Методы оценки деревообрабатывающих станков

В соответствии с ГОСТ 4.404 «Система показателей качества продукции. Оборудование деревообрабатывающее. Номенклатура показателей», разработанного на базе ГОСТ 22851, для оценки качества и технического уровня деревообрабатывающего оборудования применяют следующие группы показателей: назначения, надежности, экономного использования материалов и электроэнергии, стандартизации и унификации, патентно-правовые, безопасности, эргономические и трудоемкости обслуживания.

Все показатели можно условно разделить на две группы. В первую входят показатели, остающиеся неизменными в течение всего срока эксплуатации машины, например показатели назначения, уровня автоматизации или стандартизации, показатели материалоемкости. Они лишь позволяют оценить соответствие оборудования современным требованиям. Ко второй группе относятся показатели, непосредственно характеризующие техническое состояние машины в данный момент. Они могут иметь требуемые значения в момент аттестации технического уровня машины, но в процессе эксплуатации эти значения неизбежно снижаются. Отмеченное обстоятельство определяет необходимость периодической оценки показателей технического состояния и проведения работ по регулированию, техническому обслуживанию или ремонту машины с целью восстановления показателей до установленных значений.

Техническое состояние оборудования характеризуется совокупностью фактических значений показателей его эксплуатационных свойств, определяющих степень пригодности оборудования для использования по назначению в данный момент времени. В зависимости от специфических особенностей машин, условий их изготовления и использования некоторые указанные выше группы показателей качества продукции могут отсутствовать. При необходимости вводятся дополнительные группы показателей и отдельные показатели, характерные для рассматриваемого оборудования, например, экологичности, экономичности и др. На данном этапе мы рассмотрим в основном показатели назначения, которые определяют основные функции оборудования, для выполнения которых оно предназначено, и область его применения. К ним относятся классификационные показатели и показатели функциональной и технической эффективности.

Классификационные показатели

Они характеризуют принадлежность оборудования к определенной классификационной группе и дают представление об основных технических параметрах оборудования. Применительно к четырехсторонним продольно-фрезерным станкам такими основными показателями являются:

– специализация станка внутри группы четырехсторонних станков (для калибрования пиломатериалов по сечению, производства профильного погонажа, паркета, производства деталей большого сечения для домостроения, фрезерования и продольного раскроя деталей под склеивание щитов и брусьев и т.д.);

– размеры обрабатываемой заготовки (наибольшие и наименьшие длина, ширина, толщина), характеризующие приспособленность станка к установке заготовки определенных размеров и массы, а также и к обработке поверхностей определенных размеров и профиля;

– размеры рабочих поверхностей элементов станка для установки заготовки (наибольшие и наименьшие длина и ширина переднего стола), определяющие приспособленность оборудования к установке и базированию заготовки для обработки;

– величины установочных перемещений базирующих элементов (направляющей линейки и переднего стола), главных перемещений рабочих органов (фрезерных суппортов, траверсы механизма подачи), характеризующие предельные значения взаимных перемещений рабочих органов, необходимых для обработки различных поверхностей заготовки;

– показатели режущего инструмента (наибольшие и наименьшие размеры инструмента, размеры и форма посадочных мест, число ножей и вид инструментального материала, способ крепления ножей и др.), определяющие применяемость инструмента и возможности оборудования при выполнении различных операций технологического процесса;

– показатели основных и вспомогательных движений рабочих органов (наибольшие и наименьшие значения скорости резания, диапазон скоростей подачи, частоты вращения и др.), определяющие возможность выбора рационального режима обработки заготовки;

– показатели силовой (энергетической) характеристики станка (установленная мощность, мощность привода главного движения и движения подачи, давление и расход воздуха или масла и др.), характеризующие предельно возможную энергоемкость обработки заготовки;

– показатели габарита и массы, определяющие требования к упаковке, транспортированию и монтажу оборудования, а также его материалоемкость.

Показатели функциональной и технической эффективности

Характеризуют полезный эффект от эксплуатации оборудования и прогрeссивность заложенных в нем технических решений. Наиболее важными показателями являются:

– качество продукции, выпускаемой на оборудовании, характеризуемое технологической точностью обработки (квалитетом точности), шероховатостью обработанных поверхностей и др.;

– производительность оборудования количество продукции, изготовленной за определенный период времени;

– показатели технического совершенства характеризуют прогрессивность заложенных в оборудовании конструктивных решений, уровень проектирования и качество изготовления элементов конструкции (средства автоматизации наладки и размерной настройки, возможность встраивания в автоматические линии, наличие автоматической смены инструмента и контроля его состояния, совмещение основных и вспомогательных операций, геометрическая точность, жесткость упругой системы, динамическое качество и др.).

Перечисленные выше показатели качества и технического уровня деревообрабатывающего оборудования определяются в процессе производства, эксплуатации, а также при проведении обязательных и добровольных сертификационных испытаний. Проанализируем более подробно классификационные показатели, характеризующие принадлежность оборудования к определенной классификационной группе в соответствии со специализацией и дающие представление об основных технических параметрах оборудования.

Условно по размерам обработки четырехсторонние станки делят на три группы.

К станкам первой группы относят легкие (калевочные) с шириной обработки до 160–180 и толщиной 80–100 мм для производства мебельных деталей, наличников, плинтусов и т.д. Скорость подачи таких станков – от 6 до 36 м/мин при числе шпинделей – 5–6. Эти станки относятся чаще всего к станкам повышенной точности и осуществляют обработку деталей по 11–13 квалитетам точности. Шероховатость обработанной поверхности Rm max, как правило, не превышает 32 мкм, а при применении джойнтеров может достигать и 16 мкм.

Станки второй группы средние (с шириной обработки от 20 до 250 и толщиной от 810 до 120 мм) применяются для производства строительного погонажа, брусьев, досок и т.д. Скорость подачи у станков этой группы – 8–60 м/мин, а у станков для калиброваниия пиломатериалов – 150 и более м/мин при числе шпинделей не более 5. В зависимости от назначения эти станки относятся к станкам повышенной или средней точности (IT 13 – IT 15). Шероховатость обработанной поверхности Rm max соответствует диапазону 60–200 мкм в зависимости от скорости подачи и состояния режущего инструмента.

Третью группу составляют тяжелые станки (с шириной обработки до 600 и толщиной до 300 мм), которые служат для обработки строительных балок, стенового клееного бруса и других подобных деталей. Эти станки относятся к станкам средней, а иногда и низкой точности и работают по 15–16 квалитету.

Следует отметить существование и сверхтяжелых станков с шириной фрезерования до 2600 мм, используемых при обработке широких клееных щитов и балок. Для таких станков требования к точности обработки и шероховатости поверхности задаются в индивидуальном порядке потребителем. В соответствии со специализацией станка и точностью обработки формируется и его компоновка.

В зависимости от требуемой точности обработки, чистоты поверхности, сложности профиля станки могут иметь до 9 шпинделей, расположенных в соответствии с требованиями вашего технологического процесса. Простейшие четырехсторонние станки для калибрования пиломатериалов по сечению имеют, как правило, четыре-пять шпинделей и относятся, в большинстве случаев, к станкам средней или низкой точности. Станки повышенной и высокой точности имеют от пяти до девяти шпинделей, при этом припуск на обработку распределяется между двумя дублирующими ножевыми головками, например, двумя верхними, двумя правыми и т.д. Причем вторая головка снимает меньший, чем первая, припуск для получения более высокого качества обработки поверхности.

В их составе может быть и универсальный шпиндель, имеющий возможность поворота вокруг продольной оси заготовки на 360 градусов, либо на плюс-минус 90 градусов, либо менять положение – «нижний – верхний». При этом универсальный шпиндель позволяет, например, обрабатывать продольные пазы, расположенные под углом к плоскости стола, либо продольный раскрой заготовок под склейку щита. Выпускаются станки, у которых второй правый вертикальный шпиндель может наклоняться к поверхности стола на угол до 45 градусов, что позволяет ему в большинстве случаев взять на себя функции универсального шпинделя.

Для обработки деталей под последующее склеивание щитов и брусьев существуют модификации станков, позволяющие осуществлять операции четырехстороннего фрезерования деталей, имеющие не четыре, а три горизонтальных шпинделя. Верхний (а иногда верхний и нижний) шпиндель выполняет комбинированные функции, что позволяет ему наряду с плоским фрезерованием пластей обрабатывать одновременно и боковые кромки детали торцовым фрезерованием. Для этого на наружной поверхности горизонтальной ножевой головки выбраны шлицевые пазы для установки и перемещения дисковых фрез с подрезателями.

Примером может служить станок Unimat Super 4 фирмы Weinig, созданный специально для обработки брусков под склеивание щитов. В этом станке используется комбинированный режущий инструмент в виде ножевой головки с двумя дисковыми фрезами и двумя пилами, установленными на ее корпусе. Пластинки, установленные на цилиндрических поверхностях дисковых фрез снимают при резании основной припуск, а зубья пил окончательно формируют поверхности по кромкам бруска. Одновременно обрабатывается и верхняя пласть заготовки плоскими ножами, установленными в корпусе головки. Такой комбинированный инструмент устанавливается на консольный шпиндель станка как и обычная головка для цилиндрического фрезерования.

По словам сотрудников фирмы Weinig, к такой схеме они пришли в силу необходимости обработки под склейку кромок брусков из древесины африканских экзотических пород, поскольку обработка поверхности цилиндрическим фрезерованием не обеспечивала надежной адгезии клеевого соединения при склеивании щитов. Это можно объяснить, поскольку при цилиндрическом фрезеровании происходит своего рода «зализывание» пор за счет продольного вдавливания (упругопластической деформации) клеточной структуры волокон древесины в поверхность обработкизадней гранью лезвия резца. Для изготовления ламелей под склеивание клееных стеновых брусьев рекомендуются четырехсторонние станки, у которых для обработки верхней и нижней пластей ламели в качестве режущего инструмента используются торцевые роторные головки, а не цилиндрические фрезы (например, система Rotoles фирмы Ledinek). В такой роторной головке устанавливается значительное число резцов, расположенных по периферии торцевой поверхности диска ротора.

К особенностям торцового фрезерования поверхностей заготовок роторными головками можно отнести более благоприятные условия подготовки поверхности древесины под склейку за счет раскрытия пор для впитывания клея, обеспечивая тем самым высокую адгезию клеевого шва. Данное преимущество станков с торцевыми роторными головками определило технологическую нишу таких станков – формирование плоских поверхностей, в первую очередь, под склейку и отделку, а также используемых в качестве базовых под дальнейшую обработку и калибрование деталей по сечению. Существуют модели станков, позволяющих наряду с продольным фрезерованием осуществлять и продольный раскрой (распиловку) деталей. Для этого станки снабжаются специальным пильным блоком, состоящим из двух вертикальных, расположенных рядом с некоторым смещением вдоль оси заготовки пильных шпинделей. Заготовка раскраивается с обеих сторон двумя наборами пил, находящихся попарно в одной плоскости, либо пила или набор пил устанавливается на последний нижний горизонтальный (или универсальный) шпиндель.

Такие станки служат для изготовления ламелей паркета, заготовок для мебельных щитов и столярных брусьев и т.д. Распиловку на ламели можно производить и при установке набора пил на вторые верхний или нижний горизонтальные шпиндели. Точность обработки на станке не в последнюю очередь зависит и от размеров переднего стола, в основном от его длины, поскольку именно на переднем столе осуществляется первоначальное базирование заготовки. Станки высокой точности имеют удлиненный (до двух и более метров) передний загрузочный стол, в отличие от станков средней и низкой точности, стол у которых по длине не превышает и половины метра.

Настройка станка на величину снимаемого припуска по нижней пласти и правой кромке заготовки осуществляется перемещением соответственно переднего стола в вертикальной, а передней (правой) направляющей линейки в горизонтальной плоскости на величину до 10 мм как вручную, так и механизированно. При снятии этих припусков нижней горизонтальной (фуговальной) и правой вертикальной головками на заготовке формируются базовые поверхности для ее дальнейшей обработки. В простейшем случае при оснащении станка четырьмя ножевыми головками окончательный размер детали по сечению устанавливается настройкой на заданные размеры левой вертикальной и верхней горизонтальной (рейсмусующей) головками. Для повышения точности обработки на большинстве четырехсторонних станков на обрабатываемой заготовке формируют вспомогательную технологическую базу, т.е. искусственную базу, расположение которой относительно создаваемой поверхности готового изделия непосредственного влияния не оказывает и используется лишь на промежуточных этапах обработки. Для этого на нижний горизонтальный (фуговальный) шпиндель крепят два режущих инструмента: сначала устанавливают так называемую шевинговальную фрезу – специальную дисковую фрезу с боковыми подрезателями, диаметр которой на 20 мм больше диаметра фуговальной головки, а затем и саму фуговальную головку.

Шевинговальная фреза формирует на правой нижней пласти заготовки вспомогательную базу в виде четверти. По этой четверти заготовка контактирует с короткой дополнительной направляющей линейкой, расположенной на основной направляющей линейке сразу же за фуговальной головкой. За счет этого обеспечивается надежное базирование заготовки по правой кромке. Затем правая вертикальная головка эту четверть убирает. Аналогичным способом создается вспомогательная база и в станках, специализирующихся на обработке коротких заготовок типа паркетной фризы. На первом нижнем шпинделе вместо фуговальной головки ставится набор пазовых фрез, формирующих на нижней пласти заготовки ряд продольных прорезей в виде гребенки.

В базовой поверхности заднего стола под зубья этой гребенки выполнены ответные направляющие пазы, из которых главный направляющий паз (крайняя правая или вторая дорожка) по ширине с высокой точностью соответствует выфрезерованному пазу заготовки. При движении через станок по этим пазам заготовка достаточно жестко ориентирована в направлении, нормальном вектору скорости подачи, что позволяет значительно повысить точность обработки, избавиться от выхватов по боковым кромкам детали. Вторая нижняя головка убирает эту гребенку, формируя окончательную поверхность детали и размер по толщине. Существуют устройства для создания дополнительной базы в виде ножа, установленного под правой вертикальной головкой в специальном сегментном корпусе, лезвие которого расположено строго в направлении подачи и выступает над плоскостью базового стола на высоту порядка 1 мм. Такой нож, врезаясь в нижнюю пласть заготовки, дополнительно базирует ее, исключая смещение в горизонтальной плоскости.

Известны аналогичные устройства в виде гребенки ножей, устанавливаемые над заготовкой перед рейсмусующей головкой. Повышение точности обработки достигается разнесением вертикальных шпинделей по ходу подачи: сначала заготовка обрабатывается правым вертикальным шпинделем, и лишь после того, как этим шпинделем будет сформирована база по правой кромке, в работу вступает левый вертикальный шпиндель. В станках пониженной точности, в основном для производства строительных деталей, иногда вертикальные шпиндели устанавливаются на одной направляющей, нормальной ходу подачи.

Показатели стандартизации и унификации

Показатели характеризуют насыщенность оборудования стандартными, унифицированными и оригинальными частями, а также уровень унификации с другими машинами. К показателям этой группы относят: коэффициент применяемости; коэффициент повторяемости; коэффициент взаимной унификации и др.

Патентно-правовые показатели

К показателям этой группы относятся показатель патентной чистоты и показатель патентной защиты, которые характеризуют соответственно возможность беспрепятственной реализации оборудования, как в Российской Федерации, так и за рубежом, и количество авторских свидетельств и патентов на технические решения, реализованные в оборудовании. Если экспортируемое оборудование изготовлено с использованием технических решений, защищенных действующими иностранными патентами, то после пересечения оборудованием границы РФ патентовладелец вправе предъявить серьезные экономические санкции к изготовителю, что уже бывало не раз.

Показатели надежности

Показатели надежности определяют способность оборудования выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования Надежность комплексное свойство, которое характеризуется безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. С учетом специфики деревообрабатывающего оборудования и вероятностной природы возникновения отказов, оценка технического уровня выполняется по следующим показателям: вероятность безотказной работы; средняя и g-процентная наработка на отказ; средний и g-процентный ресурс до капитального ремонта; среднее время восстановления; коэффициент технического использования и коэффициент готовности; объединенная удельная оперативная трудоемкость технических обслуживаний, ремонтов и восстановлений и др.

Показатели экономного использования материалов и электроэнергии

Показатели определяют экономичность по расходу материалов при производстве оборудования и по расходу электроэнергии при его эксплуатации. В качестве основных показателей используется удельная масса (масса машины, отнесенная к ее производительности) и удельный расход электроэнергии (расход энергии машиной, отнесенный к ее производительности).

Показатели трудоемкости обслуживания

Показатели характеризуют свойства оборудования, обуславливающие оптимальное распределение затрат материалов, труда и времени при эксплуатации оборудования. К этим показателям относятся: количество основного обслуживающего персонала; объединенная удельная трудоемкость технических обслуживаний и ремонтов и др. Так, например, четырехсторонний станок обычно обслуживают оператор и подсобный рабочий. Оснастив станок возвратным конвейером с толкателем, появляется возможность обслуживания станка только одним оператором. Находясь на одном месте, оператор загружает заготовки в станок из штабеля и принимает из станка готовые детали, формируя пакет готовых изделий. При этом исключается промежуточная транспортировка деталей и, как следствие, снижаются производственные расходы. В случае обработки на станке деталей длиной порядка двух метров и менее целесообразно на переднем столе станка или перед ним установить автоподатчики заготовок толкающего или конвейерного типа, загружаемые оператором вручную. Это особенно важно, когда производится обработка деталей длиной полметра и менее, когда оператор не успевает загружать их на передний стол станка торец в торец. Применение автоподатчика заготовок позволяет не только увеличить производительность станка практически на четверть, но и исключить образование выхватов на торцах детали при обработке верхним рейсмусующим шпинделем. В условиях крупносерийного производства станок может оснащаться автоматическим разборщиком штабеля на входе и пакетоформирующим устройством на выходе, в том числе и для укладки изделий в пакеты на прокладках.

Показатели эргономические

Показатели характеризуют систему «человек-машина» и учитывают комплекс гигиенических, антропометрических, физиологических и психологических свойств человека, проявляющихся в производственных процессах. Практически все выпускаемые ныне четырехсторонние станки оснащены защитными кожухами с окнами для обзора рабочих органов станков в процессе эксплуатации. При открывании кожуха автоматически выключаются механизмы резания и подачи, срабатывают встроенные тормоза всех электродвигателей, останавливая за несколько секунд шпиндели с режущим инструментом. Кожух защищает оператора как от выброса из зоны резания щепок, сучков и т.п., так и от воздействия значительного уровня аэродинамического шума, за что их часто называют звукопоглощающими. В некоторых конструкциях кожухов станков используется более эффективная двойная звукозащита: после поднятия основного кожуха с окнами виден ряд легко поднимающихся экранов кожухов, оклееных с обратной стороны звукопоглощающим материалом, как бы делящих внутренний объем над столом на две зоны.

Современной тенденцией для станков высокого уровня считается перенесение органов управления и настройки (кроме кнопок аварийного выключения и регуляторов давления с встроенными манометрами) с лицевой панели станка на отдельно стоящую консоль. В этом случае практически все управление осуществляется с этой консоли, где смонтирован пульт с дисплеем и клавиатурой системы управления с компьютерной поддержкой. Много внимания уделяется удобству настройки и наладки станков, их технического обслуживания. Так, например, у многих станков все органы настройки шпиндельных суппортов станка выведены на один уровень и снабжены цифровыми счетчиками положений, иногда и с электронной индикацией. Аналогичные счетчики установлены и на задних прижимах верхних горизонтальных суппортов, что позволяет оператору весьма просто устанавливать тарированное усилие прижима заготовки и стабильность обработки деталей без сколов и подрывов. К эргономическим показателям, например, относятся: уровни звукового давления и вибраций на рабочем месте оператора; усилия на рукоятках органов при управлении; размеры пульта управления и рабочего места оператора; цвета окраски и др.

Экологические показатели

Показатели характеризуют уровень возникающих при эксплуатации оборудования вредных воздействий на окружающую среду – выбросов пыли и паров растворителей, электромагнитных излучений и т.д. При выборе экологических показателей необходимо исходить из регламентов, рекомендаций, директив и правил международных организаций и стандартов Российской Федерации в области охраны природы.

Эстетические показатели

Показатели характеризуют информационную выразительность, рациональность формы, целостность композиции и совершенство производственного исполнения. К ним, например, относятся: показатель стилевого соответствия, показатель тщательности покрытия и отделки поверхности, показатель чистоты выполнения сочленений, скругления сопрягающихся поверхностей и др.

Экономические показатели

Экономические показатели характеризуют затраты на разработку, изготовление и эксплуатацию машины, а также экономический эффект от ее использования в производстве. К показателям этой группы в первую очередь относятся: стоимость оборудования, себестоимость обработки, эффективность окупаемости капитальных затрат, срок окупаемости, удельные эксплуатационные расходы и др.