Обзор фуговально-рейсмусовых станков для деревообработки

Продольное фрезерование можно выполнять на целом ряде станков, когда направление подачи заготовок совпадает с направлением волокон древесины. На фуговальных станках (рис. 1а) создается технологическая база по нижней пласти детали для ее дальнейшей обработки. На двухсторонних станках база создается и по боковой кромке (рис. 1б). На односторонних рейсмусовых станках осуществляется калибрование отфугованной по нижней пласти заготовки в размер по толщине (рис. 1в) путем снятия припуска с ее верхней пласти. На двухсторонних рейсмусовых станках осуществляется калибрование заготовки в размер по толщине без предварительного фугования (рис. 1г). Универсально-фрезерные станки служат для обработки с предварительным фугованием плоских и профильных поверхностей детали по ее боковой кромке.

Четырехсторонние продольно-фрезерные станки

Четырехсторонние станки обладают более широкими технологическими возможностями и большей производительностью, поэтому они пользуются большей популярностью. На таком станке за один проход выполняется одновременная обработка деталей по толщине и ширине (рис. 1д) – обрабатываются все четыре продольные поверхности детали. Четырехсторонний станок можно рассматривать как комбинацию из сгруппированных на одной станине в порядке технологического процесса продольно-фрезерных станков – фуговальных и рейсмусовых. Функциональная схема четырехстороннего станка представлена на рис. 2.

Для создания взаимно перпендикулярных базовых поверхностей сначала по пласти, а затем и правой боковой кромке заготовки используются нижний горизонтальный и правый вертикальный шпиндели – как при обработке на двухстороннем фуговальном станке. Для формирования ширины детали используется левый вертикальный шпиндель, конструктивно представляющий собой фрезерный станок с нижним расположением шпинделя, но работающий в составе станка как развернутый на 90 градусов односторонний рейсмусовый. Размер детали по толщине формируется верхним горизонтальным шпинделем за счет съема припуска с верхней пласти заготовки, как при обработке на одностороннем рейсмусовом станке.

Четырехсторонние фрезерные станки предназначены для не только плоского, но и профильного продольного фрезерования заготовок из древесины за один проход со всех четырех сторон по поперечному сечению. В последнее время разрабатывается все больше станков, в которых фрезерование плоских поверхностей осуществляется торцово-коническими или торцово-цилиндрическими фрезами. Существуют модификации станков, позволяющие осуществлять операции четырехстороннего фрезерования деталей и имеющие не четыре, а три или даже два горизонтальных шпинделя. Верхний и нижний шпиндель выполняют комбинированные функции, что позволяет им, наряду с плоским фрезерованием пластей, обрабатывать одновременно и боковые кромки детали торцово-коническим или торцово-цилиндрическим фрезерованием. Для этого на наружной поверхности горизонтальной ножевой головки или ножевого вала выбраны шлицевые пазы для установки и перемещения торцово-конических или дисковых фрез с подрезателями.

На рис. 3 показана конструкция такого инструмента – ножевой комбинированной головки с двумя дисковыми фрезами, оснащенными неперетачиваемыми твердосплавными пластинками. Такая комбинированная головка используется фирмой Weinig (Германия) в станке Unimat Super 4.

Цилиндрические поверхности дисковых фрез снимают при резании своими пластинками основной припуск по кромкам заготовки, а пластинки на торцевых поверхностях – подрезатели – окончательно формируют качество обработанной поверхности по этим кромкам. Одновременно плоскими ножами, установленными в корпусе собственно ножевой головки, обрабатывается верхняя пласть заготовки. Такой комбинированный инструмент устанавливается на консольный шпиндель станка как обычная головка для цилиндрического фрезерования.

Такая схема была разработана для обработки кромок брусков при склеивании мебельных щитов из древесины африканских экзотических пород, поскольку обработка поверхности цилиндрическим фрезерованием не обеспечивала надежной адгезии клеевого соединения. При цилиндрическом фрезеровании происходит своего рода «зализывание» пор благодаря продольному вдавливанию (упруго-пластической деформации) задней гранью лезвия резца в поверхность обработки клеточной структуры волокон древесины.

Метод роторного фрезирования

Для плоского фрезерования в настоящее время все более широко применяются продольно-фрезерные станки, использующие в качестве режущего инструмента торцевые роторные головки, а не цилиндрические фрезы. Примером этого может служить система Rotoles фирмы Ledinek (Словения). В роторной головке системы Rotoles используется значительное число резцов, расположенных по периферии торцевой поверхности диска – ротора. Идея роторного фрезерования не нова. В 1970-х гг. во ВНИИ деревообрабатывающего машиностроения был разработан и изготовлен фуговально-рейсмусовый станок, в котором резание по пластям заготовки выполнялось торцовым фрезерованием горизонтальными дисками с установленными в них под некоторым углом к радиусу плоскими ножами. Этот станок не пошел в серийный выпуск.

Преимуществом торцового фрезерования роторными головками в сравнении с цилиндрическим является лучшее формирование поверхности древесины под склейку за счет раскрытия пор древесины для впитывания клея. Это обеспечивает высокую адгезию клеевого шва. Поэтому такие станки используются для формирования плоских поверхностей под склейку и отделку, а также базовых – под дальнейшую обработку, и калибрование деталей в размер по сечению. Кроме того, поскольку в этом случае стружка снимается по нормали к обработанной поверхности, на полученной плоскости отсутствуют кинематические неровности в виде волны.

А поскольку резцы по нижней кромке работают с перекрытием друг друга, то на обработанной поверхности отсутствуют и следы от выкрошивания материала лезвия, либо его износа. Это позволяет снизить шероховатость обработки и, как следствие, расход клея. Роторная головка, используемая в качестве режущего инструмента в таких станках, представляет собой оригинальную коаксиальную конструкцию (ротор в роторе). Принципиальная схема конструкции такой роторной головки, используемой в качестве фуговального суппорта станка, представлена на рисунке 4.

Она включает ротор 1 в виде тарелки, по периферии плоской поверхности диска которой равномерно выполнены несколько десятков отверстий под установку резцов – цилиндрических державок с посадочными местами под поворотные неперетачиваемые твердосплавные пластинки, используемые в качестве резцов. Для удобства замены державок внутри посадочных отверстий ротора устанавливаются пружины сжатия, которые при ослаблении крепежных болтов выталкивают державку из отверстия. В центре тарелки имеется отверстие, в которое вставлена цилиндрическая гильза 2, в расточке которой на высокоточных подшипниках смонтирован вал 3.

С одного конца вала, выходящего в тарелку, закреплен диск 4, плоскость которого совпадает с плоскостью вращения лезвий резцов, т.е. с плоскостью обработки. С противоположного конца вала закреплен маховик 5. В свою очередь, гильза установлена в подшипниках большего диаметра в корпусе роторной головки (суппорте), закрепленном на станине станка. Наружная цилиндрическая поверхность гильзы играет роль шкива под плоскоременную передачу, с помощью которой роторная головка с резцами приводится во вращение. Маховик 5 предотвращает вращение диска 4 за счет сил трения в подшипниках, подтормаживая его вследствие возникающих инерционных сил. Роторная головка устанавливается на станине станка таким образом, что плоскость диска, совпадающая с плоскостью вращения резцов, совмещается с плоскостью заднего стола 6 станка, передняя кромка которого в плане выполнена по дуге окружности (так же, как и задняя кромка переднего стола 7).

Перебазирование заготовки с переднего стола станка на задний стол осуществляется через плоскость диска 4 роторной головки – фактически через промежуточный задний стол. Поскольку врезание резцов в заготовку происходит постепенно, дуга контакта резцов с торцом заготовки увеличивается плавно, а не ударом, как при цилиндрическом фрезеровании. При этом и формирование отфугованной поверхности происходит поэтапно. Достаточно получить на нижней пласти заготовки в направлении подачи серповидный фрагмент плоскости длиной, несколько превышающей расстояние между передним столом и диском роторной головки (около 30 мм), как заготовка перебазируется на плоскость диска, одновременно продолжая базироваться и по переднему столу.

Данный вид перебазирования заготовки при роторном фрезеровании исключает часто встречающееся при цилиндрическом фрезеровании формирование ступенек (выхватов) на нижней пласти заготовки по торцам в моменты ее захода на задний стол и схода с переднего стола. Этот положительный эффект при роторном фрезеровании будет особенно заметен при обработке заготовок, ширина которых сопоставима с диаметром ротора. Поскольку по периферии плоскости ротора может быть закреплено несколько десятков резцов (порой и более сотни), то каждый из них срезает стружку малой толщины, а следовательно, и действующие силы резания незначительны по величине, что, в свою очередь, вызывает меньшие упруго-пластические деформации поверхности обработки. Кроме того, такой процесс резания является менее энергоемким, что также является еще одним плюсом предложенной конструкции.

Следует отметить также, что в контакте с заготовкой постоянно находятся несколько резцов, поэтому силы резания от каждого резца, складываясь, образуют постоянную составляющую, снижающую динамичность процесса резания, одновременно снижая и шумовые характеристики процесса, в том числе и аэродинамический шум. Облегчается и работа эксгаустерного устройства при удалении более однородных тонких стружек-отходов. Технологическим преимуществом такого вида обработки является возможность калибрования деталей толщиной до двух миллиметров. Обычно роторные головки располагаются напротив друг друга, и возникающие силы резания от двух головок, действуют в одном направлении, прижимая заготовку к направляющей линейке. На станках, оснащенных роторными головками типа Rotoles, можно обрабатывать даже тонкие торцевые срезы (плашки) деревянных деталей.

Примером станка, оснащенного роторной головкой, может служить станок Rotoles 400 D-S с верхним расположением ротора, предназначенный для одностороннего рейсмусования заготовок. О незначительности сил резания и стабильности самого процесса говорит то, что в этом станке подача заготовок по всей длине станка обеспечивается обрезиненным подающим конвейером, позволяющим бережно транспортировать в первую очередь обработанные тонкие детали, в том числе и торцевые срезы.

Для подачи тонких заготовок в двухсторонних рейсмусовых станках, оснащенных роторными механизмами резания, используются специальные механизмы подачи, чаще всего конвейерного типа, оснащенные равномерно распределенными по поверхности заготовки прижимными пальцами. Такой цепной конвейер представляет собой гусеницу, каждый трак которой несет несколько установленных в шахматном порядке заостренных подпружиненных пальцев. Усилие прижима каждого пальца сравнительно невелико, в результате чего подача заготовки через станок осуществляется без ее продольно-поперечной деформации. Это обеспечивает стабильность формы детали после ее выхода из станка, поскольку она не распрямляется после снятия прижимного усилия.

В станке Rotoles 400 P-D, выполненном по схеме двухстороннего рейсмусового станка, применен комбинированный механизм подачи. Сначала заготовка подается вальцами по гладкому переднему стальному столу, а после формирования нижней пласти детали нижней роторной головкой вместо гладкого стального стола, типичного для большинства продольно-фрезерных станков, для дальнейшего базирования используется обрезиненный подающий конвейер, позволяющий бережно перемещать обработанные детали, в том числе и толщиной до 2 мм. Rotoles 400 P-D при работе в режиме двухстороннего рейсмусового станка позволяет осуществлять и многоручьевую обработку заготовок, используя по максимуму ширину подающего стола. Следует отметить, что в большинстве станков этой группы широко используются и традиционные вальцовые механизмы подачи, особенно в четырехсторонних станках.

Поскольку при обработке роторными головками достигается шероховатость поверхности до 32 мкм, существуют разновидности станков, оснащаемых шлифовальными агрегатами, позволяющие осуществлять за проход, одновременно с фрезерованием, и шлифование плоских поверхностей. Основным недостатком эксплуатации станков на базе системы Rotoles является трудоемкость монтажа державок резцов в диск ротора с последующей установкой лезвий этих резцов в одну плоскость резания. Поскольку сама роторная головка не может быть снята со станка для замены инструмента, являясь элементом конструкции станка, замену режущих элементов приходится производить непосредственно на станке. А если на станке смонтированы четыре таких головки, а на каждой из них закреплено более сотни резцов, то снятие затупившегося инструмента и установка нового может занимать не один час.

Установка резцов производится в два этапа. На первом этапе во все посадочные отверстия ротора вставляются державки с твердосплавными неперетачиваемыми пластинками, а на втором этапе режущие лезвия пластинок устанавливаются в одну плоскость. Для станков, оснащенных роторными головками с большим числом резцов, предлагается специальное приспособление, облегчающее работу наладчика при смене инструмента. Система Rotoles является базой для целого ряда станков компании Ledinek: для одностороннего фрезерования – фуговальных и рейсмусовых с шириной обработки от 200 до 2100 мм, двухсторонних рейсмусовых с шириной обработки от 400 до 1300 мм, четырехсторонних – от 20 до 320 мм.

Особой популярностью у производителей паркета, клееного щита, ламелей клееных деревянных конструкций, в том числе и стенового бруса для деревянного домостроения, оконного клееного бруска для производства евроокон, пользуется станок Rotoles 400 D-S, позволяющий обрабатывать заготовки шириной до 400 мм, толщиной от 2 до 150 мм, при их длине начиная от 150 мм. В этом ряду станков представлены и станки, позволяющие наряду с обработкой поверхностей фрезерованием производить и раскрой заготовок с помощью круглых пил на ламели под последующее склеивание, например, деревянных мебельных щитов и панелей. Примером может служить как вышеописанный станок, так и станок Rotoles 300 5VR, оснащенный двумя роторами, установленными в горизонтальной плоскости, двумя – в вертикальной плоскости, и нижним горизонтальным шпинделем, несущим набор круглых пил.

В четырехсторонних станках на базе Rotoles роторные головки успешно сочетаются с традиционными цилиндрическими и профильными фрезами. На рис. 5 показан комбинированный четырехсторонний станок Rotoles 300 4VR с шириной фрезерования 320 мм, у которого верхняя и нижняя пласти заготовки обрабатываются горизонтальными роторными головками, а боковые кромки – цилиндрическими фрезами.

Скорость подачи при обработке деталей на станке с роторными головками может достигать 250 и более метров в минуту, что требует для нормальной эксплуатации станка его дооснащения околостаночным оборудованием – как для автоматизированной загрузки с помощью автоподатчика, так и для приема готовых деталей и формирования штабелей. Данные станки широко используются при производстве деревянных клееных конструкций на различных этапах производства – от вскрытия дефектов на начальных этапах обработки заготовок до формирования чистовой поверхности готовых изделий.