淺論高功效木材切削加工刀具及其夾緊裝置

淺論高功效木材切削加工刀具及其夾緊裝置

崔競博（河南省商丘市虞城縣高級中學河南虞城476300）

摘要：現階段採伐機械和刀具種類繁多，因此在選擇木材切削和加工中需要採用適當的刀具和夾緊裝置，從而提高切削效率和質量。基於此，本文從高功能木材切削加工刀具現狀出發，並分析高功效木材切削加工刀具及其夾緊裝置的優勢，以期為提高木材切削加工質量和效果提供幫助。

關鍵詞：木材切削加工；刀具；夾緊裝置；熱收縮式刀具夾頭

引言：切削加工是木材加工中最為重要的方式，工作人員通過對木材進行切削加工後，使其形狀和表面達到工藝的具體要求。而在木材切削加工中刀具的鋒利程度、夾緊裝置等都會對木材加工質量和效果產生嚴重影響，因此在切削加工中需要根據不同的材質選擇適當的加工刀具和夾緊裝置，以此提高加工效率降低加工成本.

高功效木材切削加工刀具以及檢測方式

（一）高功效木材切削加工刀具

木材切削加工主要指利用各種機床和刀具對坯料進行加工，從而得到加工要求。在此過程中，刀具的質量和夾緊裝置對切削加工效率有重要影響，因此廠家和技術人員需要重視刀具的選擇和夾緊裝置的設置。同時還需要注重刀具磨損機理分析，在對刀具磨損分析中需要綜合考慮物理、化學以及機械等多種因素，並且工件質量、機床作業等都會對其造成一定影響。木材切削加工中刀具和夾緊裝置的選擇對加工木材和企業正常運營有重要意義，具體為以下幾點：

第一，刀具磨損是增加切削力的主要原因，也是其中最為常見的因素，同時還會增加工件與刀具振動幅度，從而縮短刀具使用壽命，影響機床的精度。嚴重者還會對操作人員的安全造成威脅；第二，當刀具出現磨損嚴重時將直接影響工件的精度和粗糙度，導致加工的工件無法滿足技術要求，從而浪費成本；第三，在刀具磨損到一定程度後，操作人員對其磨損程度無法準確的判斷，極易出現刀具還沒有達到報廢標準的情況下進行更換，從而出現浪費資源和增加成本現象發生。還有就是操作人員對刀具的更換不及時，從而對工件加工質量造成影響，以及影響切削加工效率等。

（二）測量方法分析

在刀具狀態測量中主要分為兩種方法：直接測量法，在刀具狀態測量過程中操作人員直接對刀具材料質量、形狀變化等進行測量，從而判斷其是否存在質量問題或磨損嚴重，例如測量刀具削刃的磨損程度、損傷程度、切削刀具切刃形狀變化程度等，然後根據數學模型明確刀具的磨損程度，在測量過程中經常採用離線測量方式。主要測量方法包括觸針測量法、掃描測量法、射線測量法、電阻測量法以及放電電流測量法等；間接測量法，在對刀具實施間接測量過程中主要對其相關參數進行測量，根據相關參數變化對刀具磨損程度進行分析，其中主要包括切削力的增加或減小程度、工件表面粗糙程度變化、切削溫度變化等，進而明確木材刀具的磨損程度，這種測量方式一般採用在線測量[1]。

二、高功效木材切削加工刀具分析

（一）高功效木材切削加工的技術要求

隨著技術的不斷發展，現代木材切削加工技術也得到了快速進步，從而在節約成本浪費的基礎上，有效提高了木材加工的生產效率，提高企業運營利潤。例如，在對木材進行加工刨花時，從傳統主軸轉速18000r/min，已經提升到現在的30000r/min,甚至40000r/min，並且其中的木材進給速度也從以前的15m/min，增加到現在30m/min。經過計算，工件在加工過程中工時縮短範圍在百分之十五至百分之二十二之間，而隨著刀具主軸轉速的提升，對延長刀具耐用度和提升工件加工質量有重要作用。其中刀具的每切削刃進給量與刀具每轉進給量參數將直接影響工件加工質量，並且每刀齒進給量與每轉進給量越小，則加工件表面的粗糙度也越小，同樣的加工質量也越好，所以在加工木材時需要適當調整進給量，在確保加工質量合格的情況下，適當提高轉速，從而提升木材加工效率[2]。

（二）刀具設計過程中需要注意事項

為了能夠達到高效率木材切削加工對刀具的要求，在加工過程中需要做到以下幾點：

第一，設計人員需要對切削刃幾何形狀進行合理優化，從而確保切削刃具有足夠的強度提升，減小切削刃上所受的橫向力，避免對刀具造成損傷，從而影響加工效率；

第二，在鑄造刀具和切削刃時需要選擇耐磨性較強的材料，從而提高刀具和切削刃的耐磨度，例如採用硬質合金、多晶金剛石以及單晶金剛石等。需要注意的是，由於硬度較大的材料其脆性也相對較大，因此在加工過程中極易出現崩裂現象，在製造刀具時需要在刀具表面鍍覆一層硬度較高的材料，例如金剛石等，以達到刀具和切削刃芯部具有足夠的強度和韌性；

第三，在設計尺寸較大刀具時通常會採用結構鋼，並且在刀具上鑲裝硬質材料刀片；

第四，在設計組裝式刀具時，需要對刀具的刀片定位和夾緊裝置進行合理設計，避免刀片因為離心力較大，而發生徑向外移現象，最終影響刀具的不平衡度[3]。

三、高功效木材切削加工刀具夾緊裝置研究

（一）Tribos 刀具夾頭分析

刀具夾緊裝置主要就是將刀具和主軸進行連接，從而利用較大的剛性，將刀具夾緊，最終實現將機床傳遞裝置扭矩最大化的傳遞至刀具，在此過程中還需要刀具徑向振幅最小化，以此提高刀具的平衡度。為了滿足以上要求，本次研究主要以德國刀具製造公司所研發的刀具夾緊裝置為分析對象，例如Tribos 刀具夾頭，其主要作用機理為鋼的彈性，並根據冷收縮將刀具夾緊，其具體工作原理為以下幾點：

第一，在刀具夾緊裝置處於放鬆狀態時，Tribos 刀具夾頭的內腔斷面會處於類似與三邊形狀態也，操作人員用肉眼很難觀察，此時刀具夾頭的內切圓直徑會稍小於刀柄的直徑，並且刀柄不能插入其中（詳見下圖a）；第二，刀具夾緊裝置在夾緊刀具的過程中會藉助液壓裝置，從而對三邊形內腔施加一個作用力，在此過程中利用彈性變形，使得三邊形斷面變成圓形（詳見圖b），此時其直徑會稍大於刀柄的直徑，方便與操作人員將刀柄插入其中；第三，減小並消除夾頭中的液壓力，在此時夾頭內腔斷面將會恢復到三邊形，隨後各邊出現收縮現象，從而形成高精確度的三點夾緊裝置。這種夾頭的主要優勢在於，夾緊力度相對較高，根據測量其偏心度僅為0.003mm，並且其夾緊直徑為25mm，此時所傳遞的扭矩超過200N·m。

（二）熱收縮式刀具夾頭研究

「熱收縮」式夾緊裝置主要是指將夾頭加熱後出現膨脹，緊著進行冷卻收縮，從而達到夾緊刀柄的效果。其工作機理主要為以下幾點：第一，在鬆開夾頭時會利用電磁感應器將刀具夾頭進行加熱，一般情況下會加熱到200 至300℃，從而使夾頭膨脹，並將刀具取出；第二，將所更換的刀柄插入夾頭中進行冷卻，最後夾緊刀具柄。此夾緊裝置的優點在於準備時間短一般在一分鐘以內，並且加熱時間只需要幾秒鐘，因為其結構特點，在夾緊刀柄時具有夾緊力大、平衡度好以及剛度大等優勢。

結語：綜上所述，在木材切削加工中要想真正意義上優化加工質量，設計人員一定要重視刀具的合理設計，同時採用合適的夾緊裝置。經過對上文分析可得，在設計刀具過程中需要對高功效木材切削加工技術要求進行合理分析，並根據實際需求選擇熱收縮式或冷收縮式刀具夾頭，因此高功效木材切削加工刀具及其夾緊裝置研究，能夠充分應用到木材加工過程中來。

參考文獻：

[1]郭曉磊,王惠芸,薛宏,等.木材切削原理與刀具課程考試改革的探索[J].大學教育,2016(02):107-108.

[2]彭鑫榮.刀具材料及切削參數對木材切削表面質量影響研究[D].南京林業大學,2015.

[3]黎小雄.木工刀具磨損特性與木材切削加工優化的研究[J].現代交際,2014(03):115.

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