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在CNC木工中取得成功

制定成功的切割方向战略

有很多因素会影响木材加工实践在木工中。对于某些硬木来说,一个升起的是切割方向,具体与木材的晶粒样图案相关。木材是一个各向异性材料。这意味着在不同的切削方向上展示不同的材料特性。就木材而言,与晶粒取向有不同的木材结构等级。如果纤维素纤维的平均方向平行于木材侧面,则据说晶粒是直的。与该平行线和电路板的任何偏差被认为是“跨晶”。下面的图1描绘了具有指示不同轴的箭头的大多数直粒板。这些轴中的每一个都具有不同的机械性能。由于这些差异,必须意识到木工中的刀具路径,并最大限度地减少放置在切割器上的切割力量,以最大化其工具寿命。

有木工轴的直粒木板
图1:主要是直纹板,箭头表示不同的轴线

在木工中,垂直于纹路的切割被称为“横纹路”切割。在上面的图1中,这将被认为是径向或切向切割。平行于木纹的切割被称为“沿木纹”切割(图1中的纵向)。在任何方向上,你越接近木纹的90°切割,切割力就越大。例如,一个中心轴平行于切向方向和沿纵向轨迹的刀具比一个中心轴相同但沿径向运动的刀具磨损更小。第二种类型的刀具取向是跨越更多的晶粒边界,因此产生更大的切削力。然而,当你沿着纹理切割时必须小心,因为这可能会导致撕裂,导致表面光洁度差。

用CNC木工正确形成木屑

当切割与谷物平行的木材时,形成了三种基本类型的芯片。当垂直于谷物切割时,芯片类型通常落入相同的3个类别中,但由于木质特性相对于晶粒方向的宽范围,具有更大的变化。

类型1芯片

类型1的木屑是当木材通过劈裂在切割边缘前面劈裂,直到弯曲失败发生作为一个悬臂梁。一个垂直于剪切面的大力产生,导致切割边缘前面的木材分裂,形成这个微小的悬臂梁。当向上的力最终超过这个小光束的强度时,它就断开了。与2型和3型相比,这些类型的芯片造成的磨损相对较小,因为材料在接触尖端之前就分裂了。具有极高前角或极低前角的立铣刀通常产生1型切屑。这是特别真实的加工谷物斜坡大于25°。水分含量低于8%的木材会形成不连续的木屑,并且有较高的撕裂风险。

类型2芯片

就表面光洁度而言,2型切屑是三种类型中最理想的。它们是材料沿对角剪切面失效的结果,从切削刃延伸到工件表面。当木材的特性、切削参数和刀具几何形状之间有适当的平衡时,就形成了类型2的切屑。水分含量在8%到20%之间的木材有更高的机会形成连续的2型切屑,同时留下良好的表面光洁度。

类型3芯片

最后一种类型的切屑形成时,刀的前角太低。在这种情况下,切削力几乎与移动方向平行。这使得柔软的材料,如木材,被压碎而不是被剪掉,留下糟糕的表面光洁度。一般来说,留下的表面看起来像小捆木元素,表面缺陷通常被称为“模糊纹理”。这种类型的切屑更经常发生在软木中,因为压碎情况是在低密度木材中复合的。

木材加工中的木屑类型
图2:不同类型的木屑

延长木工工具使用寿命

速度和饲料经验法则

有几个不同的类别刀具磨损当CNC木工时发生这种情况。随着RPM对磨损率的影响最大,加工规则仍然适用。过度喂食可以呈指数级磨损,并导致刀具破损。与大多数加工操作一样,这两个之间的平衡是必不可少的。如果您希望通过增加速度来提高生产力,您必须按比例增加您的饲料,以保持保持工具妥善处理材料的平衡。

适当管理热量

当切削工具暴露在高温在美国,由于腐蚀,它们开始磨损得更快。市场上大多数硬质合金工具中的钴粘结剂开始氧化并脱离切削刃。这引发了连锁反应,当粘结剂被移除时,碳化钨也会脱落。不同种类的木材和工程木材在高温下有不同的腐蚀行为。这是加工中密度纤维板或刨花板时观察到的最一致的磨损类型。磨损是由于在粘合剂中发现的氯和硫酸盐盐加速高温腐蚀。与铝一样,当木材中的二氧化硅含量增加时,其腐蚀性也会增加。

通常,在具有高水分含量的木材中观察到增加的工具磨损。这种特性是由于木材中提取物引起的电化学磨损增加。,木材中的水分含量包括水中的物质,糖,油,淀粉,生物碱和单宁在水中存在。这些分子与切削工具的金属构成反应,并且可以使切削刃钝化。与高速钢相比,碳化物对这种类型的磨损更具抵抗力。

用于延长木材工具寿命的最佳涂料

如果您想要一个将保持其锋利的切削刃(谁没有)的更长持久的工具,您可能希望考虑无定形金刚石涂层。这是一种极其耐磨性的耐涂料,其适用于所述非黑色操作,其中切割区的温度不超过750°F。这种涂层类型是哈维工具的最薄之一涂料,因此,最大限度地减少任何边缘圆角的风险,并最大限度地提高该边缘的耐用性。

避免常见的木工误会

撕下

撕掉,有时被称为碎屑或碎片,是当木材的一大块加工泪水远离主工件时,留下了缺乏的缺陷。这是加工木制品时最常见的缺陷之一。发生了许多不同的原因,发生了撕裂。材料特征是可考虑的。如果晶粒取向相对于工具路径小于20°,则更容易发生出撕裂,木材的水分含量太低,或者木材的密度太低。图4示出了相对于刀具路径的晶粒取向角。在加工参数方面,如果芯片负载,切割深度或耙角太高,也会发生它。

木工纹理与刀具路径的关系
图4:晶粒取向角相对于刀具路径的例子

模糊纹理

模糊晶粒看起来像是在新加工的面部附着的小丛,当木纤维没有正确切断时发生。低耙或沉闷的切割工具缩进纤维,直到它们从内部撕下自然的图案,导致3型芯片形成,导致完成差。这可以通过低进料或切割深度加剧,因为工具未正确接合并且犁材料而不是剪切它。具有较小和较小量的晶粒的较软的树木更容易受到这种缺陷的影响。众所周知,少年木材是由于其高水分含量的模糊纹理。

模糊纹理木材
图5:模糊纹理的示例

燃烧的痕迹

烧痕是一种缺陷,在加工木材的情况下是特别重要的,因为它是一般不关心加工其他材料。居住在斑点太长,不接合足够的终端铣刀,或者使用沉闷的工具通过摩擦产生过多的热量,这留下了烧伤标记。一些树林(如枫树或樱桃)更容易烧伤标记,因此应明确地编程这些类型的刀具路径。如果在特定操作中烧伤标记有很多麻烦,可能需要尝试使用商用润滑剂或粘贴蜡喷射终端磨机。小心不要使用过多,因为过量的水分会导致翘曲。增加刀具订婚或减少RPM也可能会打击烧伤标记。

伐木工人的烧伤痕迹
图6:烧伤痕迹的例子

芯片标记

芯片标记是已经喷涂或压入表面的木材表面的浅压缩。这些缺陷随着水分含量的增加而膨胀,甚至更加恶化。这种类型的瑕疵通常由芯片疏散不良引起,并且通常可以通过在操作期间将空气喷射冷却剂施加到切割区域来固定。

提高了粮食

凸起纹理是木材的另一个常见缺陷,是工件的一个或多个部分略低于其他部分。当用钝的工具加工较软的木材时,这个缺陷是一个特别的问题,因为纤维会撕裂和变形,而不是被干净地剪掉。当加工速度慢且木材水分含量高时,这种效果会增强。受损和未受损部分之间的膨胀和收缩变化加剧了这一缺陷。正因为如此,在饱经风霜的树林里,隆起的谷粒成了常见的景象。工作夹具太紧也有可能引起谷物凸起。

差异化哈维工具木材切割和塑料切割端铣刀

机械师经常使用塑料切削立铣刀用于木工,因为这种工具的内部几何形状与木材立铣刀非常相似。这两种刀具都有大的凹槽和锋利的切削刃,有利于加工塑料和木材。Harvey Tool塑料切割机和伐木机的主要区别是楔形角(主要凸出角和前角的组合)。樵夫线有一个较低的耙子,但仍然有一个高浮雕角度,以保持锋利的切割边缘。较低的耙子被设计成不像塑料刀具在木工时那样“抓”。它的目的是剪切木材,并留下一个高质量的表面光洁度,而不是造成撕裂。

Harvey Tool提供的端木铣刀包括上切和下切选项。上切选项是专为铣削天然和工程木材,具有2长笛风格和楔形角工程木纤维材料,而不会造成撕裂或留下模糊的纹理完成。切割产品是优化的铣削天然和工程木材,并有助于防止在真空表上提升。

更多关于成功加工操作的帮助,或哈维工具提供的木材端铣刀的更多信息,请联系哈维工具的工程师团队,电话:800-645-5609。

了解CNC木工项目的木材特性

机器师在CNC木工中,通常会使木材混淆为“易于机器材料”,因为材料的材料比金属更柔软。在某种意义上,这是真的,因为您可以在CNC木工中编写木材切割参数,与大多数金属相比,饲料率高。然而,另一方面,木材有许多需要考虑的独特性质,以便优化切割过程最大效率

用于CNC木工的木材类型

木工用木材主要有三类:硬木、软木和复合木材。

硬木

教科书上对硬木树的定义是被子植物,通常被称为阔叶树。例如橡树、桦树和枫树。这些类型的树木通常用于制作高质量的家具、甲板、地板和建筑组件。

软木

软木是针叶树,有时称为裸子植物。这些通常少于硬木,因此与机器更容易相关。不要让名人欺骗你:一些柔软的树林比一些硬木更难。哈维工具的速度和饲料图表为其提供用于木材的材料特定端铣刀被詹娜的硬度分类为这一确切原因。Janka硬度是一种改进的硬度刻度,专门用于分类木材类型的测试。

软木可以用来做家具,也可以用来做门、窗玻璃和纸制品。例如松树和雪松。表1列出了20种常用木材的Janka硬度。

共同的名字: 詹娜帝国硬度:
巴尔沙 90
七叶树、黄 350.
柳树,黑色 360.
松、糖 380.
杨木、东 430.
Chesnut,美国 540.
松树,红色 560
花旗松、室内北 600
桦木,灰色 760
灰、黑 850
雪松,东方红色 900
美国黑樱桃, 950.
胡桃、黑 1010.
山毛榉,美国 1300
橡木、白 1360.
枫树,糖 1450
苹果 1730
樱桃、巴西 2350.
橄榄 2700
玫瑰木,印度人 3170.
表1:曼卡普通森林的硬度

工程森林

工程木,或复合木,是任何类型的木纤维,颗粒,或线材料与粘合剂或粘合剂结合在一起。虽然其中一些材料比实木更容易加工,但将材料粘在一起的粘合剂具有极大的研磨性。这可能会导致不成熟的刀具磨损并在数控加工时造成困难。需要注意的是,某些类型的工程木材比其他类型更难加工,特别是那些具有较高数量的粘合剂的木材。这些类型应该被编程使用更少侵略性的速度和饲料.例如,中密度纤维板(MDF)如果比胶合板更难加工,但比酚醛板容易加工得多。

数控木工中密度纤维板件堆叠
图1:中密度纤维板的例子

木材的性质

晶粒尺寸

从技术上讲,木材可以被认为是一种天然的复合材料,因为它由强大和灵活的纤维素纤维组成,由木质素和半纤维素组成的更硬的胶状基质结合在一起。如果你从结构的角度考虑,纤维素纤维就是钢筋,混凝土就是木质素和半纤维素。具有大纤维素纤维的木材被认为是粗颗粒的(橡木和灰)。拥有更小和更少纤维的木材被认为是细纹理的(松树和枫木)。软木往往是细粒度的,因此被定型为更容易加工,因为他们没有那么多的强纤维剪切。需要注意的是,并不是所有的硬木树都是粗纹理的,并不是所有的软木树都是细纹理的。

CNC木工的天然木纤维图
图2:构成天然木材的纤维简化图。在这张图中,纤维素纤维是垂直排列的。

水分含量(MC)

水分含量(MC)是加工木材时需要考虑的重要变量之一。用木头做任何东西都有一个非常普遍的问题,那就是它有变形的倾向。空气中的水分变化不可避免地影响木材内的水分含量。水分含量的任何变化(无论是增加或减少)都会影响工件的形状。这就是为什么我们必须考虑产品在最终存放的地方会暴露在什么样的湿度下。

平衡含水量(EMC)

平衡含水率(EMC)发生在木材含水率达到一个平衡点时。整个美国的内部EMC值平均约为8%,外部EMC值平均约为12%。由于温度和湿度的不同,这些值在全国各地都有所不同。例如,美国东南部的平均内部EMC为11%,而西南部的平均EMC约为6%(不包括沿海地区)。重要的是要考虑最终产品将遇到的地区和应用,以便在加工前可以选择正确的水分含量的木材。大多数平纹木材的晶型每改变4%,其尺寸就会改变1%,翘曲的方向取决于晶型取向。

显示平均区域室内EMC的美国地图
图4:普通区域室内EMC

一般来说,运行的功率要求随着含水量的增加而增加,主要是由于密度的激增。木材密度随着MC的增加而增加。在数控木工过程中,需要额外的动力将较重的切屑推出切割区。值得注意的是,像合成聚合物一样,木材是一种粘弹性材料,当它变湿时,会吸收能量。其力学性能的比例极限随MC的增大而增大。

在加工某些类型木材时,切削区温度会随着MC的增加而急剧上升,而在其他类型木材时,切削区温度则会下降。在加工水分含量超过10%的木材时,通过降低SFM来确保安全,避免快速的刀具磨损。哈维工具速度和饲料图表显示每MC降低30个百分点。然而,一如既往,这取决于被加工的木材的类型和被执行的操作的类型。

温度变化不是较高的水分含量与快速工具磨损相关的唯一原因。木材内的水分不仅与水有关,还与水中的树脂,糖,油,淀粉,生物碱和单宁呈现在水中。这些物质与高速钢的特别良好,以及碳化物的较小程度。

结及其对数控木工加工的影响

结是分支或肢体的一部分,其已结合在树的躯干中。结对木材力学性能的影响是由于连续性的中断和与其相关的木纤维方向的变化。这些属性在这部分木材中较低,因为结的纤维被扭曲并导致应力浓度。“检查”(由于收缩而裂开)通常发生在干燥过程中的结周围。垂直于谷物的硬度和强度是通常降低机械性能的例外。由于这些最后两个例外,在遇到工件的打结时,应减少木工加工参数以避免冲击载荷。

硬木中典型的天然木结
图5:典型结的照片