Фрезерно-брусующие станки

Метод переработки пиловочных бревен на пиломатериалы и технологическую щепу был предложен еще в 70-х годах прошлого века в России и за рубежом. В его основу был заложен принцип совмещения во времени и пространстве технологических операций, которые ранее производились на нескольких станках традиционного лесопильного потока.

Фрезерование краевой части бревна производится с большими подачами на зуб Sz фрезы, в результате чего образуется технологическая щепа, аналогичная получаемой на рубительных машинах. На рис. 1 представлены основные схемы формирования бруса на фрезерно-брусующих станках.

Фрезерно­брусующие станки с цилиндрическими фрезами (рис. 1, а, в) работают с попутной подачей, которая позволяет получить качественную стружку постоянной длины в направлении подачи, но переменного сечения.

Станки с торцовыми фрезами (рис. 1, б, д), оснащенными резцами с двумя кромками, создают благоприятные условия для базирования бруса, так как в этих случаях отсутствуют боковые составляющие сил резания.

Станки с торцово­коническими фрезами с однолезвийными резцами (рис. 1, г, е) обеспечивают более качественную поверхность бруса, но в них возникают значительные боковые силы, усложняющие конструкцию базирующих устройств. Иногда на торцевой поверхности фрезы устанавливают дополнительно зачистную круглую пилу (рис. 2).

В станках с многорезцовыми торцово­коническими фрезами, резцы которых расположены по спирали (рис. 1, д), обеспечивается более высокое качество обработанных поверхностей, а также и вырабатываемой технологической щепы.

Станки со сдвоенными коническими фрезами позволяют одновременно обрабатывать две смежные пласти бруса (рис. 1, е). При этом с помощью двух суппортов (шпинделей) такого станка формируется четырехкантный брус.

В последние годы широкое распространение получили сдвоенные фрезерно-брусующие станки (рис. 3) с симметрично установленными относительно оси просвета сборными фрезами, расстояние между которыми может изменяться по командам оператора или автоматически.

В качестве режущего инструмента в этих станках применяют торцово­конические фрезы большого диаметра (D = 800…940 мм), которые отличаются количеством и расположением ножей в корпусе, а также конструкцией зачистных элементов.

Фрезерно­брусующие станки состоят из однотипных функциональных механизмов и сборочных единиц, образующих конструктивные модули. Это позволяет проектировать и собирать такие станки из ограниченного числа модулей в различных сочетаниях, определяемых требованиями технологии или производительности.

Помимо конструктивных модулей, сдвоенные станки и линии на их основе могут иметь сканирующие устройства, кантователи бревна, встроенные механизмы подачи, базирующие устройства, приводы. Конструкция станка объединяет модули с помощью единой станины и общего механизма подачи.

На рис. 3, а показан сдвоенный фрезерно-брусующий станок, режущий модуль которого с малорезцовой торцово­конической фрезой, установленной на шпинделе, связан с электродвигателем с помощью ременной передачи. Фреза, установленная на пильном валу, и приводной электродвигатель смонтированы на подвижном суппорте, который может перемещаться в поперечном направлении по специальным направляющим (прямоугольным или цилиндрическим).

Внутри станины имеется гидроцилиндр или электрический сервопривод, который обеспечивает точную настройку фрезы на размер обрабатываемого бруса с дискретностью 0,5 мм. Два таких модуля устанавливают зеркально симметрично относительно оси просвета подающего конвейера, образуя сдвоенный фрезерно-брусующий станок, вырабатывающий из бревна двухкантный брус.

Помимо фрезерующих модулей в состав сдвоенного фрезерно-брусующего станка входят также механизм подачи, устройство подвижного базирования обрабатываемого бревна, механизмы позиционирования и система управления. Сдвоенный фрезерно-брусующий станок с симметрично расположенными относительно оси просвета фрезерными суппортами работает следующим образом: торцово­конические фрезы (левая и правая), установленные на двухопорных шпинделях, формируют двухкантный брус.

Настройка фрез на размер обработки производится с помощью электрогидравлических механизмов позиционирования. Подача обрабатываемого бревна через зону фрезерования осуществляется двумя парами приводных вальцов, прижимаемых пружинами или пневмоцилиндрами.

Сдвоенные фрезерно-брусующие станки, оснащенные торцово­коническими фрезами, используют в качестве головных станков высокопроизводительные фрезерно-брусующие и фрезерно-пильные линии. Они предназначены для получения из окоренных бревен обрезных пиломатериалов и технологической щепы и эффективны при переработке тонкомерного пиловочника с диаметром в вершине от 10…12 см до бревен диаметром 30…32 см.

Сдвоенные фрезерно-брусующие станки

По такой схеме выполнен отечественный сдвоенный фрезерно-брусующий станок мод. ФБ-3, который предназначен для переработки окоренных бревен диаметром 10…24 см на двухкантный брус и технологическую щепу в составе фрезерно-пильных линий.

Кинематическая схема станка показана на рис. 4. Станок состоит из станины коробчатой формы с прямоугольными направляющими 3, на которых симметрично относительно оси просвета установлены правый 1 и левый 5 фрезерные суппорты одинаковой конструкции с торцово­коническими фрезами 11 и 18.

Каждый суппорт – двухопорный вал 10, смонтированный в подшипниках качения. На одном конце вала закреплена фре­за, на другом – приводной шкив 9. Вал с фрезой приводится во вращение от индивидуального электродвигателя 7 через клиноременную передачу 8. Он развернут относительно направляющих суппорта таким образом, что расстояние между зачистными кромками ножей, расположенных в диаметрально противоположных точках фрезы, составляет 0,6...1 мм.

В результате обеспечивается необходимое качество поверхности бруса.

Каждый суппорт устанавливается на размер обработки с помощью десятипоршневого гидропозиционера 6 с дискретностью (ходом поршня младшего разряда) 0,5 мм и фиксируется с помощью двух гидроцилиндров 2, штоки которых связаны с прижимной планкой 4.

На суппортах установлена группа приводных вальцов, смонтированных в корпусе 15. Каждая группа состоит из рифленого вытяжного вальца 17, гладкого направляющего вальца 16 (оба вальца одинакового диаметра 300 мм), пневматического механизма прижима 12 вытяжного вальца к брусу, электродвигателя 13 постоянного тока, червячного редуктора 14 и зубчатых передач 19.

Применение электронного регулируемого привода позволяет синхронизировать скорость подачи в станке со скоростями подачи других механизмов бревнопильной линии.

Ведущими европейскими производителями фрезерно-брусующих станков и бревнопильных линий на их основе являются фирмы Linck, SAB, Möhringer, EWD (Германия), Ahlström (Финляндия) и другие. Сдвоенный фрезерно¬брусующий станок модели PH700 фирмы Ahlström скомпонован по схеме, аналогичной схеме российского станка ФБ-3, но отличается большей мощностью механизмов фрезерования (до 110 кВт) и большим диапазоном изменения скорости подачи.

Позиционирование суппортов с фрезами на размер бруса осуществляется электрогидравлическими следящими механизмами поступательного действия. В станке применяются малоножевые фрезы с числом ножей 6 или 8 и зачистной пилой, закрепленной на торце фрезы (рис. 3, б). Установленные на суппортах электродвигатели мощностью 110 кВт позволяют станку работать со скоростью подачи бревна до 90 м/мин.

Фрезерно­брусующий станок модели PSP 600 фирмы SAB имеет прочную сварную станину с двумя цилиндрическими направляющими, на которых установлены два фрезерных суппорта с многоножевыми торцово­коническими фрезами большого диаметра. В конической части фрезы есть две спирали, в каждой из которых установлены 52 ножа.

На торцевых сторонах фрез закреплены зачистные пильные диски. Просвет между торцами фрез, определяющий ширину бруса, может изменяться от 80 до 500 мм. Регулировка фрезерных суппортов на размер обработки осуществляется с помощью электромеханического сервопривода с шарико¬винтовым исполнительным механизмом.

Особенностями фрезерно-брусующего станка модели VM 50 фирмы Linck являются высокие металлоемкость (масса до 20 тонн) и установленная мощность (250 кВт). Это позволяет обрабатывать бревна диаметром до 650 мм с подачей до 100 м/мин. На прямоугольных направляющих низкой станины установлены неподвижный фрезерный суппорт (справа) и подвижный суппорт, который периодически позиционируется на размеры обрабатываемого бруса.

В станке предусмотрена система регулирования осей шпинделей с закрепленными на них фрезами по высоте, в зависимости от диаметра обрабатываемого бревна. Высокая производительность лучших зарубежных образцов фрезерно-брусующих станков достигается с помощью увеличения суммарной установленной мощности до 250 кВт с одновременным повышением жесткости конструкции и металлоемкости.

Агрегатная переработка бревен

На базе фрезерно-пильного оборудования применяются три типа линий для переработки круглых лесоматериалов на пиломатериалы и технологическую щепу: агрегатной переработки бревен, фрезерно-пильные и фрезерно-брусующие.

Больше всего операций приходится на линию агрегатной переработки бревен, где все технологические операции выполняются в пределах одного фрезерно¬пильного агрегата. Такие линии предназначены для переработки тонкомерного сырья диаметром 8…16 см на технологическую щепу и пиломатериалы.

Они состоят обычно из двух станков – фрезерно-брусующего и многопильного для продольного распиливания брусьев, объединенных синхронизировано механизмами подачи и загрузочно-разгрузочными устройствами с единой системой управления.

При агрегатной переработке бревен на пиломатериалы и технологическую щепу в качестве режущего инструмента применяются фрезы и круглые пилы. Такая обработка позволяет заменить традиционную поточную линию в лесопилении одним агрегатом, производящим весь комплекс технологических операций по получению из бревен пиломатериалов необходимых сечений и технологической щепы.

Линия агрегатной переработки бревен (рис. 5) состоит из трех основных частей – впередиагрегатного устройства, фрезерно-пильного агрегата и позадиагрегатного рольганга.

Впередиагрегатное устройство предназначено для приема бревен с лесотранспортера, поштучной выдачи их на зажимные тележки, подачи очередного бревна 2 во фрезернопильный агрегат и поддержания свободного конца бревна при обработке. Устройство состоит из станины, комлевой, вершинной и перехватной тележек, приводов тележек, казенки и кантователя. В настоящее время многие такие линии оснащают конвейерным механизмом подачи.

Основным технологическим участком линии агрегатной переработки бревен является фрезерно-пильный агрегат, в котором бревно обрабатывается фрезами до формы ступенчатого бруса и затем распиливается набором дисковых пил 11 на доски. Бревно 2 подается в агрегат с помощью комлевой 1, вершинной 3 и перехватной 4 тележек. Последняя поддерживает свободный конец бревна во время обработки.

Фрезерование происходит за два перехода двумя фрезерными узлами I и II, каждый из которых состоит из нижней и верхней фрезерной головки. Нижние фрезерные головки 5 и 10 не меняют положения. Верхние фрезерные головки 6 и 9 закреплены на суппортах, имеющих вертикальное настроечное перемещение, ими пользуются при изменении диаметра обрабатываемых бревен.

Бревна трех последовательных четных диаметров обрабатываются путем автоматической настройки с помощью датчика диаметров и трехпозиционных гидроцилиндров. Технологическая щепа и стружка, вырабатываемые верхними фрезерными головками, удаляются системой пневмотранспорта.

Технологическая щепа от нижних головок и опилки удаляются при помощи гравитационных спусков. Пильный механизм 13 предназначен для продольного раскроя бруса ступенчатого сечения на доски. Подача бревен в агрегате осуществляется вальцовым механизмом, состоящим из пяти нижних 7, пяти верхних 8 и двух вертикальных 12 вальцов.

Нижние вальцы 7 не меняют положения во время работы, а верхние с помощью гидромеханической следящей системы автоматически устанавливаются по высоте в зависимости от толщины обрабатываемого материала.

Фрезерно­пильный агрегат работает в следующей последовательности. В момент выдачи очередного бревна с казенки на комлевую и вершинную тележки они находятся в крайних положениях, определяемых путевыми выключателями. Захваты комлевой и вершинной тележек разжаты, а шторки подняты.

При повороте вала отсекателя казенки очередное бревно из зева отсекателя скатывается по рычагам на приемные площадки вершинной и комлевой тележек, нажимая на рычаг конечного выключателя. По этой команде захваты тележек зажимают бревно, а привод комлевой тележки начинает подачу его в агрегат. Одновременно с этим измерительная система регистрирует диаметр бревна и выдает команду на поднастройку по высоте верхних фрезерных головок.

Перехватная тележка откатывается от агрегата назад. Когда вершинная тележка приходит в крайнее положение, по команде от путевого выключателя разжимаются ее захваты и тележка останавливается, а комлевая тележка продолжает движение к агрегату, поддерживая свободную консоль бревна до тех пор, пока комель не достигнет зоны перехватной тележки.

В это время захваты перехватной тележки зажимают бревно, после чего разжимаются захваты и опускается шторка комлевой тележки. Перехватная тележка с зажатыми захватами сопровождает бревно до агрегата; комлевая и связанная с ней вершинная тележка ускоренно отводятся в исходные позиции.

Доски, выпиленные на фрезерно¬пильном агрегате, поступают на позадиагрегатный рольганг, состоящий из восьми приводных роликов и двух разделительных шин, отделяющих в разные потоки центральные и боковые доски.

Российские фрезерно-пильные линии

Для переработки окоренных бревен хвойных пород диаметром 10…24 см на пиломатериалы и технологическую щепу для целлюлозно­бумажных комбинатов российскими конструкторами были разработаны полуавтоматические фрезерно¬пильные линии ЛФП-2 и ЛФП-3. На линии ЛФП-2, выполняющей роль оборудования первого ряда, бревно поступает на загрузочный конвейер и протаскивается им до середины кантователя.

При наличии значительной продольной кривизны бревна оператор включает кантователь для установки бревна «горбом» вверх. В таком положении бревно поступает на подающий конвейер, который упорами зажимных кареток подает его во фрезерно-брусующий станок. С помощью торцово­конических фрез на фрезерно-брусующем станке формируются боковые поверхности бревна в размер двухкантного бруса, который задается с пульта управления. Полученная при фрезеровании щепа поступает на выносной конвейер.

Далее двухкантный брус подается в круглопильный станок, оснащенный кроме постава пил фрезерным механизмом с горизонтально расположенными ножевыми головками. Верхняя фрезерная головка предназначена для снятия выступающих необработанных поверхностей двухкантного бруса (горба, комля, крупных остатков сучков и т.д.), калибруя брус сверху.

Нижняя фрезерная головка фрезерует часть нижнего обзола бруса, формируя базу для его прохождения через круглопильный станок, обеспечивая тем самым более высокое качество раскроя пиломатериалов.

Кроме того, фрезерный механизм станка улучшает условия базирования бруса при его дальнейшей обработке при входе на линию ЛФП-3. После обработки на фрезерном механизме брус поступает на пильный механизм этого станка, где от бруса с каждой боковой стороны отпиливаются по одной или две необрезные доски заданной толщины.

При этом пилы, находящиеся в середине постава, выпиливают двухкантный брус, толщина которого в дальнейшем будет составлять ширину обрезных досок при его обработке на линии ЛФП-3. ЛФП-3 является оборудованием второго ряда и входит в состав лесопильного потока. Полученные необрезные доски поступают на роликовый конвейер с наружной части от разделительных шин, а двухкантный брус после снятия с него двух или четырех досок поступает в середину между разделительными шинами.

Далее необрезные доски сбрасываются с роликового конвейера на поперечный цепной конвейер для дальнейшей обработки, а брус подается на линию ЛФП-3 или на другое технологическое оборудование.

Линия ЛФП-3 включает следующие последовательно установленные механизмы и агрегаты: подающий ленточный конвейер, рольганг с центрирующим устройством, подающее устройство, собственно фрезерно-брусующий станок, многопильный станок, приемный роликовый конвейер с разделительными шинами. Управление осуществляется из кабины оператора.

Линия работает следующим образом: предварительно полученный на линии ЛФП-2 двухкантный брус определенной толщины поступает на ленточный конвейер и продвигается в зону центрирующего устройства, которое располагает его по оси просвета фрезерно-брусующего станка.

Подающее устройство захватывает брус с помощью трех верхних прижимных вальцов и направляет в фрезерно-брусующий станок, торцово­конические фрезы которого перерабатывают боковые части бруса, формируя четырехкантный брус заданного сечения. Далее четырехкантный брус поступает в многопильный станок Ц9Д-1 или Ц8Д-8, где распиливается на обрезные доски. Пакет досок продвигается по роликовому конвейеру на сортировочную площадку. При этом крайние боковые доски отделяются шинами от остальных. Щепа, получаемая при фрезеровании бруса, также поступает на выносной конвейер.

Толщина обрабатываемых на линии брусьев может изменяться от 78 до 186 мм. Пропускная способность линии – 6 брусьев длиной 5,5 м при скорости подачи 40 м/мин или 9 брусьев при скорости подачи 60 м/мин. Общая установленная мощность достигает 322 кВт.

Управление каждой из линий осуществляется оператором из застекленной кабины. Он визуально определяет кривизну бревна, выбирает для конкретного бревна с пульта управления позиции установки пил и фрез станков линии в соответствии с ранее разработанными технологическими картами, отслеживает ход технологического процесса раскроя.

Отсутствие систем сканирования и оптимизации в значительной степени ставило производство в зависимость от субъективных факторов, связанных с оператором. Фактически выход пилопродукции, ее качество и производительность линии зависят от уровня его квалификации, способности оперативно и оптимально оценивать ситуацию.

Западный вариант

Фрезерно­пильные станки и линии, созданные за рубежом, отличаются многообразием конструкций и технологических возможностей, высокой степенью автоматизации. Анализ конструктивных и технологических решений зарубежных фрезерно-пильных линий позволяет выделить два основных направления их развития.

Первое аналогично традиционной двухпроходной технологии раскроя бревен, но построено с использованием сдвоенных фрезерно¬брусующих, ленточнопильных и круглопильных станков. Это направление получило развитие в линиях фирм Коckums, Аri (Швеция), Ahlström (Финляндия).

Второе направление характеризуется созданием фрезерно-пильных линий с более высоким уровнем концентрации операций, например, с помощью объединения операций фрезерования ступенчатого бруса и его распиливания в одном сдвоенном фрезерно-пильном станке.

Такая схема исключает появление необрезных досок и использование участка с фрезерно¬обрезными станками, что позволяет уменьшить площади, занимаемые лесопильным потоком.

Примером такого решения является фрезерно-пильная линия фирмы Linck. Линия содержит восемь технологических позиций, которые реализуются с помощью четырех сдвоенных станков. На первой позиции формируется двухкантный брус, который затем на второй позиции поворачивается на 90° вокруг продольной оси и, базируясь по пласти, пропускается через второй фрезерно¬брусующий станок (позиция 3).

Полученный четырехкантный брус поступает в сдвоенный фрезерно-пильный станок, где с помощью цилиндрических фрез формируется ступенчатый брус (позиция 4), от которого с каждой стороны отделяются на позиции 5 по две обрезные доски. После кантования бруса на позиции 6 на широкую пласть вторично формируется ступенчатый брус (позиция 7), который затем на позиции 8 распиливается на чистообрезные пиломатериалы требуемых сечений.

Последние две позиции объединены в одном сдвоенном фрезерно-пильном станке мод. CSMK, аналогичном установленному на позициях 4 и 5. Управляет работой линии один оператор.

Основными технологическими машинами такой фрезерно-пильной линии являются два фрезерно-брусующих станка мод. VM50 (или VMH50), формирующих сначала двухкантный, а затем четырехкантный брус заданных размеров, и два двусторонних фрезерно¬пильных станка мод. CSMK, имеющих четыре фрезерных шпинделя с цилиндрическими фрезами для обработки ступенчатого бруса и двухвальный механизм с набором дисковых пил, распускающих ступенчатый брус на пиломатериалы требуемых сечений.

Станки максимально унифицированы между собой, что облегчает их сборку. Продукция такой линии – чистообрезные пиломатериалы и высококачественная технологическая щепа.

Окоренные и рассортированные по диаметрам пиловочные бревна продвигаются продольным конвейером по лотку на подающий конвейер первого фрезерно-брусующего станка, в котором бревно перерабатывается на двухкантный брус и технологическую щепу.

Далее брус по роликовому конвейеру перемещается к механизму центрирования и подачи, установленному перед вторым фрезерно¬брусующим станком, в котором формируется четырехкантный брус заданного сечения. Затем брус поступает в многопильный станок, где он распускается на обрезные доски заданной толщины, поступающие на приемный конвейер. С него доски передаются на поперечный конвейер, где их при необходимости торцуют и затем передают на сортировочный участок.

Щепа от фрезерно-брусующих станков поступает в бункер-накопитель.

На первый взгляд, фрезерно-брусующая технология переработки пиловочного сырья на пиломатериалы и технологическую щепу кажется слишком сложной, так как требует высококвалифицированных специалистов. Однако она имеет определенные преимущества по сравнению с рамной, ленточнопильной, поскольку позволяет снизить затраты как на приобретение оборудования, так и на его эксплуатацию.