Обзор универсальных сверлильных станков для деревообработки

Сверлильные станки выпускаются с ручной или механизированной подачей. У станков с ручной подачей перемещение сверлильного шпинделя по высоте осуществляется рукояткой или педалью с помощью пары «шестерня – зубчатая рейка». Станки с механизированной подачей шпинделя чаще всего оснащены пневматикой, что позволяет осуществлять перемещение шпинделя и одновременно прижимать заготовку к столу. Сегодня в деревообработке одношпиндельные станки применяются редко, поэтому в данной статье мы не будем их подробно рассматривать. Многошпиндельные сверлильные станки бывают универсальные и присадочные. Универсальные станки предназначены для сверления отверстий различного диаметра и произвольного расположения в плоскости. Шпиндели станка могут иметь групповой привод от одного электродвигателя или индивидуальный привод каждого шпинделя. Как правило, шпиндели станка с групповым приводом ориентированы по вертикали, а с индивидуальным приводом – в различных плоскостях. Такие станки в настоящее время применяются ограниченно.

Присадочные станки предназначены, в основном, для сверления нескольких отверстий одного диаметра, расположенных чаще всего по прямой линии. Такие отверстия предназначаются под круглые шипы (шканты) для сборки щитовых деталей под различными, чаще прямыми углами, а также под мебельную фурнитуру – петли, полкодержатели, стяжки, роликовые направляющие под ящики и другие комплектующие. Последнее время специализированные сверлильно-присадочные станки применяются и в столярном производстве при сборке на шканты оконных и дверных переплетов.

Сверлильно-присадочные станки получили значительное распространение во второй половине прошлого века в связи с широким развитием производства щитовой мебели. Сверление отверстий осуществляется в основном с помощью многошпиндельных сверлильных головок. Об этих станках, в основном, и пойдет речь в данной статье. По технологическим требованиям многошпиндельные станки относятся к группе деревообрабатывающих станков повышенной и высокой точности, поскольку должны обеспечивать точность взаимного расположения отверстий и баз по 11 – 13 квалитету. Эта точность определяет последующие после сборки геометрические размеры изделия, удобство и стабильность сборки, прочность соединений и готового изделия в целом. Особенно это важно, когда мебель поставляется потребителю в разобранном виде и ему самому приходится ее собирать, зачастую не обладая достаточными навыками сборки.

В соответствии с европейскими стандартами расстояние между двумя смежными отверстиями, расположенными на одной оси, принимается равным 32 мм (в США стандарт составляет 1,5 дюйма). Такое же расстояние закладывается и в изделии при его разработке, и между осями смежных сверл станка.

В качестве режущего инструмента используются специальные спиральные сверла диаметром до 20 мм, либо чашечные сверла диаметром до 50 мм, которые устанавливаются в сверлильную головку с помощью переходников – быстросменных байонетных оправок. На хвостовике сверла выполнена лыска, позволяющая закрепить сверло в оправке с помощью винта, а на оправке выфрезерован горизонтальный угловой паз, в который входит фиксатор, расположенный внутри посадочного отверстия шпинделя. Частота вращения сверла в большинстве случаев составляет 2800-2900 об/мин. Многошпиндельные универсальные горизонтально-вертикальные позиционные станки с одним поворотным сверлильным суппортом (сверлильной головкой) позволяют выполнять сверление группы отверстий, центры которых расположены на одной оси, последовательно либо в пласть щита, либо в его кромку, за счет возможности регулирования по величине угла разворота сверлильного суппорта из горизонтального положения в вертикальное и наоборот.

Эти станки позволяют выполнять соединения щитовых деталей не только под прямым углом, но и в виде эркера. Применение таких станков наиболее целесообразно на небольших предприятиях с малой номенклатурой выпускаемой продукции, поскольку переналадка станка на другое изделие занимает немало времени и может снизить его производительность. Другим недостатком универсальных станков с поворотным суппортом является достаточно низкая точность взаимного расположения отверстий относительно технологической базы. Сверление отверстий осуществляется по регулируемым упорам за несколько установов, а базы при этом могут быть различными. Эти станки выпускаются практически всеми фирмами, специализирующимися на производстве универсального оборудования.

Односторонние станки позиционно-проходного типа

Более производительными и более точными являются станки, работающие по позиционно-проходной схеме. Они могут быть одно- и двухсторонние. Односторонние станки позволяют на позиции обрабатывать одну кромку и пласть щита, для чего они оснащаются одним горизонтальным (расположенным слева вдоль вектора скорости подачи щита) суппортом и двумя-тремя вертикальными суппортами, располагаемыми в большинстве случаев под щитом. Расположение головок снизу позволяет лицевой стороне детали не касаться базовой рабочей поверхности стола, на ней не образуются царапины и потертости, а также способствует лучшему очищению винтовых канавок сверл от стружки, поскольку стружка падает вниз под собственным весом. Односторонние станки позволяют обрабатывать щитовые детали за одну установку по одной кромке и пласти, двухсторонние – одновременно по двум кромкам и пласти.

Вертикальные суппорта, точнее их сверлильные головки, могут разворачиваться на 90 градусов и сверлить отверстия как в продольном и поперечном направлениях, так и под углом, что расширяет технологические возможности станка. Однако в силу конструктивных особенностей таких станков число сверлильных шпинделей для сверления отверстий иногда оказывается недостаточным. Возникает необходимость перебазирования деталей, а из-за этого снижается точность расположения отверстий, особенно по противоположным боковым кромкам щитовой детали.

Двухсторонние станки позиционно-проходного типа

Чтобы избежать перебазирования деталей, были разработаны двухсторонние станки позиционно-проходного типа (рис. 1), оснащенные двумя горизонтальными и рядом нижних вертикальных суппортов, позволяющие сверлить одновременно отверстия как по двум боковым кромкам, так и по нижней пласти детали. Для этого станок оснащается двумя установленными на станине тумбами, несущими горизонтальные суппорты, причем левая (базовая) тумба неподвижна, а правая может перемещаться по направляющим станины для настройки. Подача щита в поперечном направлении (в направлении подачи) и его базирование на рабочей позиции осуществляется с помощью сервопривода. При сверлении щит фиксируется по базовым упорам на поперечных направляющих сверлильных суппортов с помощью – чаще всего – пневматических прижимов, расположенных на продольной траверсе станка. Прижимы могут перемещаться по верхней портальной балке станины для установки над зоной обработки.

Для выполнения отверстий одновременно в двух противоположных пластях детали эти станки могут оснащаться дополнительными верхними вертикальными суппортами, смонтированными на верхней портальной балке. Двухсторонние сверлильно-присадочные станки являются современным высокопроизводительным оборудованием, время обработки отверстий на котором составляет единицы секунд, и поэтому они наиболее эффективны для использования на массовом производстве. Основным недостатком станков проходного типа, кроме высокой цены, является их долгая переналадка на новую карту присадки. Этот процесс может занимать около часа. Поэтому такие станки пользуются ограниченным спросом.

Сверлильно-присадочные станки могут использоваться и при изготовлении перфорированных звукопоглощающих плит шириной до 2,5 метров для строительства. Существуют станки (рис. 2) с шестью спаренными сверлильными суппортами, установленными сверху на несущем кронштейне, покрывающим практически всю ширину заготовки. Суппорта одновременно опускаются и высверливают в заготовке два ряда отверстий. Далее рабочий стол станка движется по оси Х, а кронштейн с головками — по осям Y и Z. В конце работы вся поверхность плиты покрывается отверстиями, в соответствии с заданной системой ЧПУ картой присадки.

Обрабатывающие центры

Следующим шагом развития технологий присадки стало появление обрабатывающих центров. Сейчас практически любой универсальный центр для обработки щитовых деталей наряду с базовыми шпинделями оснащается группами как горизонтальных, так и вертикальных сверлильных головок. Так как деталь не перебазируется и обрабатывается за одну установку, точность обработки может достигать микрометров, что зачастую гораздо выше технологических требований. Однако и у обрабатывающих центров имеется ряд недостатков. В первую очередь – недостаточная производительность при выполнении большого числа отверстий: их приходится выполнять последовательно, как при сверлении в кромку, так и в пласть. Поэтому такие центры эффективны лишь при сравнительно небольших объемах производства или в комбинации со сверлильно-присадочными станками других типов. А это уже требует грамотного составления технологического процесса без снижения точности и качества обработки.

Поиски в совершенствовании технологических процессов сверления для большого числа отверстий различного диаметра как под шканты, так и фурнитуру, привели к появлению специализированных обрабатывающих центров для сверления присадочных отверстий как в пласти, так и в кромке щитовых деталей, в том числе и под углом к обрабатываемой поверхности.

Большинство таких центров работает по позиционно-проходной схеме. Обрабатываемая деталь подается механизмом подачи на позицию обработки, базируется по упорам и закрепляется прижимами. Затем в детали выполняется ряд отверстий несколькими сверлильными суппортами. По конструктивному исполнению центры могут быть как с подвижным, так и неподвижным суппортом (суппортами). Такие станки обеспечивают выпуск готовых деталей с высокой точностью взаимного расположения отверстий без переналадки. Они обладают большей производительностью сверления в сравнении с универсальными обрабатывающими центрами, но уступают по производительности станкам с поперечной подачей. Примером центра с неподвижным суппортом является станок Skipper-100 итальянской компании Biesse.

У этого станка на неподвижном суппорте находится два обрабатывающих блока – один над столом, другой – под ним. На станке Skipper-100 могут одновременно обрабатываться два щита, например, левая и правая стенки шкафа с зеркальным расположением отверстий. Стол с обрабатываемой деталью перемещается со скоростью до 100 м/мин по двум независимым осям Х и У. Станок имеет широкую номенклатуру режущего инструмента (82 шпинделя – 58 вертикальных и 20 горизонтальных сверлильных, 2 пильных и 2 электрошпинделя). Каждый из шпинделей независимо вызывается по командам системы ЧПУ, в соответствии с программой обработки, что позволяет обрабатывать щит по всем шести сторонам, в том числе и одновременно по двум пластям. Станок обеспечивает вертикальное сверление 4-х видов: сверху, снизу, сквозное (когда сверла в осевом направлении практически встречаются, а затем нижнее уходит вниз) и сверление сразу двух заготовок. Подобные центры, так же, как и станки проходного типа, могут быть оснащены встроенным манипулятором для загрузки-выгрузки деталей.

Некоторые сверлильно-присадочные центры позволяют не только обрабатывать сквозные и глухие отверстия разных диаметров, но и выполнять ряд сборочных операций: забивку шкантов, установку петель, направляющих элементов под ящики и т.д. Цена специализированного обрабатывающего центра достаточно высока, не каждое предприятие сможет обеспечить его полную загрузку, а следовательно, и экономическую эффективность. Сравнительно недавно были разработаны автоматизированные сверлильно-присадочные станки с числовым программным управлением, применение которых целесообразно как на небольших, так и на крупных мебельных предприятиях. Примером такого оборудования являются станки с нижним расположением сверлильного суппорта – Livra и Meris итальянской компании Hirtz.

В этих небольших по габаритам станках использована автоматизированная система позиционирования инструмента, позволяющая обеспечить большую гибкость при быстром переходе с одной карты присадки на другую: станок заканчивает обработку последних деталей по первой карте присадки, а вы вводите или вызываете из памяти следующую программу под вторую карту. Время переналадки станка сводится к минимуму – лишь на вызов программы и ее подтверждение. Кроме того, программное обеспечение позволяет оптимизировать карту присадки автоматически, минимизировав перемещения сверлильных суппортов. В конструкции этих станков, по аналогии с обрабатывающими центрами, использованы независимые, вызываемые по программе от системы ЧПУ сверлильные шпиндели, позволяющие выполнять сверление отверстий как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях. Подобная компоновка позволяет станку обрабатывать отверстия по пяти поверхностям щита: на всех четырех кромках и на нижней пласти. Скорость осевого перемещения сверла оптимизирована в зависимости от вида сверления (глухое или сквозное), типа инструмента и его диаметра, вида материала – щит из цельной древесины или из ДСтП.

В некоторых модификациях станков рабочая поверхность стола, по которой движется деталь, выполняется не с контактными роликами, а с утапливаемыми стальными шариками, позволяющими создать воздушную подушку для снижения трения между деталью и столом. Станок Livra оснащен системой считывания положения передней и задней кромок щита, что позволяет повысить точность обработки за счет переноса погрешности размеров предыдущей обработки в среднюю часть щита и не требует точного исходного позиционирования заготовки. Скорость подачи щита, как и скорость перемещения суппорта, достигает 60 м/мин и более. Частота вращения сверла может достигать 5000 об/мин. Станок Meris является следующей модификацией станка Livra, у него, в отличие от предшественника, левая продольная базовая линейка при настройке на ширину щита перемещается автоматически. Кроме того, Meris снабжен возвратным подъемным конвейером-лифтом для готовых деталей. В этих станках предусмотрена возможность считывания штрих-кода с подающихся в него деталей. В этом случае переналадка станка на новую карту присадки осуществляется автоматически, по команде со считывающего устройства.

Станки с вертикальным расположением щита

Вертикальное расположение обрабатываемого щита позволило сделать станок более компактным. Одной из первых вывела на рынок такой станок итальянская станкостроительная фирма Brenna Maccine. Внешне он напоминает вертикальный станок для форматного раскроя плит. В этих станках обрабатываемый мебельный щит укладывается боковой кромкой на основании жесткой решетчатой рамы, установленной под углом около 15 градусов к вертикали, и под собственным весом прижимается к реечному полю с опорными роликами. Для загрузки плиты и ее перемещения в основании рамы установлены приводные транспортные ролики или подающий конвейер. Гамма сверлильно-присадочных станков, выпускаемых фирмой Brenna Maccine (входит в группу Biesse), весьма широка – от сравнительно небольших станков для малых производств до высокопроизводительных автоматических линий, оснащенных оригинальным околостаночным оборудованием: загрузчиками, перекладчиками, формирователями штабеля, устройствами маркировки со штрих-кодом и т. д. Еще одним примером вертикального сверлильно-присадочного станка является центр CYFLEX F900 итальянской компании SCM (рис. 3).

Номенклатура сверлильно-присадочных станков достаточно широка. Чтобы подобрать среди них наиболее подходящий, сначала следует определить, что планируется на нем обрабатывать – клееный мебельный щит или древесностружечную плиту, какой будет поверхность – ламинированная или с лакокрасочным покрытием, какими будут размеры заготовки и т. д. Рассчитайте требуемую производительность, сформулируйте технологические требования к обработанным поверхностям детали. Уточните, сможет ли новый станок вписаться в технологический поток, в производственную площадь, в энергообеспечение и систему удаления отходов обработки. Вас могут проконсультировать представители компании-производителя оборудования. Более эффективным может оказаться сотрудничество с инжиниринговой компанией. Она поможет не только с выбором станка, но и разработает проект производства, исходя из уже имеющегося у вас станочного парка, осуществит поставку, монтаж оборудования и проведет пусконаладочные работы.

Не стремитесь купить оборудование непосредственно у производителя – экономия будет небольшой, а проблемы с поставкой, таможней, сертификацией, последующим сервисным обслуживанием могут оказаться серьезными. Выбирайте оборудование известных производителей и поставщиков, давно работающих и хорошо зарекомендовавших себя на рынке. Отдавайте предпочтение компаниям, у которых есть сервисные службы в вашем регионе, которые смогут обучить ваш персонал, предложить гарантийный и послегарантийный сервис и обеспечить ваше производство расходными материалами.