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1、发布时间：2011-3-28 12:07:36板式家具部件的主要切削刀具曹平祥 郭晓磊（南京林业大学木材工业学院，南京 210037）1 概述板式家具是以各种贴面的人造板作为板式部件，借助五金联接件、圆棒榫等结合方式组装而成的家具。板式部件是贴面人造板基材和封边材料组成的复合结构材料。常用的基材有中密度纤维板、刨花板、多层胶合板、细木工拼板和单板层积材等人造板，贴面材料主要有三大类：木质、纸质和塑料。木质贴面材料包括天然薄木、人造薄木和单板等；纸质贴面材料有印刷装饰纸、合成树脂浸渍纸和装饰板；塑料贴面材料有聚氯乙烯（PVC）薄膜和聚丙烯薄膜。板式部件切削加工是板式家具生产过程中至关重要的一个环
2、节，直接影响板式家具的外观和品质。板式部件主要采用锯、铣和钻等切削方式，使用的设备为开料锯（推台锯，电子开料锯）、双端铣、封边机、多排钻和 CNC 加工中心等。 下面以设备为主线介绍板式部件加工的主要刀具。2 开料锯圆锯片目前，生产企业一般使用推台锯或电子开料锯裁切板式部件。开料锯机具有两个锯轴，如图 1 所示，配有两把圆锯片。处在进给前方，先切削工件的为划线锯（顺锯方式），其后为主锯片（逆锯方式）。划线锯采用顺锯方式，即切削速度方向与进给速度方向一致，切削力的垂直分力将贴面层向上推，防止主圆锯片破坏下表面的贴面层。划线锯的锯路宽度根据主圆锯片的锯路宽度而定，通常划线锯的锯路宽度比相应的主锯片
3、大 0.2 03mm，防止主锯片破坏下表面的贴面层。推台锯锯切时，工件跟着工作台移动；电子开料锯则不同，主运动和进给运动均由圆锯片完成，是精密、重型和高效裁板设备。因此，电子开料锯与推台锯的圆锯片规格参数不一致。2.1 推台锯的圆锯片推台锯的划线锯为 2 片组装的圆锯片，齿形多为平齿（ FZ），两个圆锯片之间距离采用垫片或螺钉调节，调节范围为 2.83.6mm 。锯片直径为 10、120、160mm，对应的孔径为 20、22、30mm ，对应的齿数为 Z10+Z10、Z12+Z12 、Z16+Z16，前角 12、后角15，前齿面内凹角 1、后齿面内凹角 4，锯料量 0.4mm。推台锯的主锯片齿
4、形多为梯平齿（TR/FZ ）、后齿面交错斜磨齿（WZ）或梯形齿（TR），初始锯路宽度 3.2、3.5mm，锯身厚度 2.2、2.5mm，锯片直径 300、350mm ，孔径30mm，齿数为 Z72、Z84、Z96、Z108，前角 10、后角 15，后齿面斜磨角 15、前齿面内凹角 1、后齿面内凹角 5，锯料量 0.5mm。主锯片锯齿修磨后，锯路宽度会变小。划线锯的锯路宽度需要调整，保证划线锯锯路宽度比主锯片的锯路宽度大 0.203mm。由于推台锯没有像电子开料锯一样配置上压梁，划线锯锯切深度因工件变形而改变，因此推台锯不能采用锥形齿的划线锯，必须采用双片组装的平齿划线锯。2.2 电子开料锯的圆
5、锯片划线锯一般为锥形齿（KON），见图 2，锥角为 10。在锯切容易崩边的贴面板（如三聚氰胺树脂浸渍纸贴面板）时，有时采用后齿面斜磨的锥形齿（KON/WZ）。锯路宽度 B 根据主圆锯片的锯路宽度而定，通常主锯片锯路宽度比相应的划线锯大 0.2mm 或一致。因划线锯切入深度为 1.53mm，因此，划线锯实际锯切宽度略大于主锯片。划线锯的常用规格尺寸与电子开料锯机的品牌及型号有关，见表 1。划线锯的前角一般为 5、后角为 15、后齿面内凹角为5、后齿面斜磨角为 1525。 主锯片为一般采用 TR/ FZ、WZ、TR/TR 齿形，用于锯切人造板素板或贴面板，常用规格见表 1。法兰盘直径和圆锯片外径密
6、切相关，通常是圆锯片直径的 1/31/4。梯平齿主锯片的梯形齿与平齿交错配置，在半径方向上，梯形齿比平齿高出 0.46mm。锯齿前角一般为15、后角为 15、前齿面内凹角为 0.5、后齿面内凹角为 6.7。锯切高度与圆锯片直径、锯身厚度、圆锯片适张度及锯切材料密切相关。通常锯切时，主锯片露出工件表面的高度为1015mm。3 双端铣刀具经裁板锯裁切的板式家具部件存在崩边和形位误差大的问题，需要经过双端铣进行规方定寸、开槽或修边。加工板式家具部件的双端铣一般配置 4 对刀轴（每侧 4 只刀轴）。为了满足板式家具部件的加工要求，双端铣常用的刀具配置方式如下：1） 刀轴 1：下水平， 划线锯，气动控制
7、跳动2） 刀轴 2：下水平，粉碎刀3） 刀轴 3：垂直，跳刀，气动控制跳动4） 刀轴 4：垂直，修边刀如图 3 所示，划线锯安装在刀轴 1 上，先在工件下表面切出线槽；粉碎刀安装在刀轴 2上，将边部材料截断及粉碎成切屑。当加工后/软成型的板式部件时，划线锯能气动控制上下跳动，以顺锯方式先切断包边材料，防止粉碎刀撕裂包边材料。跳刀安装刀轴 3 上，是自动控制的防撕裂刀，采用顺铣方式；修边刀安装在刀轴 4 上，以逆铣方式切削，两者刀齿廓形是镜像。刀轴 3 及刀轴 4 的角度可以调节成垂直、水平或倾斜，转速多为 6000r/min。刀轴 3、4 的刀具必须借助专用轴套或液压夹紧轴套固定，专用轴套的固
8、定方法与刀轴 2 相同。 若不加工后/软成型的板式部件时，双端铣的功能主要是规方定寸，那么只需要 2 对刀轴。下面以 2 轴双端铣为例讨论典型的刀具。3.1 刀轴 1划线锯（如图 4 所示）划线锯通过螺钉（6M6）固定在专用的轴套上，轴套孔径为 30H7，刀轴直径30g6，双键连接，键为 87。划线锯孔径为 65H7，专用轴套的轴径为 65g6。通过内六角螺钉（双螺纹 M16,M12）及端盖将专用轴套固定在刀轴上。刀轴转速为 3000r/min。划线锯规格参数如下：尺寸：1803.565（mm）；齿形: 后齿面斜磨齿（ES）；齿数: Z36, Z48, Z58；角度参数：前角 =10o，后角
9、= 15 o，前齿面锯料角=1 o,后齿面锯料角=5 o3.2 刀轴 2粉碎刀（如图 5 所示）粉碎刀通过螺钉（8M8）固定在专用的轴套上，轴套孔径为 35H7，刀轴直径35g6，双键连接，键为 108。粉碎刀孔径为 80H7，专用轴套的轴径为 80g6。通过内六角螺钉（双螺纹 M20,M16）及端盖将专用轴套固定在刀轴上。刀轴转速为3000r/min。粉碎刀种类较多，根据结构，可以分为整体粉碎刀、装配式粉碎刀和组合粉碎刀；根据刀具切削部分材料分为硬质合金粉碎刀和金刚石粉碎刀。 目前，在板式部件加工过程中，多采用金刚石粉碎刀，常用的规格参数如下：尺寸：2508/158 （mm）, 长、短齿交错
10、配置；齿形: 后刀面斜磨，斜磨角 15； 前刀面斜磨，斜磨角 12；齿数: Z24（短齿）Z12（长齿）；角度参数：前角 =10o，后角 = 15 o4 封边机刀具4.1 齐边铣刀封边机上配置前后两把齐边铣刀，见图 6，第一把为气动控制的跳刀，采用顺铣切削方式，起到防封边条撕裂的作用；第二把为逆铣。两把铣刀尽管切削方向相反，但铣削深度一致。防撕裂铣刀先将工件端部以压向工件内部方向，切去一角，第二铣刀切削时就不会撕裂端部封边条。齐边铣刀切削部分的材料为聚晶金刚石复合刀片，焊接在刀体上。刀具切削圆直径为100125mm，切削宽度为 3060mm ，刀具孔径 30mm（双键槽）。在铣刀宽度方向的刀齿
11、按图 7 上、中、下配置。上、下刀齿与铣刀轴线有一倾斜角（15 20o），倾斜方向相反。在切削过程中，上、下刀齿切削力在轴向有一分力，使工件的贴面材料压向工件内部，保证贴面材料不撕裂。中齿与刀具轴线平行，切削工件中部材料。4.2 前后截断锯前后截断锯的直径、孔径及安装定位尺寸依据不同的封边机型号而定，其齿形及角度根据封边条材料、厚度而定。对于 0.4mm 厚的封边条，宜采用负前角、前后齿面单向斜磨的齿形；对于厚度 3mm 的 PVC 封边条宜采用正前角、前后齿面单向斜磨的齿形；对于铝合金封边条，宜采用小前角、前后齿面双向大角度斜磨的齿形。4.3 修边刀根据结构形式，修边刀分为整体铣刀和装配式铣
12、刀；根据切削部分材料分为硬质合金和金刚石铣刀；根据装夹方式分为普通装夹与 HSK 装夹；根据功能分为粗修和精修铣刀。粗修铣刀的刃口为直线，见图 8。精修铣刀的刃口一般为 R2 或 R3 的圆弧，见图 9。粗修铣刀直径和孔径依据设备型号而定，直径一般为 70mm, 孔径为 16、20mm，带键槽，齿数为 4、6。精修铣刀直径和孔径也取决于设备型号，精修铣刀直径一般为 56、78mm，孔径一般为16mm，带键槽，齿数为 4、6。在刀具设计时，刀具刃口分为直线段和圆弧段，粗修时使用刃口的直线段；精修时使用刃口的圆弧段，这样 0.4mm 与 3mm 厚的封边条能用同一刀具进行修边。为了提高铣刀的装夹精
13、度，降低刀具振动，现多采用 HSK25R、HSK32R 锥形装夹方式，如图 10 所示。HSK 25R/32R 锥形装夹用于空间小、不适宜 HSK F63 或液压装夹的设备，如封边机。特点：1） 锥面与端面同时夹紧，装夹精度高。2）重复定位精度高。3）安全性高、锁紧力大。 4）可承受的转速高，12000r/min5 CNC 加工中心刀具CNC 加工中心是集锯、铣、钻等切削方式为一体的机床，使用的刀具很多，但刀具的装夹不同于其他木工机床。因此，主要介绍 CNC 加工中心的刀具装夹。CNC 加工中心上使用的所有刀具都要借助卡套与主轴相联，驱动刀具旋转。柄铣刀的柄部直径为 6 25mm，可以直接装夹
14、在卡套内。套装铣刀直径大，有安装中心孔，需要通过专用刀柄卡套（见图 11）实现快速装夹。 CNC 加工中心配有盘式或链式刀库，满足自动快速换刀的基本要求。圆锯片、钻头、柄铣刀和柄装套装铣刀等刀具放在刀库的指定位置。与通过式进料设备的刀具相比，CNC 加工中心刀具具有以下特点：1）转速高，变频无级调节，在 1000024000r/min；2）柄装铣刀的端面和侧面都有刃口，齿数少,标注后角大（1520O) ，切削圆直径较小；3）套装铣刀直径最大切削圆直径一般不超过 160mm,刀体采用铝合金制造,降低刀体质量；4）刀具需要借助空锥形卡套 HSK 或 锥形卡套 SK 实现刀具的快速装夹；5）刀具结构
15、要满足刀具的基准高度调节。CNC 加工中心的主轴锥孔通常分为两大类: 锥度为 7:24 的系统和 1:10 的 HSK 系统。锥度为 7:24 的通用卡套通常有 5 种标准和规格，即 NT（传统型）、DIN 69871（德国标准）、IS0 7388/1 （国际标准）、MAS BT（日本标准）以及 NSI/ASME（美国标准）。锥形卡套 SK 是德国标准 DIN 69871 的柄部代号， SK 卡套由 7:24 锥面卡套主体、螺母、卡簧和尾部螺钉（用于调节基准高度）组成，有 SK30、SK40 及 SK50 三种类型。SK 卡套（见图 12），是靠卡套 7:24 锥面与机床主轴孔的 7:24 锥
16、面接触定位的，通过卡套尾部的螺钉将卡套拉紧连接的。因此，与 HSK 相比，存在动态特性差、连接刚性低和重合精度低等不足。HSK 锥形装夹是通过刀具的锥形内孔及与之配合的锥形刀轴，在夹紧力的作用下，其端面和锥面同时被夹紧的装夹。HSK 卡套的德国标准是 DIN69893，有 6 种标准和规格，即HSK-A、 HSK-B、 HSK-C、 HSK-D、 HSK-E 和 HSK-F，木工刀具常用的为 HSK-F 63。HSK 卡套的 1:10 锥面与机床主轴孔的 1:10 锥面接触，而且使卡套的法兰盘面与主轴面也紧密接触，这种双面接触系统在高速加工、连接刚性和重合精度上均优于 SK 卡套。与 SK卡套相比，HSK 卡套具有下列优点：1） 可适应高速旋转， 2000040000r/min； 2）端面与锥面始终同时定位，安装刚性高；
