第一章木材切削基本理论

第一节 锯木
一、锯木的定义、类 型和锯
锯木的定义：锯木是 顺木纹或横木纹把木 材锯开的过程。
锯口：为了把木材锯 开,或把一部分木材锯 掉,要在其上锯出一个 窄的缝隙,叫锯口。
锯口描述：
锯口有三个边。其中 两个边ab和cd是彼此 平行的,称为锯口壁。 第三个边bc,称为锯口 底。锯口壁的平面,称 为锯截平面。
3.基本切削的类型： 截断切削、纵向切削、横向切削
第二节 基本切削参数
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。
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：[5] a-切削运动与送料运动交
错进行；
b-切削运动与送料运动同 时进行；
c-旋转切刀； d-转盘；
五、木材切削的类型
1.有屑切削 无屑切削 2.开式切削 半开式切削 闭式切削
五、木材切削的类型
所消耗的切削功为 ：
A P1 L0 (N m)
或：
P1
A L0
等式两边同除以刨片的断面积be：
P1 A eb ebL0
P1 A eb ebL0
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 N/mm2。
上式的右边是另一个物理量，即切削单位体积的 刨片所消耗的切削功，称为切削比功，单位是 J/mm3。
摩擦力F1和F2的大小，决定于压力N1和N2以及摩 擦系数和加工表面的状态等。
在一般情况下，切削力P1是N1,N2,Pn的函数。
即
P1 f (N1, N2 , Pn )
对切削力P1有影响的因素中，N1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
式可写成
P1 Kbe
式中：be——刨片宽度乘以刨片厚度；
一、切削力和切削阻力 切削过程受力分析
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。
法向压力N1与切刀角度、刨片 的横截面积、木材材性、木纹 方向等因素与关。
木材作用于切刀后面的压力N2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 于锐利的切刀工作产生的压力。此外N2随着后角 的减少而增大。因此为了减小切削阻力，应增大 后角。
切削方式不同，KB的变化趋势相反 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。
二、送料力和送料阻力
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 表面和切削运动方向。
横截：前刃-横向切削
侧刃-截断切削
锯口宽度： 当利用薄锯板工作时，在锯齿 前刃的后面，后角大于零。但 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 摩擦，这种现象称为夹锯现象。 为了减少摩擦，必须使锯口宽
度大于锯板厚度，
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 断面（图b）。
Kg =1，而其它树种的值见表1-2。
K0——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工作小时数来
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K0见表1-3。
K够0充值分的和测精定确还，比故较有粗待放今，后其进选一择步条研件究和、根试据验尚和不 确定。
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， 当刨片剥离的瞬时，降 为0。
切削阻力合力的组成： 假设切削过程中，切削
阻力的合力为Pp，设该 力直下的分述水力外平 为 力P分 合0力 成。为的Pp：P是1切，由刀垂 前刀切刀在后面后刀O点面的面前，摩法 的 面即擦向 法 摩切力压 向 擦刀力压力F2前。力NF11切，此N，2削切外切，， 刃处有切断木纤维时所 遇到的切削阻力Pn。
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。
为了改变刨片厚度， 木料有相对运动VH， VH可分解为：
纵向送料运动Vo— X-X轴方向的运动； 法向送料运动Va— Y-Y轴方向的运动；
为了加宽加工表面的 宽度，还需Z-Z轴方 向的运动—侧向送料 运动。
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。
结构特点：
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 齿0.5-1mm。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， 因此锯口壁平面的摩擦阻力很大，锯齿必须拨料。
90
后角为： 90
2
2
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，双向对称锯齿的前刃刃角应取为 50-60度。
对于单向、非对称齿，其前刃切削角为95-105度，刃角40-45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 是45-60度，而硬木可取70度。
图中切削阻力的合力Pp的垂直分力为P0，送料力 是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 PH P0
根据实验数据，锋利的切刀可取： PH (0.4 0.6)P1
磨钝的切刀可取： PH (0.6 1.0)P1
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
第三节 锯齿的结构
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。
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。
根据锯木类型，
纵截：前刃-截断切削
侧刃-横向切削
K——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 种因素。
考虑这些因素时，K值可写成下面的形式：
K KcKgKoKeKB
式中：Kc ——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。
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
四、切削功率
由公式：
P1
Hale Waihona Puke Aeb ebL0K P1 eb
可知： K A ebL0
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 ：
As KO
即切削功率为
N KO 1000
根据切削力P也可求得切削功率：
N Pv 1000
由此可得切削力的另一表达式 ：
P KO (N) v
锯木过程是锯在锯口 壁之间进行运动,不断 地把木材切成小刨片 （锯屑）,并从锯口中 将其抛出的过程。
锯木类型：
锯木有三种类型:
锯截平面或锯口与木纤维方向平行,称为纵 截,或称纵向锯木 。
锯截平面或锯口与木纤维方向垂直,称为横 截,或称横向锯木 。
锯截平面或锯口与木纤维方向互成一定角 度,称为斜截,或称斜向锯木 。
由于侧切削刃的后角为0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 ，它与 前刃倾斜角 0 有关， 0表示前刃在木纤维方向上的 倾斜程度。愈小， 0则愈大，则锯齿在锯口底的切 削条件将愈坏（如图d）。
横截锯的锯齿角度数据见表1-6。在刀具制造过 程中要充分考虑各切削刃的角度参数。
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。
Ke——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：
1
Ke e 3
对于纵向切削和横向切削： 1 Ke e 2
上式中的刨片厚度e的单位是mm。例如当 e=0.5mm时，截断切削的Ke 约为1.25，而 其它两种切削的Ke约为1.4。
KB——是考虑木材湿度的系数，它的选取范围列在表1-4 中。
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： 横截锯,是用于横向锯木的锯； 纵截锯,是用于纵向锯木的锯； 锯按其形状和运动方式分类： 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。
锯齿有前面(或称前爬 棱)AOO’A’、后面(或称后爬 棱)BOO’B’。
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 c）。这种方法一般应用在纵截 锯上，称为压料。
第三种方法是锯齿依次向左右 偏斜（图d），这种方法称拨 料，一般在齿高的1/3处进行拨 料，它可应用于纵截锯或横截 锯上。