Обзор форматных станков

Станки для обрезки плит по формату

Обрезка плиты по заданному формату необходима для придания ей определенных ГОСТом или ТУ размеров после прессования. Наиболее распространены станки с Г-образной схемой движения плиты. Такой станок состоит из двух одинаковых двухпильных секций, расположенных друг к другу под прямым углом. По конструкции секции напоминают концеравнительный двухсторонний станок. Необработанная плита поступает на направляющие первой секции и подается в зону резания. Далее две круглые пилы опиливают плиту на заданную ширину. Потом заготовка протаскивается на направляющие второй секции, где вторая пара пил формирует размер плиты по длине. Движение обоих конвейеров осуществляется от одного привода, что обеспечивает синхронность движения плиты через станок.

Такие станки обладают хорошей производительностью, но имеют серьезный недостаток: невысокую точность обработки из-за перебазирования детали с одного конвейера на другой. Примером такого станка является еще сохранившийся на некоторых производствах станок ДЦ-3М. Иногда используют два станка типа ЦТ4Ф (ЦТ3Ф), развернутые друг к другу под прямым углом и связанные системой конвейеров.

При раскрое плитных и листовых заготовок требуется обеспечить максимальный процент полезного выхода деталей, комплектность деталей в соответствии с объемом производства и соблюдение технологических и конструктивных ограничений, например, для мебельных заготовок, выпиливаемых из облицованной текстурной пленкой плиты, необходимо учесть направление рисунка. Станки для раскроя плит делятся на две группы: с горизонтальным или вертикальным расположением раскраиваемой плиты. Больше распространены станки, в которых плита или пачка плит раскраивается в горизонтальном положении.

Форматные станки для раскроя плиты с подачей кареткой

Малым предприятиям для форматного раскроя облицованных плит эффективнее использовать круглопильные станки с ручной или механической подачей плиты кареткой. Прародителем первого форматного круглопильного станка является Вильгельм Альтендорф – столяр, основатель одноименной фирмы, который в 1906 г. изобрел первый круглопильный станок с подвижной кареткой. Такой станок позволил вырезать плоскую деталь точно прямоугольной формы, не пользуясь при этом ни угольником, ни линейкой со шкалой, ни даже карандашом. Он назвал свое изобретение «форматно-обрезная циркульная пила системы Altendorf».

Так как распиливаемый материал перемещался по столу станка не руками, а автоматически вместе с кареткой, труд столяра становился гораздо проще, производительнее и безопаснее (рис. 1). В 50-х годах прошлого века на заводе фирмы Altendorf была изобретена двухроликовая каретка, патент на которую принадлежал ей целых 30 лет. До сих пор Altendorf занимает лидирующие в мире позиции по технологическим возможностям форматных станков благодаря широкому набору опций и качеству их исполнения. В настоящее время на предложенном Вильгельмом Альтендорфом принципе форматные станки выпускаются достаточно широко более чем тремя десятками зарубежных фирм, в основном в Германии и Италии.

Круглопильные станки с ручной подачей стали широко использоваться в мебельном производстве после появления в пятидесятых годах прошлого века древесностружечных плит, а позже и облицованных полноформатных плитных материалов. Эти станки оснащены помимо основной пилы дополнительной – подрезной. Вторая пила выбирает паз в нижней пласти плиты, чтобы получались качественные ребра щитов. Сочетание двух пил позволяет раскраивать плиты без сколов облицовочного материала. Таким образом, плиты можно облицовывать кромочными материалами сразу после раскроя без предварительного фугования кромок.

Форматные станки способны выполнять продольный, поперечный и смешанный (под углом к волокнам древесины) раскрой пиломатериалов. С их помощью можно выбирать пазы, четверти, снимать фаски. Форматные станки применяются и для распиливания листовых пластмасс (текстолита, оргстекла и других полимеров), легких металлических сплавов (проката на основе алюминия или магния). По конструктивному исполнению станки разных фирм имеют сходные принципы построения и набор основных узлов. Они отличаются лишь качеством материалов и сборки.

Базой станка является станина коробчатой конструкции, как правило, сварная, искусственно состаренная для исключения коробления в процессе эксплуатации. Иногда для повышения виброустойчивости ее заполняют бетоном. Механизмом резания станка является пильный агрегат, корпус которого выполняется, как правило, из чугуна. В станине станка выполнены радиусные пазы, в которые вставлены направляющие сегменты, несущие пильный агрегат и обеспечивающие ему возможность наклона на угол до 45о. Настройка пил по высоте и углу наклона выполняется как вручную, так и с помощью электромеханического привода. Точность настройки перемещения по высоте – 0,1 мм, по углу – 0,1о.

В легких станках вращение обеих пил обычно обеспечивается одним электродвигателем, в тяжелых – у каждой пилы свой двигатель. Частота вращения основной пилы может регулироваться плавно или дискретно (через 50 об/мин) пультом управления. Частота вращения пилы в зависимости от ее диаметра может контролироваться процессором для обеспечения оптимальных режимов пиления. Мощность электропривода основной пилы лежит в диапазоне от 3.5 до 11 кВт, в зависимости от исполнения станка. Для сокращения времени замены пилы используется быстросъемная система крепления с помощью торцевого ключа, позволяющая производить замену с минимальными физическими усилиями.

В зависимости от толщины основной пилы подрезная пила, состоящая из двух пил зеркального исполнения, смещенных в радиальной плоскости относительно друг друга на один зуб, может настраиваться на ту же толщину плюс 0,05 мм на каждую сторону, что и основная. Настройка может осуществляться набором прокладок между двумя половинками пилы и бесступенчато регулировочным винтом с помощью специальной оправки Rapido plus – вручную или на пульте управления. Подрезная пила имеет попутное с направлением подачи вращение и прорезает паз в месте выхода зубьев основной пилы из пропила глубиной 0,5–2 мм в зависимости от характеристик облицованного слоя. Мощность электродвигателя привода подрезной пилы, как правило, не более 0,5 кВт. Частота вращения подрезной пилы составляет 6000–8500 об/мин при диаметре 100–125 мм.

Подрезная пила может перемещаться вдоль оси вращения (для совмещения с плоскостью основной пилы) и по высоте независимо от нее, а при отсутствии необходимости в подрезке утапливаться ниже уровня стола. Пилы сверху закрываются защитным кожухом, защищающим руки оператора и служащим эксгаустерной воронкой для удаления отходов обработки. На платиках станины неподвижно крепится массивный рабочий стол станка, совместно со станиной гасящий вибрации при пилении. Базовая поверхность стола может быть покрыта твердым хромом или другим покрытием, препятствующим износу и коррозии в процессе движения по нему заготовок. Подвижная консольная каретка станка снабжается поддерживающим телескопическим устройством, воспринимающим вес конструкции каретки вместе с весом лежащего на ней пакета плит.

При этом исключается прогиб консоли и каретка перемещается вместе с раскраиваемым щитом без приложения значительных усилий. Существуют станки, в которых поддерживающее устройство конструктивно выполнено в виде вертикальной опоры, нижняя часть которой через подвижный ролик опирается на рельс, вмонтированный в пол цеха. К сожалению, при монтаже станка практически невозможно обеспечить горизонтальность этого рельса, а, следовательно, и горизонтальность перемещения каретки при резании.

Кроме того, попадание на рельс мелких частиц, пыли и т.д. может вызвать вертикальные колебания каретки, что снизит точность обработки и ускорит износ ее сопряжений, в первую очередь – направляющих. Поэтому в большинстве станков используется телескопическое поддерживающее устройство. В этих станках заготовка укладывается на подвижный алюминиевый стол каретки, который по круглым направляющим станины и специальной тележке с четырьмя роликами увеличенного диаметра может перемещаться на расстояние до 5 м. Стол каретки выполнен на основе многокамерного полого профиля, обеспечивающего надежное сопротивление каретки различным деформациям, в том числе и скручиванию.

Базирование заготовки осуществляется как по параллельной направляющей линейке рабочего стола, так и по поперечному угловому упору, позволяющему выпиливать детали практически под любым углом. Настройка суппорта, параллельной направляющей линейки и поперечных упоров осуществляется по шкалам с увеличительным стеклом вручную или с помощью электропривода.

Для прижима заготовки к столу, особенно когда обрабатывается пакет плит, в ряде станков используется пневматическая прижимная балка, располагаемая вдоль пилы над подвижным алюминиевым столом, которая может управляться дистанционно. Данные станки могут поставляться с широким набором опций, например, с электроприводом перемещения каретки с электронной сенсорной рукояткой управления (джойстиком), лазерной индикацией линии реза, что наиболее целесообразно при продольном раскрое необрезных пиломатериалов, центральным узлом смазки, счетчиком отработанных часов, удлиняющими плитами рабочего стола, цифровым индикатором на угловом упоре, возможностью процессорной обработки данных оптимального раскроя и т.д.

При всех плюсах использования форматных станков с кареткой следует отметить, что подобные станки для специализированных производств по раскрою полноформатных плит использовать нецелесообразно, так как они требуют при загрузке плиты значительных затрат ручного труда, являются малопроизводительными. Но самый большой недостаток – эти станки занимают большую площадь. Для раскроя плиты размерами 1,75 х 3,5 м станок потребует площадь около 6 х 8 м.

Вертикальные форматные станки

Эти станки занимают меньше производственной площади. В последнее время достаточно широко используется простой по конструкции однопильный вертикальный форматный станок (рис. 2). Плита укладывается боковой кромкой на основание сварной решетчатой рамы станка, установленной под углом около 15о к вертикали, и под собственным весом прижимается к реечному полю. Это поле представляет собой своеобразную обрешетку, выполненную из деревянных или пластмассовых профилей и служащую для предотвращения возможного распиливания при раскрое опорной поверхности несущей рамы.

Для загрузки плиты и перемещения отпиленного фрагмента в основании рамы установлены транспортные ролики, которые во время пиления с помощью пневматики утапливаются внутрь основания. Перед распиливанием плита сверху фиксируется упорами. Рама выполнена в виде модуля, рассчитанного на раскрой плиты (или пачки плит) длиной до 5,3 м, шириной до 2,2 м и толщиной до 80 мм. Конструкция модулей позволяет их стыковать между собой по длине, что дает возможность увеличивать базовую длину станка до 16 м с длиной пропила более 15 м. Вдоль рамы по горизонтали закреплены две прямоугольные направляющие, по которым вручную или с помощью цепного привода приводится в движение (как на кульмане) каретка – вертикальная балка коробчатого сечения. По пазам или круглой скалке каретки перемещается пильный суппорт и выполняет вертикальный рез. Суппорт станка может поворачиваться на каретке на 90о. Это позволяет на станке наряду с вертикальным раскроем осуществлять и горизонтальный раскрой плиты.

Станок снабжен системой откидных упоров для смещения раскроенных полос в горизонтальном направлении друг относительно друга, а также для выполнения сквозных вертикальных резов при смешанном раскрое. Реечное поле может перемещаться автоматически, чтобы продольный рез не попадал ни на один из профилей этого поля. Для избегания при пилении сколов в некоторых моделях станков имеются подрезные агрегаты (по аналогии с форматными станками с кареткой и ручной подачей). Фирма Holz Her запатентовала специальное устройство, выполняющее те же функции, что и подрезной агрегат. Устройство состоит из двух подрезных твердосплавных ножей, расположенных слева и справа от пильного диска впереди его и служащих для надрезания на поверхности плиты двух достаточно глубоких рисок. Благодаря этим рискам при последующем раскрое круглой пилой твердых волокнистых или хрупких поверхностей обеспечивается ровная линия разреза без сколов кромки. Внутри вертикальных балок несущей рамы станка может быть выполнен воздуховод, служащий для аспирации – удаления опилок из зоны резания.

Станки с раскроем плит в горизонтальной плоскости

Станки с горизонтальным расположением плит по конструктивному исполнению делят на две большие группы. К одной относятся станки, в которых движение подачи осуществляется порталом с установленными на нем пильными суппортами, а раскраиваемая плита в процессе резания неподвижна. Другую группу образуют станки, в которых плита перемещается на каретке или подвижном столе относительно неподвижных суппортов. Среди станков первой группы больше распространены станки с продольно-поперечным порталом, как наиболее точные и занимающие небольшую производственную площадь. У этих станков на портале устанавливается набор пильных суппортов: поперечный, раскраивающий плиту в направлении, нормальном подаче, и несколько продольных, смонтированных с возможностью настройки на различную ширину раскраиваемых полос. На портале может устанавливаться и только один суппорт – подъемно-поворотный, имеющий фиксированные углы поворота пилы в диапазоне плюс-минус 180о и выполняющий как продольные, так и поперечные резы. Однако в промышленности чаще всего используются станки с подачей плиты подвижной кареткой (столом) или подвижными упорами.

Для расширения набора схем раскроя до недавнего времени увеличивали количество пил форматного станка. Так, например, станок российского производства ЦТМФ имеет одиннадцать пил. Однако этот станок и созданная на его базе линия раскроя плит МРП) имеет ряд недостатков, предопределивших его судьбу. Раскрой на этом станке недостаточно точный, а при совместной работе всех суппортов станок издает шум, похожий на звук самолета. Станок сложен в размерной настройке и технической эксплуатации, обладает излишней производительностью, делающей его нерентабельным даже для средних предприятий. К тому же для него требуется большая производственная площадь. На российских предприятиях можно встретить станок ЦТ4Ф, производства Вологодского станкозавода.

Этот станок относится к позиционно-проходным многопильным станкам для чернового продольно-поперечного раскроя с подачей столом. Поскольку подвижный стол станка выполнен цельным, то на данном станке можно работать лишь по продольно-поперечной схеме раскроя, выпиливая детали только двух ширин. Для получения деталей с другими значениями ширины продольные суппорта необходимо переместить в новое положение.

Система управления этого станка циклового типа на концевых выключателях. Она дает возможность совместно с электрогидравлической системой привода работать на нем в полуавтоматическом режиме, а при оснащении станка на входе и выходе манипуляторами загрузки-выгрузки – полностью автоматизировать процесс раскроя.

В настоящее время широко применяются однопильные форматные станки с прижимной балкой и подвижными упорами – толкателями. Эти станки достаточно дешевы и удобны в эксплуатации, у них ниже потребляемая мощность на резание, конструкция станка проще. Такие станки предназначены для чистового раскроя облицованных плит пачками высотой до 200 мм. Для обеспечения минимальных сколов на поверхности плиты также используется подрезная пила, расположенная перед основной пилой. Однако, в отличие от форматных станков с подвижной кареткой, у станков с прижимной балкой применяются подрезные пилы с зубьями в форме трапеции, формирующие требуемую ширину паза на нижней пласти плиты за счет подъема пилы над уровнем базового стола станка.

Обычно цикл работы станка таков: сначала делается первый, «отбеливающий» рез, при котором от пачки отрезается узкая полоска срезков, передние кромки которых могут быть замяты при погрузке или транспортировке, затем следуют друг за другом несколько резов на заданное количество полос нужной ширины. Полученные полосы накапливаются на передних столах, первая из них разворачивается вручную на 90 градусов, подается внутрь станка до упора, базируется по левой боковой направляющей линейке с помощью выравнивающего обрезиненного ролика, после чего толкатели перемещают полосу на заданные картой раскроя поперечные размеры, прижимная балка опускается и резание повторяется. Распиленные заготовки вручную снимаются со столов, следующая полоса разворачивается на 90 градусов и подается в станок и т. д.

Поскольку по направляющей линейке чаще всего базируются узкие полосы, то и на каретке слева устанавливается большее число толкателей. Следует отметить, что такая схема работы станка приводит к определенным неудобствам: спереди станка в зоне загрузки скапливаются пачки раскраиваемых плит, пачки полос после первого раскроя и готовые детали.

В некоторых станках толкатели на каретке могут перемещаться независимо друг от друга. В этом случае возможна продольно-поперечная схема раскроя – первая вышедшая из станка полоса на столе разворачивается, базируется по направляющей линейке и снова подается в станок. Затем толкатели подают каждую из пачек на свой размер, прижимная балка опускается, и суппорт производит одновременно как продольный, так и поперечный рез. Пачки готовых деталей снимаются со стола, затем разворачивается следующая полоса и снова подается в станок.

Для форматных станков с прижимной балкой предлагается широкий набор опций. Для повышения производительности рекомендуется оснастить станок подъемным столом, позволяющим загружать в станок стопы плит автопогрузчиком, чтобы затем в автоматизированном режиме подавать их из стопы на роликовый стол пачками заданной высоты. Если необходимо выпилить детали с разным направлением рисунка текстуры из одной пачки целесообразно использовать устройство разворота пачки плит на 90 градусов. Для отдельных производств, использующих непрямоугольные заготовки, целесообразно применять устройства для распиливания плит под углами, отличными от 90 градусов на базе гониометрического угольника, расположенного перед осью пропила. Определенный интерес для мебельщиков представляют устройство для автоматического выпиливания пазов в пласти плиты, а также устройство для раскроя плит с кромками, облицованными по технологиям пост-форминг и софт-форминг.

Для повышения точности раскроя некоторые модели станков оснащаются лазерным устройством разметки резов. Поскольку условия резания пачки плит являются достаточно тяжелыми для режущего инструмента, зачастую в форматных станках предусмотрены системы водо-воздушного (масло-воздушного) охлаждения полотен основных пил. Большинство станков этого типа управляются персональным компьютером с расширенным программным обеспечением. Это позволяет оптимизировать карты раскроя, выбирать нужные скорость подачи и высоту пилы над столом в зависимости от толщины пачки, выполнять некоторые нетиповые технологические операции, диагностировать текущее состояние станка, с обеспечивать связь станка с сервисными службами завода-изготовителя в реальном времени, рекомендовать вид технического обслуживания, печатать для каждой из деталей или пачки этикетки со штрихкодом и ряд других операций.

Для крупных предприятий на базе однопильных станков с верхней прижимной балкой существуют угловые компоновки станков: они ставятся обычно взаимно перпендикулярно и оснащаются для увеличения выхода поворотным столом. Раскрой в этом случае производится одновременно первым станком на продольные полосы, а вторым станком – на готовые детали. Для исключения ручных операций по загрузке и выгрузке такие станки оснащаются манипуляторами и конвейерами, а также установками для штабелирования и сортировки деталей.

Выбор форматного станка

Ведущими производителями форматного оборудования являются фирмы Altendorf, Panhans, Schelling, Holz-Her, Scheer и Holzma (Германия), Biesse, SCM и Giben (Италия). Они могут предложить станки, позволяющие реализовать практически любую схему раскроя для предприятия любой мощности. Для выбора форматного станка, сначала следует определить, какую плиту (ламинированную или необлицованную, с кромками постили софт-форминг) и каких размеров планируется раскраивать, какие детали максимальных и минимальных размеров надо выкраивать. Сформулируйте требования к качеству и точности этих изделий. Рассчитайте требуемую производительность оборудования с учетом ближайших перспектив развития вашего предприятия, оцените имеющиеся производственные площади, в т. ч. и для складирования и выдержки плит, как перед раскроем, так и после. Цена форматных станков с ЧПУ у изготовителей может варьироваться от 90 до 250 тыс. евро, не считая таможенного сбора, расходов на доставку и НДС.