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木材切削原理与刀具 木工刀具的角度设计与正确选择角度大小 刀具的角度 刀具是依靠其切削部分切削木材的。因此刀具的角度应该是指刀具的切削部分一一楔形切刀具的角度。实际上,楔形切刀本身只有前、后刀面之间的夹角可以在切刀上直接测量,而影响切削的其他角度与刀具和工件的相对运动方向有关,需要借助坐标平面加以确定。为了便于反映刀具几何属性在切削过程中的功能,一般选取以下两个坐标平面。  (1)切削平面: 通过切削刃与加工表面相切的平面。即主运动速度向量V和切削刃所组成的平面。主运动是直线运动且切削刃是直线时,切削平面和加工表面重合。主运动为回转运动时,切削平面的位置随刃口位置的改变而改变,。  (2)基面: 通过切削刃垂直于主运动速度向量V,也就是垂直于切削平面的平面。若主运动是回转运动,基面则通过刀具或工件的回转轴线所示。 在上述坐标系中测量刀具角度时,角度的大小随测量平面相对切削刃的位置不同而异。规定垂直于切削刃在基面投影的法向剖面为测量平面。在该平面中量得的刀具角，是设计、制造刀具时,刀具图纸上标注的刀具角度参数,也是刀具刃磨时需要保持的刀具角度参数。  木工刀具标注的角度参数为 (1)前角y: 前刀面与基面之间的夹角。表示前刀面相对基面的倾斜程度,它主要影响切屑的变形。当前刀面与基面重合时,前角为零,在图12中前刀面相对基面顺时针方向倾斜,前角为“+”值,逆时针方向倾斜,前角为“一”值。  (2)后角a: 后刀面与切削平面之间的夹角。表示后刀面相对切削平面的倾斜程度,它主要影响刀具后面与工件之间的摩擦。 (3)楔角B: 前刀面与后刀面的夹角。它反映了刀具切削部分的锋利程度和强度。 (4)切削角8:  在实际切削过程中,刀具的角度将受切削运动、切削刃安装高度和刀具磨损等因素的影响发生变化。也就是说,刀具的工作角度不等于标注的角度。下面仅以切削运动对刀具的影响为例,给予分析。 决定刀具标注角度的坐标平面—切削平面,是主运动速度向量V和切削刃所组成的平面。如果刀具只靠一个主运动完成切削过程,那么标注角度就是工作角度;  如果刀具依靠同时进行的主运动和进给运动切削木材,那么由于相对运动速度向量(V)偏离主运动速度向量(V)-a[an= arctan(U/V)],相应的新切削平面也偏离原来切削平面-an,因此刀具的实际工作后角aw=a-am(图1-4),比原来减少了。 通常主运动速度远远大于进给运动速度,am角小于1°,因而可以用标注角度代替工作角度。只有在主运动速度与进给运动速度相差较小时,才需要考虑刀具的工作角度。 前刀面与切削平面之间的夹角。表示前刀面相对切削平面的倾斜度。在切削的过程中,切削角的作用和前角的作用相同,它是用相反的数量概念来表达跟前角一致的作用。换句话说,如果前角大,相应的切削角就小。 设计师在设计这些木工刀具的时候不是只凭外观的美丽而去设计，他们必须将刀具的抗压性，抗震性以及是否符合人体使用结构等各个因素考虑进去。一些家具五金的应用，如果一个木工刀具的角度参数设计合理，不仅能够延长刀具的使用寿命而且用起来也会感觉比角度参数设计不合理的要顺手省力许多。 木工刀具常用角度选择  铣刀后角α的主要功用是减小后刀面和切削平面木材的摩擦，通常在8—15°范围内选取。 铣刀前角γ根据工件材性、工件截形高度和刀具材料决定。 楔角：当切削硬阔叶材时，要求刀具刃口强度高，在后角α一定条件下，应适当降低前角γ以增大楔角β。 当工件截形较大时，应该验算刀齿廓形最低点的楔角β。 对于碳钢（碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）铣刀， βmin>30°； 对于硬质合金铣刀，βmin>45°。 在最低点楔角不满足要求时，可降低选定的前角和后角，以增大最低点的楔角。  加工实木 （1）木工刀具最典型的应用就是加工实木，设计加工实木的木工刀具时，依据所具体加工的实木硬度（密度），给刀具的前角合适变化范围在10°到25°之间，影响前角大小的因素除了木材硬度之外，还有机床结构，刀具结构，耐用度、锋利程度等条件的限制，立轴机用刀具与锣机用刀具的前角明显就不能设计成一样的。  （2）一般立轴机用刀具的前角被广泛设计成15°左右（这里指刀具最大外圆处的前角）。靠近中心处的前角角度一般都大于35°了。也就是说：越远离中心，前角越小；刚刚相反，锣机用的锣刀刚好是越远离中心，前角越大。当然，锣刀受客户要求的约束，有时候必须做成没有前角的结构（就是0°前角）。而立轴机用铣刀再怎么限制也不会做成0°前角。这里的经验后角一般取15°，锣刀就不一定了，有的锣刀受结构限制，后角可能会做的很大（为了防止干涉）。  加工软性材料 （1）木工刀具在加工软性材料时，如有机玻璃、纸张复合材料、塑料、布料合成材料等，所应该使用的前角一般随材料的越来越软，采用越来越大的前角和后角，这时候的刀具主要考虑的不是使用寿命而是锋利程度，其主要目的是为了获得更加理想的粗糙度（光洁度）。只要刀具结构允许，我们一般都是将前角和后角做到尽量大。 加工刨花板、贴纸板、三聚氢胺板等材料 木工刀具一般设计前角时主要就是针对这类板才，一般前角取15°到35°，采用最多的是15°到20°，后角一般在15°到20°。这样，既兼顾了锋利又有足够的使用寿命。 |
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