Сращивание древесины

В основе технологии сращивания древесины лежит эффект самозаклинивания зубчатых клиновых шипов с заостренными или притупленными концами. Заостренные шипы используются для конструкций, работающих со значительными механическими нагрузками, в том числе и динамическими, притупленные – предназначены для малонагруженных соединений. Форма и размеры клиновых шипов для сращивания по длине регламентируются ГОСТом 9330, хотя следует отметить, что в производстве зачастую можно встретить и другие параметры клиновых шипов, получаемых на зарубежном оборудовании, которое оснащено собственным режущим инструментом. В зависимости от последующего назначения склеенных заготовок шипы могут иметь различную форму, горизонтальную или вертикальную ориентацию.

Линии для сращивания деревянных заготовок по длине различаются функциональными схемами и конструкцией. Однако любой комплект такого оборудования содержит следующие станки или агрегаты:

– круглопильный – для торцевания заготовок в прямой угол;

– фрезерно-шипорезный – для формирования зубчатых клиновых шипов;

– клеенаносящий – для нанесения клея на поверхность шипов;

– пресс – для продольного обжима клеевых соединений при сращивании;

– круглопильный торцовочный агрегат – для поперечного раскроя ламели на заготовки.

В данной статье не рассматриваются поточные линии, собранные из универсальных станков, выполняющих те же функции, но с использованием ручного труда на каждой из позиций технологического процесса.

Заготовки могут подаваться на линию сращивания пакетом или поштучно. Для повышения производительности при пакетной загрузке базирование заготовки, как правило, осуществляется по кромке заготовок. При этом зигзагообразный профиль шипов, как с заплечиками, так и без заплечиков будет наблюдаться на пласти заготовки. При поштучной подаче базирование выполняется по пласти деталей с видимой формой шипов на кромках детали. Пакетная обработка дает возможность сформировать горизонтальные шипы при укладке заготовок на пласть.

При этом значительно уменьшается объем пакета, что приводит к снижению производительности линии. Способ подачи заготовок во многом определяет компоновку линии. Многие производители предлагают модульное построение линии с возможностью дальнейшего расширения ее технологических возможностей, в первую очередь – производительности.

Простые линии

Освоение технологии сращивания древесины по длине на шипы предприятиям рекомендуется начинать с простейших линий, например, ProfiJoint, производства немецкой фирмы GreСon. Эта линия позволяет сращивать заготовки с максимальной шириной 150 мм, толщиной не более 50 мм и длиной не менее 150 мм.

Линия имеет Г-образный вид и состоит из двух конструктивно независимых участков. На первом участке осуществляется загрузка пакета заготовок на каретку режущего агрегата, который торцует заготовки, нарезает зубчатые шипы последовательно с обоих торцов заготовки и наносит клей. На втором участке заготовки склеиваются торец в торец на шипы, сформированная плеть раскраивается на мерные детали.

При включении конвейера заготовки перемещаются по нему в зону базирования, прижимаясь к базовой планке, и выравниваются по ней торцами. Следом включается пневматический прижим пакета, что позволяет обеспечить надежное базирование заготовок в процессе обработки. Обработка заготовки в режущем агрегате осуществляется последовательно двумя блоками – пильным и фрезерно-шипорезным. Режущий агрегат выполняется в виде унифицированного модуля и используется практически во всех моделях линии без каких-либо принципиальных изменений.

Подрезные пилы вращаются попутно движению заготовок для исключения сколов при нарезании заплечиков горизонтальных шипов. Затем заготовку обрабатывает торцовочная дисковая твердосплавная пила, осуществляющая выравнивание торцов пакета. Пила установлена соосно на одном шпинделе с пилой-дробилкой, которая измельчает отходы пиления. Привод во вращение всех пильных шпинделей осуществляется через плоскоременную передачу от одного электродвигателя мощностью 11,5 кВт.

Если необходимо обрабатывать заготовки только с вертикальными шипами пакетом по кромке, подрезные узлы могут быть сняты с режущего агрегата. В этом случае пильный блок оснащается электродвигателем мощностью 5,5 кВт. Однако все посадочные места под остальные узлы сохраняются, что позволяет дооснастить агрегат пильными узлами под выработку заготовок под шиповое соединение с заплечиками.

Фрезерный блок мощностью 15 или 22 кВт позволяет фрезеровать шипы длиной от 4 до 15 мм. В осевом направлении для настройки по высоте фрезерный шпиндель перемещается с точностью до 0,01 мм, что контролируется по измерительному индикатору часового типа. Привод вращения фрезерного шпинделя также осуществляется от электродвигателя через плоскоременную передачу. В качестве шпиндельных узлов в конструкции режущего агрегата используются инструментальные высокоточные шпиндели фирмы Weinig.

Каждый из режущих агрегатов с нерабочей стороны закрыт легко откидывающимся звукопоглощающим кожухом, позволяющим получить доступ к узлам и механизмам агрегата. Зона обработки закрыта, в свою очередь, откидывающимися ограждениями и корпусом прижимной траверсы. При смене инструментов установка верхней прижимной траверсы агрегатов по высоте осуществляется с помощью собственного привода перемещения, причем последующая настройка на толщину заготовки может осуществляться автоматически.

Для исключения образования сколов при фрезеровании шипов на последней детали пакета применяется подпорная планка, профиль которой полностью соответствует профилю нарезаемых зубчатых шипов. Обычно эта планка выполняется из древесины твердых пород, чтобы в аварийных случаях предотвратить поломку режущего инструмента.

Завершив обработку торца, каретка с заготовками возвращается в исходное положение, заготовки вручную разворачиваются на 180 градусов и снова зажимаются на столе каретки. Далее цикл обработки повторяется, но после каждого повторного пересечения кареткой луча оптического датчика, расположенного на корпусе режущего агрегата, фрезерно-шипорезный суппорт поднимается на половину высоты зубчатого шипа, чтобы в дальнейшем обеспечить стыковку заготовок в одной плоскости по кромкам или пласти. После операции фрезерования шипов на втором торце заготовок, они проходят дополнительно через жесткую щетку, очищающую сформированный профиль шипов на пакете заготовок от остатков стружки и пыли, а затем – через наносящее клей устройство, и каретка останавливается.

Устройство нанесения клея выполнено в виде гребенки из специального пластика с низким коэффициентом трения, имеющей контрпрофиль нарезанному шиповому соединению. Это обеспечивает равномерное нанесение клея на поверхность шипов с одного торца заготовки. Устройство имеет оригинальную запатентованную конструкцию, позволяющую перекрывать форсунки для подачи клея в моменты, когда заготовка отсутствует. Моменты начала и прекращения подачи клея автоматически согласуются со скоростью перемещения каретки, несущей пакет заготовок.

Пакет заготовок с нарезанными с обоих торцев шипами и нанесенным клеем оператор снимает со стола и передает для загрузки на продольный пресс. Приводные вальцы пресса разгоняют заготовки друг за другом вдоль направляющей линейки и направляют их торец в торец, осуществляя за счет разницы скоростей предварительное опрессовывание плети заготовок на рольганге пресса. Одновременно боковые ролики пресса поджимают каждую заготовку к направляющей линейке, выравнивая плеть заготовок по боковым кромкам.

Как только длина плети достигнет заданной величины, что контролируется автоматически, плеть останавливается, на нее сверху опускается кожух-прижим пильного суппорта. В этот момент из щели в столе поднимается вращающаяся пила, отрезающая часть плети с припуском по длине на дальнейшую усадку при прессовании.

К торцу плети подводится упор пневмоцилиндра, который включается для окончательного продольного обжима плети, чтобы все шипы отдельных заготовок плотно вошли друг в друга. При этом усилие прессования, которое развивается пневмоцилиндром обжима в линии данной модели, может достигать 105–120 кН (10,5–12 т), в зависимости от размеров поперечного сечения склеиваемых заготовок. Одновременно на плеть сверху опускается верхняя прижимная траверса пресса, исключающая выгиб плети вверх. После предварительной выдержки в прессе давление с нее снимается, и она боковыми сбрасывателями сталкивается на вилочный стол-накопитель. Длина готовой сращенной плети в базовой модели линии составляет 3000–6100 мм.

Повышение производительности

Производительность линии сращивания зависит от полученного числа погонных метров плетей после сращивания. Изготовители оборудования определяют производительность как число, измеряемое в метрах в минуту для конкретных условий – средней длины и количества сращиваемых заготовок, их сечения, вертикальной или горизонтальной ориентации шипов. По мере роста производственных потребностей стартовую модель линии можно оснащать дополнительным оборудованием. Например, установка дополнительного режущего агрегата позволила удвоить производительность линии ProfiJoint Kombination.

Увеличить производительность можно также за счет установки вместо однопоточного пресса – двухпоточного. А пильный суппорт такого пресса можно оснастить устройством, позволяющим раскраивать плеть склеенных заготовок не только на максимальные длины (как правило, 3000 или 6100 мм), но и на ряд деталей в пределах этого размера по длине. Например, плеть длиной 6100 мм можно раскроить на одну заготовку метровой длины, одну – двухметровой и одну – трехметровой, или шесть заготовок длиной по одному метру. Повышения производительности линии можно добиться, обеспечив возможность разворота стола каретки в горизонтальной плоскости на 180 градусов. Это используется в линии Ultra: быстрый разворот стола каретки позволяет значительно экономить время в сравнении с ручным перебазированием заготовок на столе с конвейерной лентой.

Такая линия позволяет обрабатывать заготовки шириной до 205 мм при длине 150–1000 мм, однако при необходимости на ней возможна обработка заготовок длиной два и даже три метра. В сравнении с ProfiJoint Kombination производительность линии модели Ultra выше на 25–30%.

Линия CombiРact обладает еще большей производительностью и позволяет фрезеровать шипы вертикального и горизонтального расположения, в том числе и специальных профилей. Она оснащена двумя фрезерными шипорезными агрегатами, расположенными зеркально друг против друга и составляющими двухсторонний шипорезный станок. На входе участка предварительного прессования можно установить устройство, измеряющее фактическую длину будущей плети по сумме длин отдельных заготовок, поступивших на сращивание.

В линии CombiРact обработка деталей по противоположным торцам на шипорезных агрегатах синхронизирована, как на едином двухстороннем станке. В линии Turbo-S 1000, имеющей максимальную производительность, эти агрегаты, связанные между собой ленточными конвейерами, разнесены в пространстве и работают независимо друг от друга. При этом исключаются холостые проходы конвейеров каретки вдоль режущих агрегатов. Вращение всех трех пильных шпинделей, как и в предыдущих моделях, осуществляется одним электродвигателем мощностью 11,5 кВт. Мощность двигателя каждого фрезерного блока – 22 кВт, но опционально она может быть повышена до 37 кВт. На этой линии можно сращивать заготовки длиной 2 метра и более.

Turbo-S 1000 работает со скоростью до 53 м/мин при сращивании плети на вертикальные шипы для заготовок размерами 30х90х400 мм, до 25 м/мин – при сращивании на горизонтальные шипы для заготовок размерами 22х50х350 мм. Повышение производительности линии достигается, в частности, выравниванием пакетов заготовок по торцам уже на промежуточных транспортерных лентах.

Линии с поштучной выдачей заготовок

Если требуется зубчатое соединение на горизонтальных клиновых шипах (клееный щит, мебельные заготовки, ступени лестниц, погонажные изделия и т.д.), целесообразно применять линии сращивания с базированием заготовок по пласти с их поштучной выдачей, как это происходит на линии HS 120. Заготовки укладываются для подачи в линию на упоры-толкатели, которые попарно закреплены на каждом из звеньев цепи с шагом примерно 230 мм.

Расстояние между смежной парой упоров, закрепленных на одном звене цепи, составляет порядка 100 мм, что позволяет надежно базировать на них обрабатываемую деталь по кромке. Все, кто сталкивался с установкой таких упоров на цепи, знают насколько сложно и трудоемко выставить эту пару упоров, чтобы обеспечить перпендикулярность кромки детали вектору скорости подачи. В данной конструкции линии установлено устройство, позволяющее контролировать этот параметр, определять те звенья цепи, которые требуют юстировки, и помогать оператору или наладчику выполнять эту процедуру.

Первым в контакт с заготовкой вступает устройство контроля толщины заготовок, представляющее собой стальной лепесток, шарнирно подвешенный на горизонтальной оси и связанный с концевым выключателем. Если толщина заготовки превышает заданную, лепесток устройства разворачивается на больший угол и нажимает эксцентриком на упор концевого выключателя, что приводит к включению сигнализации и остановке линии. Далее на входе заготовки под режущий агрегат ее встречает вращающийся пластиковый ролик, установленный на прижимной траверсе. Его ось развернута в горизонтальной плоскости на определенный угол. Скорость вращения ролика несколько больше, чем скорость подачи.

В результате заготовка, скользя по поверхностям упоровтолкателей, своим торцом прижимается к боковой направляющей линейке агрегата, базируясь по ней, что обеспечивает стабильную толщину срезка при торцевании заготовки. Одновременно, с помощью прижимной траверсы агрегата, деталь прижимается пластью и скользит по двум фторопластовым направляющим конвейера, базируясь по ним своей нижней поверхностью.

Прижимная траверса установлена вдоль подающей цепи и имеет возможность перемещения по высоте – для настройки на толщину подаваемой заготовки, а также замены режущего инструмента. После подъема на максимальную высоту (для замены инструмента) траверса автоматически опускается на высоту, на которую была настроена до подъема вверх. Траверса представляет собой сварную балку, на нижней поверхности которой закреплена упругая стальная контактная пластина в виде ленты. Между корпусом балки и пластиной установлена пневматическая камера, аналогичная герметичному куску пожарного рукава. При подаче давления воздуха в пневматическую камеру она раздувается, заставляя ленту прижиматься к заготовкам, частично повторяя их поперечное сечение и обеспечивая тем самым их надежную фиксацию на упорах цепи в зоне резания. Режущий агрегат выполнен в унифицированном исполнении и включает в себя пильный и фрезерный блоки.

Поскольку эта линия предназначена, в основном, для нарезания шипов с заплечиками, то заготовка сначала надрезается верхней и нижней подрезными пилами, вращающимися попутно. Следом заготовка торцуется дисковой пилой, установленной соосно на одном шпинделе с пилой-дробилкой. Привод во вращение всех трех пильных шпинделей, как и в предыдущих моделях, осуществляется через плоскоременную передачу от одного электродвигателя мощностью 11,5 кВт. На рисунке видно, что юстировка каждого из пильных шпинделей в осевом направлении осуществляется эргономичными маховичками и контролируется по индикаторам часового типа с точностью до 0,01 мм.

Далее на фрезерном блоке формируется окончательное сечение профиля зубчатого клинового соединения. Привод фрезерного шпинделя, как и пильных шпинделей, является плоскоременным, что повышает плавность его работы. Мощность электродвигателя каждого фрезерного блока не превышает 15 кВт, поскольку детали обрабатываются не пакетом, а поштучно. После формирования шипов на правом торце заготовка проходит через устройство для нанесения клея.

Заканчивается первый участок линии специальным устройством контроля неперпендикулярности торцов деталей. Оно сортирует бракованные детали, сталкивая их со стола, после чего качественная продукция поступает в продольный пресс. Продольный пресс, включающий участки как предварительного, так и окончательного прессования, представляет собой типовую конструкцию и работает в двухтактном режиме, позволяя сращивать плети длиной 6100 или 7200 мм. Эта линия достаточно компактна, высокопроизводительна и экономична в эксплуатации.

Максимальной производительностью обладает линия HS 180 – до 63 м/мин при фрезеровании горизонтальных шипов на заготовках сечением 22х50 и длиной 350 мм, она может обрабатывать заготовки толщиной от 16 до 72 мм.

Подача заготовок в линию обеспечивается щеточным устройством в автоматическом режиме. Линия полностью автоматизирована от загрузки заготовок до укладки готовой продукции в штабель. На заключительном этапе происходит чистовая обработка заготовок и придание окончательных размеров по сечению на четырехсторонних продольно-фрезерных станках. При выборе компоновки линии значительное внимание следует уделить ее оснащению вспомогательным оборудованием и необходимыми опциями, например, оборудованием для заточки и подготовки режущего инструмента, устройством контроля влажности, загрузочно-разгрузочными, штабелирующими, транспортными устройствами и т.д.

Линия может быть оснащена различными электронными системами для ведения статистического учета ее работы, диагностирования технического состояния, в том числе дистанционно через Интернет фирмой-производителем. Современные линии сращивания заготовок на клиновой зубчатый шип используются в основном для производства столярно-строительных и мебельных деталей. В домостроении и создании протяженных конструкций, в том числе и арочных, используются линии для сращивания заготовок несущих клееных деревянных конструкций увеличенного сечения.