片齿数要比在纵锯、进料速度低、被加工材料薄、质量要求低，锯切木材的场合所选的多。

   合金锯片上均开有几条缺口，这是因为当锯片工作急剧发热时，作为周边部分产生热应力时的膨胀间隙，同时还能起到降低噪声的作用，见图13-23(a).

   图13- 23(c) 为组合齿的合金锯片，即三齿中之一齿为梯形齿，它的切削半径比其余二齿大0.3mm，两边磨成450.切削时，梯形齿先开出槽，其切屑宽度为b，剩下锯路两边的切屑宽度各为(B- b)/2的材料由纵锯齿切去。这样的齿形组合可以减少锯齿切人时的冲击力，从而延长合金齿的使用寿命。该组合齿形更适合于锯切碎料板。为避免被加工碎料板边缘崩裂，其中的纵锯齿可以斜磨齿前、后面'，以增加剪切效果。’

   采用硬质合金圆锯片时，应选用较高的切削速度，才能充分发挥其优越性。一般锯切软材推荐取60一90m/s，硬材取50～70m/s;锯切人造板推荐取60一80m/s.与上述相应的」进料速度推荐取10 40m/min,10 30m/min,10 20m/min"

   使用合金齿锯片，应注意及时刃磨，既能保持齿刃的锋利又能延长合金片的使用寿命。修-jjj - -j - - -磨设备应是精密专用磨锯机，切忌用手工在砂轮机上修磨。刃磨应采用金刚石或绿碳化硅砂轮。变钝齿刃主要磨齿背面，齿喉面可略光一下或不磨。

   5.方形锯片和安全圆锯片

   (1)方形锯片如图13-24(a)所示，方形圆锯片各组齿的第一个齿为刨齿，其余为切削齿【进料轻快，动力消耗少，尤其适合于锯切湿材和含树脂多的木材。因为圆周上具有没有齿的部分，因而冷却效果良好。

  （2)安全圆锯片如图13-24(b)所示，安全圆锯片齿数少，一般为8一1 2只。在齿间具有比齿尖稍低的圆周，因而可以限制进料速度，避免切削负荷过大。最大进料速度取决于齿尖突出圆周量h、齿数z和转速n.该锯片具有工作平稳，所需动力少，工作安全等优点。

   6.粉碎用圆锯片

   在双面开榫机上，作为截断用的圆锯片应加粉碎锯齿，以便将切下的材料切成碎片，有利于进入吸尘管中，否则切下的大块材料堆积在锯片附近，易造成反弹伤人。图13-25(a）为将分割式锯片作螺旋状排列；图13-25(b)则使用开槽铣刀与锯片组合使用。

   摆动圆锯片是将普通锯片倾斜安装在回转轴上，回转时锯片成摇摆状而得名，如图13-26’26所示。锯片如此安装可以加工沟槽，加工沟槽的宽度由锯片倾斜度的大小而定，最大可调至36mm.

   因锯片倾斜安装，动平衡状态不良，故转速不能太大，进料速度也应较低，山般适用于样品制作或小批量生产。

   第三节铣削原理及铣刀

   铣刀广泛用于加工平面、成型面、榫头、沟槽以及工艺木片等。

   铣削类型如图13-27所示，按主运动方向相对于进给运动方向分有：逆铣[图13一27(a)]、顺铣[图13一27(b)]；按切削方向相对于纤维走向分有：纵向铣削[图13一27(a)、(b))、横向铣削[图13一27(c))和端向铣削[图13一27(d)l.还有其它分类法，不再一一列举。

   (a）纵向铣削（逆铣) (b）纵向铣削（

   一，铣削原理

   铣削主运动为铣刀作旋转运动，主运动速  ＼、度为：v——主运动速度，m/s D一铣刀切削圆直径，mm ’n一铣刀转速，r/mi 进给运动由木材完成，，进给速度以LL，、n.、uz表示，它们的关系是：——进给速度.m/min Un——每转进给量，mm Uz——每齿进给量，mm 1.切削轨迹及切屑几何参数

   铣削运动轨迹应为上述=种运动的合成运动轨迹，为一摆线，如图13-29所示，

   由于U>>u，所以在确定切屑几何参数时，将切削轨迹近似看做铣削圆的一段圆弧曲线，即图13一30上的两相邻弧线。

   铣削厚度为相邻两切削轨迹之间的垂直距离。由图13-30可见，铣削时随着刀齿切人工件的位置不同，铣削厚度是变化的。在逆铣时，铣削丰运动方向与进给方向相反，切屑厚度由零变大；反之，顺铣时，主运动方向与进给方向一致，切屑厚度由大减至零。]一般按铣削弧线中点处的平的平均切屑厚度计算。

   U，——每刀进给量，mm h——铣削深度，即已加工面与待加工面之间的最短距离，mm D——铣削圆直径，mm

   2.铣削表面的运动不平度

   用圆柱铣削加工平面时，加工面粗糙度的主要指标是刀刃在加工面切出的波纹度e和波t 深度y，见图13-28.波纹深度的近似计算式为：

   若刀头上所有刀齿铣削圆直径一致，则e=uz。

   若铣削半径差值较大，加工面上的波纹实际只由一只刀齿形成，则e=u，，=UzZ。

   由以上讨论可知，增大铣刀直径D或减小进给速度u均可降低波纹深度，。当u一定时，可增加刀齿齿数z和铣刀转速m当z和九一定时，需降低U。

   二、铣刀

   铣刀种类繁多，下面按铣刀的结构和用途举例介绍。

   (一)整体铣刀

   整体铣刀系切削部分与刀体做成为一体的铣刀，其优点是使用安全，适用于零件的大批量生产。

   1.用整块钢材制造的整体铣刀

   这类铣刀用整块厚钢板或圆钢加工而成，具有加工圆弧、倾斜面以及任意截面形状的铣刀。这类铣刀齿背曲线为阿基米德线。这样铣刀经过多次刃磨后，刀齿后角变化很小。刃磨时只要在保持前角不变的情况下刃磨前刀面，则刀齿的截面形状可以一直保持到铣刀磨耗至不能再用为止。因而对大批量生产零件的加二E精度很高。图13-31为这类铣刀的结构图。

   零件断面形状若具有如图13一32(a)所示半圆状时，则刀齿两端的侧刃处应适当倾斜，倾斜角又=100，其目的是避免该处刀齿侧面与加工面摩擦。零件断面形状若具有如图13一32(b)所示的直线区段时，则刀齿相应处应斜铲，斜铲角z=2。～30.

  2.焊接合金刀片的整体铣刀为了提高刀齿的耐磨性，大都采用高速钢或硬质合金片焊接刀齿上的整体铣刀。

   图13-33为加工沟槽用铣刀。其中图(a)用于顺纤维铣削，y=20。～30。，ot=10a一15。，为免刀齿侧面与槽壁摩擦，侧隙角，1.=3。，刃磨时只能磨后面，以免槽宽减小。图(b)为横纤维钏槽用，除切削齿外，铣刀还有割断纤维齿。由于横纤维铣削阻力小，切削齿前角y=30。。割断纤维齿用于加工槽壁，因作端向切削故割齿y=一450，并且应比切削齿沿半径方向突出0.5mra.

   图13一34为加工小平面或半沟槽的直刃铣刀，为减小切削阻力，改善切削质量，前刀面可斜磨，刀刃相对回转轴倾斜'/=150～2000该铣刀还常用于加工具有装饰贴面人造板，此时刀刃倾斜方向与贴面配置应按图13-35配置，轴向力将贴面压向板，从而保证质量。

   图13一36为具有进料速度限制棱的铣刀，限制棱沿半径方向低于切削刃0.8^-1.1mm。限制棱可控制切屑厚度，改善加工面质量，还可防止加工材料反弹，安全性好，尤其适于手工操作。刃磨时，限制棱也应刃磨。

   图13 - 37为加工指形榫铣刀。其中图13 一37(a) 为多齿指形榫铣刀，可加工指榫较长(10～22mm)，齿距3.8一6.2m，刀头直径160～260mm，n一6000～8000r/min。图13-37(b)所示的指形榫铣刀，能加工的指榫较短，用来在板材的侧边加工指榫，以便侧边拼合。图13-37(c)为单片=齿指形榫铣刀，前角15。，后角300.按加工零件厚度，数片铣刀螺旋排列组合使用，这种指形榫铣刀可以加工榫头长度为15～60mm.以上三种指榫铣刀一般均刃磨刀齿前面，以保证指榫尺寸。

   图13一38(a)为加工直角箱榫的双齿钩形铣刀。切削部分有三种    形日：，斜铲角.t=l。～2。，齿背为直线，刃磨齿背；图13一38(c)为刀齿侧面内凹，内凹角元=l。一2。，齿背为曲线，刃磨前齿面；图13-38(d)为刀齿前面具有窄棱，窄棱宽度1一2mm，齿背为直线，刃磨齿背。

   (=)装配铣刀

   装配铣刀是将刀片用机械方法装夹固定于刀头上的铣刀。因刀片可以更换，一只刀头上可装置加工各种型面的刀片，故其使用范围甚大。

   1.圆柱铣刀

   圆柱铣刀用在刨床上加工平面，习惯上称作刨刀L

   (1)刨刀片如图13-39所示，刨刀片为平直状刀具，分薄刀片与厚刀片两种。厚刀片装于方刀轴上，铣削厚度差较大的工件，为便于装夹，刀片上开有开口（或闭口)槽。薄刀片则装于圆刀轴上使用。

  薄刀片的厚度s一般为3～4mm，而厚刀片一般为7一10mm。薄刀片的宽度B为30，35、40、45mm，而厚刀片为65、70、75……120mm.刀片长度L取决于机床规格。薄刀片的楔EEE，O 角戶=400～500，而厚刀片戶=350～4500前角y与机床结构有关，y=arcsin言（式中R为铣削半径，c为刀轴中心至刀前面距离)，一般为20。～30。。刀片其它尺寸，见图13-r56.薄刀片若将刀刃作成焊接式，焊接硬质合金片厚度最小为Imm.

   (2)刀轴刀轴有方形与圆形两种，见图13一40(a).方刀轴结构简单、制造容易、装刀方便，可装夹不同厚度的厚刀片，见图13-40(b).但方刀轴夹紧刨刀片不甚牢固，回转时噪声大，且前角值过大（约400左右)，所以近年已较多使用圆刀轴。因为圆刀轴夹紧刨刀片可靠，回转噪声较小，允许采用的转速较高(6000r/min)。

   圆刀轴在圆柱体上开有装夹刀片的沟槽，沟槽数有2、3、4、6、8等。刨刀前角随沟槽壁之倾斜度可在0。～300范围内调节。圆刀轴刀片的几种固定方式，如图13一40(c)所示。它们皆采用螺钉、楔块夹紧。所不同的是第一种用螺钉调刀片伸出量，调节精度高；第=种采用弹簧调节，比较方便；第三种的夹紧用楔块、螺钉径向配置，封闭性较好，冈而回转噪声小，螺钉下面装有止推轴承，增加螺钉转动的灵活性。

   (3）螺旋刨刀螺旋刨刀的刀刃呈螺旋状，工作时刀刃逐渐切入木材，且一只刀齿尚未切离时，另一只刀齿已依次切入，因此切削力变化小，刀轴工作平稳，不仅提高了铣削质量，也增加了刀具的耐用度，并降低了噪声。但螺旋刨刀在制造和刃磨上均较为困难。

   螺旋刨刀形状，如图13一41所示。图13一41(a)是将分段刀片焊接在按螺旋线分布的分段刀体上，每一小刀片都是直刃平面，避免整体螺旋刀片制造上的困难；图13-41(b)是将分段直刃刀片装夹在螺旋线槽内；图13-41(c)是将薄刀片，用螺旋状楔形压条和夹紧螺钉装夹在刀轴上的螺旋线刀槽中，使刀片扭曲成螺旋状。

   (4)刨刀的调整刀轴上各刀片的刀尖应力求处于同一切削圆周上，使它们达到相同的切削作用，以提高工作效率和工件加工表面的质量，同时也延长了刀具寿命。所以装刀时，应采用对刀样板或仪器。

   2.成形铣刀

   装配铣刀用于成形铣削的刀头结构、刀齿形状甚多，现举例介绍如下。

   (1)方刀头上安装成形平刀片的铣刀这种铣刀是将成形平刀片用螺栓夹固在方刀头上而构成，如图13-42所示。其缺点是手工刃磨费工，精度低，要仔细地平衡月对刀，并且夹固也不太可靠，使用不甚安全。但由于这种铣刀制造简单，成本低，适用小批量加工要求，所以在国内一些工厂仍然得以使用。

   刀刃各点高度与刀头尺寸有关，若将以上作图得到的刃型刀片用在尺寸不同的刀头上，那么加工得到的工件截形尺寸将有所变。

   该刀铣削时，刀片需承受相当的切削阻力，故刀片应具有一定厚度才能保持足够刚性，以免切削时刀片振动，影响加工质量和发生危险。

   成形刀片楔角丑-"35。～450的大值适用于加工深截形零件

  当零件形状复杂时，可分段制造刀片，交替安装于刀头的四面上，见图13-42(b).

   (2)圆刀头铣刀由于上述方刀头的缺点，新型末工机床大多采用圆刀头结构。其夹固可靠性、封闭性以及能得到合适的前角值等方面，均比方刀头好，

   图13-43(a)为加工零件截形较深的铣刀。当刀头直径为160，180、200mm时，廓形深度为15、22，30mm.刀片厚度如用高速钢制造时为8mm，如用司太立合金制造时为10mm，

   刀片夹固如图13-42(a)所示，刀片与刀头接触面上都铣有齿形槽，以保证夹固更牢靠。

   图13-43(b)为具有切削厚度限制棱的铣刀，加工时材料几乎没有反弹，适合于手工进料。刀片与限制棱通过大、小楔块夹紧。刀片上还有二只圆孔，套在小楔块上的二只小圆柱销上，以使刀片装夹更为紧固。刀片均是刃磨后刀面，应在专用磨刀机上刃磨。

   (3)圆柱形开榫铣刀这种铣刀，一种是刀刃平行铣刀回转轴线，另一种是刀刃相对于铣刀轴倾斜一个四角，以改善切削条件，提高开榫质量。新型木框直榫开榫机的刀头均为后者，如13-44所示。由于刀刃倾』瀞了一个角度，所以刃口不是苴线而是圆柱表面与前刀面的交线，此交线为椭圆曲线的一部分。刃口形状可由作图得到。

   片刃磨后面，按得到的刃口曲线作检查样板，检查刀刃刃磨的正确与否。若刃口曲线刃磨得不正确，加工出的榫头会出现凹凸，  

   为了使加工的榫头榫肩光洁，在刀头端面装有2～3片割刀，割刀突出刀片刃口）．5一0.8mm，以便先割断榫肩纤维。

   (4)指形榫铣刀．加工指形榫装配铣刀，如图13-45所示。它是由若于只圆弧形指形榫刀齿串在螺栓上，由上、下圆盘和紧固螺母将它们夹紧。

   刀齿后表面为圆弧曲线。由于刀齿用钝后，转一角度刃磨后可继续使用，所以圆弧刀齿使用期长，材料利用也经济。

   这种铣刀使用时，要注意保持装刀尺-.yc 和前角y不变，以保证指形榫尺寸精度。圆形刀齿连同刀头一起刃磨，1刃磨前刀面时应保持切削前角y不变。

   (5)转位刀片铣刀  图13-46为装转位刀片的铣刀。转位刀片一般用硬质合金制造，加工软材时也可用高速钢。直接用螺钉或用楔块把刀片装夹在刀头上。因力片一边刃口＼·用钝后可转位使用，节约了换刀、调刀时间、刀片上各边刃口全用钝后，可集中刃磨或回收。

   (6)组合铣刀组合铣刀系将加工不同型面的单个铣刀组合在一起而成，由于不同刃型铣刀的组合，可以加工各种复杂型面.也有的是利用铣刀之间相对位置可以调节，刃磨后可保证配合零件的尺寸精度。

   图13一47为加工榫头或榫槽（零件侧面）的组合铣刀，刃磨时仍组合一起磨前刀两1磨后只要将二铣刀相向并拢，则可保证榫槽宽度不变。

   图13一48为加工斜角接头组合铣刀．

   图13-49为加工正反廓形组合铣刀，

  （三）柄铣刀具有尾柄的铣刀称之为柄铣刀。使用时将尾柄装夹在机床主轴夹头或套筒内。柄铣刀主要用于铣削沟槽或榫槽，也可以成形铣削零件侧面或仿形铣削。

   柄铣刀铣削榫槽时，铣刀旋转作主运动的同时，还作二种进给运动：一是沿轴向进给，靠端刃加工出槽的探度；二是垂直于铣刀轴线作侧向进给运动，完成榫槽长度的加工。

   常用加工榫槽或在零件侧边进行平面铣削的铣刀结构，如图13-50所示。为避免端刃与槽底面摩擦，端刃后角为200～250，并向轴中心线内凹20;为避免侧刃与槽壁摩擦，侧刃后角为100~15。，前角为30。～350。

   图13一50(a)为非铲齿柄铣刀，即侧刃后面为圆柱面，为获得后角，工作时需偏心装于回转卡盘上。图13一50(b).(c)为铲齿柄铣刀，即侧刃后面铲制成一定曲线，工作时自然形成后角。

   图13-51为几种焊接硬质合金刀片的柄铣刀，近珲来得到普遍采用，

   第四节钻削原理及钻头

   钻削是通过钻头的旋转以及钻头或工件（木材）沿钻头轴线方向的相对直线运动，在工件上加工通孔或非通子L(又称盲孔）的一种切削方式，钻头的旋转运动为主运动，钻头和工件之间沿钻头轴线方向的相对直线运动为进给运动，在木材加工中，钻孔一般是为连接不同零件的需要而进行的加工工序，因此，钻孔质量的好坏直接影响到零件的连接强度和质量。

   一、钻削原理

   (一)钻头的结构及钻削种类

   1.钻头的结构

   如图13-52(a)所示，钻头由三大部分组成，即工作部分、颈部（钻颈)、尾部（钻柄)。

   钻头的工作部分又分为切削部分和导向部分。切削部分由前刀面、后刀面、主切削刃，横刃、沉割刀、导向中心等部分组成。

   钻头的导向部分，有的是圆柱体结构，有的是螺旋体结构。螺旋体钻头有螺旋槽，能够更好地容屑和排屑。

   作为钻头的结构要素还」斜角e等。

   2.钻削种类

   根据相对于木材纤维方向的钻孔方向，钻削分为横纹钻削和顺纹钻削两种。钻孔方向垂直F木材纤维方向的钻削，称淘横纹钻削，如图13一53(a)所示．横纹钻削时要采用锋角2小=180。，具有沉割刀的钻头，此时沉割刀作端向切削把孔壁的纤维先切断，然后主刃切削孔内的木材，从而保证了一定的孔壁质量。钻孔方向与木材纤维方向相一致的钻削，称为「「「「「「「「「「顺纹钻削，如图13-53(b)所示。用做纵纹钻削的钻头，刃口】相对于钻头的轴线倾斜，锋角2仂<180。，即锥形刃磨的钻头，这时刃口呈端横纹切削而不是纯端纹切削。

  (二)钻削运动学和切屑几何学

   钻削时，钻头绕自身的轴线旋转，为主运动；同时钻头或工件沿钻头轴线方向的相动，为进给运动。两个运动的合成，使刃口各点的轨迹成为如图13-54所示的圆柱螺旋线。

   刃口各点的主运动速度随刃口各点的半径R不同而不同。周边的主运动速度最大，中心的为零，即

   u、玩、V。v——分别为钻头的周边、中心及平均主运动速度，m/s n——钻头的转速，r/min D一钻头的直径，mm u——进给速度，m/min Un——每转进给量，mm。软材Un=0.7'2.2mm;硬材Un=0.1~0.5mm uz一每齿的进给量，mm z——钻头刃口数，即齿数

   由于钻削时刃口各点的切削轨迹为螺施线，如图13一55所示，故钻削时工作后角赏w不同于标注后角（或称刃磨后角)oc.由图可得出：

   Ctn，一=运动后角，可由下式求得：由上式可知，随着钻头切削圆半径R的减小，运动后角Ⅸm增大。因此，在标注后角一定的，件下，愈接近钻头中心：处，刃口的工作后角Ⅸw 愈小，OCm愈大。因此，要想得到允许的工作后角，必须有足够的标注后角。特别是要想保证钻头中部有正常的切削条件，顺纹钻削的钻头可采取锥形刃磨的方法，使标注后角从周边向中心逐渐增大；横纹钻削的钻头必须选择适当的钻头名义角'度：后角优=150～200，前角y=400~50。。

   钻削时切屑是连续的螺旋带状，切屑厚度由每齿进给量和切削刃与钻头轴线倾斜角度决定，如图13-55所示。切屑的名义尺寸如下：

   纵向钻头钻削时的切屑厚度：

  横向钻头钻削时，因为2小=1 =1800，故切屑厚度为：切屑宽度：切屑长度：中心处L=0;周边处切屑平均长度：D一钻头的直径，mm uz -钻头的每齿进给量，mm n——钻头的转速，r/min 2——钻头的锋角，(o)   e、b、l。：一分别为切屑的厚度、宽度和平均长度，mm

   二、钻头

   钻头用于加工圆柱形的通孔或盲孔、钻去木节和钻圈等。钻头的结构决定于它的工作条件：相对于纤维的钻削方向、钻孔直径、钻孔深度以及所要求的加工精度和生产率。钻头的结构有多种，以满足不同的要求。

   1.硬质合金中心钻

   图13-57为具有沉割刀和导向中心的硬质合金中心钻。钻头端部具有两条主刃用以·切削木材。两条沉割刀凸出主刃水平面之上0.5mm，用来先切开孔的侧表面，避免孔壁纤维撕裂。此钻头普遍用于加工各种木材和木质材料。钻头直径D=24～40mm.

   2.齿形沉割刀中心钻        

   图13-58为具有齿形沉割刀的中心钻头。其齿形沉割刀几乎沿钻头整个周边分布，钻头只有一条水平的主刃。这种钻头通常固定在刀盘上，钻柄为圆柱形，；重要用芋亏维钻削不深的孔，钻木塞及钻削胶合板的孔等。

   3.螺旋钻

   具有螺旋工作部分的钻头叫螺旋钻，按其形状分三种：螺旋钻、蜗旋钻和螺旋起塞钻。

   螺旋钻是在同一圆柱杆上按螺旋线开出两条方向相反的半圆槽，如图13-59(a)所示。这半圆槽在端部形成两条工作刃。螺旋钻排屑容易，可用于钻深孔，螺旋角仂=40。～50。。端部具有沉割刀的螺旋钻用于横向钻削。螺旋钻还有长短之分，短螺旋钻用来钻削直径较大而又不深的孔；长螺旋钻供钻深的通孔用。

   蜗旋钻是圆柱形杆体的钻头，围绕其杆体绕出一条螺旋棱带。棱带在端部构成一条工作刃口，在端部的另一条工作刃是由很短仅一圈的螺旋棱带线构成的，如图13-59(b)所示。由于这种钻头的强度较大并且螺旋槽和螺距大，因而它的容屑空间大，易排屑，适于钻深孔。方凿开榫机（又称打眼柳上使用的方凿，其方壳中的钻芯就是蜗旋钻．

  螺旋起塞钻是把整个杆体绕成螺旋形状构成工作刃的钻头，它无钻心，如图13-59(c)所示。这种钻头容纳切屑的空间特别大，排屑最好，适合于钻深孔，但是，由于只有一条刃口，造成钻削时单面受力，钻头容易偏歪，此外，强度也较弱。

   4.麻花钻

   麻花钻是螺旋钻的一种，它与其它螺旋钻相比，螺旋体的形状不同。图13-60(a)为用于顺纤维钻削的硬质合金麻花钻，其螺旋带较大，经过多次刃磨后仍能保持切削部分的尺寸，形状和角度不变。图13-60(b)为用于横纤维钻削的硬质合金麻花钻，具有沉割刀和导向中心。

   5.扩孔钻

   扩孔钻用做局部加工、扩孔或成型加深。

   图13-61(a)为具有900锥角硬质合金锥形扩孔钻。刀刃背面铲齿，刃口可重磨。用于扩孔钻削具90。锥角的孔，

   图13-61(b)为具有钻头的复合扩孔钻，用于钻孔同时扩孔。复合扩孔钻的钻头采用麻花钻，与扩孔钻之间采用紧定螺钉固定，为可拆卸式连接方式。复合扩孔钻的扩孔钻具有两种形式：一是具有900锥角扩孔钻;=是有180。的平头扩孔钻。钻孔时扩出阶梯形圆柱孔，安装时要将螺旋槽与麻花钻头的螺旋槽对齐，以便于排屑。