Браширование (состаривание) древесины: обзор станков

Однако при использовании фрезерования траектория движения ножей режущего инструмента представляет собой циклоиду, в результате чего на поверхности детали появляются систематически повторяющиеся «гребешки», которые можно рассмотреть, если поднести деталь ближе к свету. Это привычный всем способ обработки древесины.

На Всемирной выставке по деревообработке Ligna, прошедшей в 2009 г. в Ганновере (Германия), компания Weinig представила четырехсторонний станок с «болтающимися» шпинделями, которые могут в процессе обработки заготовки вместе с инструментом перемещаться как вдоль оси вращения инструмента, так и по нормали к поверхности заготовки.

Как технология, так и станок вызвали неподдельный интерес у деревообработчиков. Ведь в данном случае величины перемещений инструмента могли находиться в широких пределах в зависимости от направления перемещения (осевых – до 25 мм, радиальных – до 3 мм) и технологического назначения шпинделя.

О какой точности обработки можно говорить в этом случае? Но все дело в том, что она и не нужна! Здесь достигается принципиально иной результат – формируется декоративная поверхность детали, имитирующая состаренную древесину.

Это происходит из-за скорости подачи заготовки, частоты и амплитуды колебаний шпинделя относительно заготовки для повторяющегося либо заданного по случайному закону рисунка, а также из-за формы многоручьевого профиля резцов ножевой головки.

Благодаря этой технологии можно добиться полного ощущения того, что изделие создано вручную стамесками различной ширины и профиля. Декорирование заготовки происходит по трем лицевым поверхностям – по верхней пластине и двум боковым кромкам.

Причем рисунок может быть ограничен только технологическими требованиями к инструменту и фантазией дизайнера. Сразу следует отметить, что на этом станке, если необходимо, поверхности детали могут обрабатываться и по традиционной технологии – продольным плоским или профильным фрезерованием.

Строго говоря, осевое перемещение инструмента было известно и ранее и использовалось на горизонтальных шпинделях в четырехсторонних станках (Leadermac, Тайвань, и Ledinek, Словения) для получения стенового профилированного клееного бруса.

Однако в этом случае достигается совсем другой эффект, а именно: существенно уменьшается износ режущих ножей в местах контакта их лезвий с клеевыми швами ламелей бруса. Ведь известно, что твердость высохшего клеевого шва значительно выше твердости древесины, а это приводит к достаточно быстрому износу лезвий резца, сокращению ресурса ножей, частым сменам и переточкам инструмента и т.д.

В результате на обработанной поверхности образуется продольный валик деформированной древесины, выступающий по всей длине детали. Осцилляция же инструмента позволяет задействовать при контакте с клеевым швом более длинный участок лезвия, равный ее двойной амплитуде, разнеся такой контакт во времени.

Идея, предложенная немецкими специалистами, была оценена по достоинству уже в середине 2010 г. в подмосковном поселке Вербилки, где на промышленных площадях проектно-производственной компании Luxury Woodcraft был введен в эксплуатацию первый в России станок для структурирования поверхностей Weinig Powermat 400.

Благодаря новому оборудованию в ассортименте фирмы появились образцы различных декоративных рельефных панелей, используемых как для внешнего оформления коттеджей, так и для их внутренних интерьеров, в том числе и с различными видами тонировки, с прозрачной и непрозрачной отделкой лаками и эмалями. Первый же заказ на изготовление декоративных рельефных панелей составил 40 м3 продукции.

Интересная деталь – изготовленная по данной технологии доска пола с достаточно крупным рисунком на поверхности обладает еще и лечебным эффектом. Дело в том, что при ходьбе по такому полу происходит своеобразный массаж стоп, который помогает предупреждать и даже исправлять плоскостопие.

Один из польских клиентов фирмы Weinig, приобретя станок, работающий по такой технологии, наладил производство паркетной доски из эбенового дерева настолько успешно, что менее чем за год стал долларовым миллионером. В России в настоящее время работают несколько таких станков на базе оборудования типового модельного ряда Powermat.

Способы формирования профиля

Рисунок на поверхности детали создается при помощи вращающейся на рабочих оборотах профильной фрезы, которая одновременно перемещается по заданной программе как в осевом, так и в радиальном направлении перпендикулярно вектору подачи детали, определяя заглубление профиля рисунка.

Диапазон скорости подачи при формировании рельефа весьма широк и может регулироваться. Для усложнения рельефного рисунка на поверхности деталь можно обрабатывать на станке с одним верхним горизонтальным шпинделем или за два прохода фрезами с ножами разного профиля на различных скоростях подачи, либо за один проход на станках, имеющих два верхних горизонтальных шпинделя.

Если перемещения ножевых головок отрабатываются по жесткой заданной программе, то рисунок будет организованным, периодически повторяющимся. А в случае, когда оба перемещения (осевое и радиальное) заданы генератором случайных колебаний, рисунок получится неповторяющимся.

Существуют различные способы формирования профиля, например, верхней поверхности заготовки:

1) ножевой головкой, совершающей осциллирующее движение вдоль оси вращения (перпендикулярно направлению подачи заготовки);

2) ножевой головкой, совершающей осциллирующее движение в направлении, нормальном к обрабатываемой поверхности заготовки;

3) ножевой головкой, совершающей осциллирующее движение одновременно как вдоль оси вращения, так и по нормали к поверхности заготовки;

4) последовательно двумя ножевыми головками с разными профилями ножей, совершающими осциллирующее движение по п. 1–3, на станке с двумя горизонтальными шпинделями;

5) последовательно за два прохода на станке с одним горизонтальным шпинделем после смены профилей ножей в ножевой головке, совершающей осциллирующее движение по п. 1–3;

6) ножевой головкой, вращающейся вокруг неподвижной горизонтальной оси, когда заготовка в процессе подачи совершает в зоне резания перемещение по высоте как параллельно оси вращения фрезы, так и под углом к ней.

Как видно, возможности формирования профиля поверхности детали практически неисчерпаемы. Как показала первая эксплуатация станка с осциллирующим инструментом, на поверхности можно выполнять рисунки профиля как близкие к геометрически правильным, так и объемно имитировать текстуру и строение древесины, в том числе отдельные виды ее пороков – наклон волокон, завитки, свилеватость, крень.

Например, при обработке поверхности фрезой с профилем в виде мелкой неорганизованной гребенки при амплитуде осевого колебания инструмента порядка 15 мм, частоте 5 Гц и скорости подачи порядка 30 м/мин можно имитировать фактуру древесины березы.

Для нее характерно, особенно для досок, выпиленных из комлевой части ствола, более или менее упорядоченное расположение волнообразно изогнутых волокон с характерной струйчатой структурой.

По внешнему виду такое оборудование неотличимо от типового четырехстороннего продольно-фрезерного станка. При необходимости традиционного продольного фрезерования функции осцилляции ножевых головок могут быть отключены.

Модифицированный верхний горизонтальный суппорт станка включает в себя унифицированный шпиндель с консольным креплением инструмента типа Power Lock, установленным в цилиндрической гильзе на высокоточных подшипниках качения.

Перемещение суппорта происходит с помощью электромеханического привода через шариково-винтовую передачу по нормали к вектору скорости подачи по шариковым направляющим с малым коэффициентом трения, закрепленным на кронштейне станины.

Электродвигатель через плоскозубчатую ременную передачу приводит шпиндель во вращение, а зубчатый шкив, установленный на нем, выполнен удлиненным, превышающим ширину плоскозубчатого ремня минимум на величину осевого колебания. Такая конструкция механизма резания позволяет выполнять осцилляцию вращающегося шпинделя с режущим инструментом в осевом направлении.

Регулируя c пульта управления величину, форму и последовательность питающих импульсов тока, добиваются заданного закона перемещения режущего инструмента относительно поверхности заготовки, а следовательно, и формы ее рельефа.

При обработке деталей на станке с двумя горизонтальными верхними шпинделями подача заготовки в промежутке между этими шпинделями и на выходе из-под второго осуществляется не стальными рифлеными, а обрезиненными вальцами или вальцами с пластиковым покрытием, чтобы не испортить качество сформированной рельефной поверхности.

Монтаж и демонтаж инструмента осуществляется традиционным способом, как на обычном четырехстороннем станке.

Станок Dekoplan – вариант на тему

На Международной выставке Ligna-2011 словенская фирма Ledinek представила станок марки Dekoplan, также разработанный для структурирования фрезерованием поверхности деталей. Но в отличие от продукции Weinig станок Dekoplan предназначен для формирования на заранее обработанной с четырех сторон заготовке только одной структурированной поверхности – верхней лицевой.

Для этого в нем установлены друг за другом две подвижные верхние горизонтальные ножевые головки, имеющие возможность колебаний как вдоль горизонтальной оси вращения, так и в вертикальном направлении. Подача деталей осуществляется четырьмя вальцами – двумя стальными, установленными до ножевых головок, и двумя обрезиненными, контактирующими с уже сформированной поверхностью и не повреждающими ее.

Прижим вальцов к заготовке обеспечивается индивидуальными пневмоцилиндрами. На этом станке можно обрабатывать детали шириной 75–200 мм, толщиной 10–30мм при минимальной длине заготовки 800 мм. Скорость подачи заготовки регулируется в диапазоне от 3 до 20 м/мин, что заметно ниже, чем у Weinig. Скорость вращения шпинделей составляет 6000–8500 об/мин.

Частота колебаний ножевых головок может достигать 450 тактов в минуту (примерно 7–8 Гц). При этом амплитуда осцилляции шпинделя в вертикальном направлении плавно регулируется вручную изменением эксцентриситета шатуна для каждого шпинделя индивидуально в диапазоне 4–12 мм, а частота осцилляции – также индивидуально регулированием частоты вращения электроприводов вертикальной осцилляции.

В осевом направлении амплитуда осцилляции шпинделя задается с помощью электроприводов независимо для каждого шпинделя и составляет 10–50 мм. Регулирование как частоты, так и амплитуды осевых колебаний обеспечивается с пульта управления, оснащенного сенсорным экраном. Снаружи станок закрывается шумопоглощающей кабиной с хорошим обзором рабочей зоны.

Широколенточный шлифовальный агрегат

Со временем оказалось, что структурированную поверхность на деревянных изделиях можно создавать не только на продольно-фрезерных станках. На московской международной выставке «Woodex / Лестехпродукция 2011» компания DMC, входящая в группу компаний SCM, представила шлифовальную установку для создания рельефа на деревянных поверхностях облицовочных панелей, мебельных фасадов, дощатого паркета, створок шкафов и т.д.

Наличие в оборудовании десяти верхних шлифовальных агрегатов с многофункциональным назначением делает его поистине уникальным.

Первый широколенточный шлифовальный агрегат со стальным контактным валом выполняет функцию калибрования заготовки по толщине.

Следующие два – один из которых также со стальным контактным валом – осуществляют качательные колебания шлифовальных валов разного диаметра в вертикальной плоскости, формируя рельефную структуру поверхности в виде как продольных, так и поперечных волн глубиной до 2 мм.

Установленные следом два вала, оснащенные круглыми металлическими щетками различной жесткости, вскрывают поры в древесине, имитируя патину. Далее два следующих вала, оснащенных эластичными абразивными кругами типа «скотч-брайт» разной зернистости, обеспечивают мягкое шлифование поверхности панели, в том числе при необходимости и межслойное шлифование грунтовок и лакокрасочных покрытий.

Последующие валы с лепестковыми кругами различной зернистости и роторная шлифовальная головка типа MasterBrush, вращающаяся в горизонтальной плоскости, также с лепестковыми кругами, окончательно «вылизывают» рельеф поверхности детали, обеспечивая ее финишное шлифование.

Все шлифовальные валы осуществляют и осциллирующее движение в направлении, нормальном подаче деталей. На этом станке предполагается обработка как «белых» деталей (с необлагороженными поверхностями), так и деталей с нанесенными лакокрасочными покрытиями, в том числе и деталей рамочной конструкции.

В зависимости от производственных потребностей при эксплуатации установки некоторые шлифовальные агрегаты могут быть выведены из контакта с деталью. Например, при шлифовании панелей, отделанных лакокрасочными материалами, такими агрегатами могут быть первые два со стальными контактными валами.

Естественно, рисунок структурированной поверхности, полученной методом шлифования, отличается большей плавностью профиля, значительными в сравнении с продольно-фрезерными станками размерами ширины поверхности панелей. Ведь в данном случае деталь обрабатывается широколенточными шлифовальными агрегатами, имеющими ширину обработки 1600 мм и более.

Эта установка прямо с выставки была передана непосредственному заказчику – российской компании «Роскошные дома», которая занимается не только деревянным домостроением, но и оформляет для них эксклюзивные интерьеры. Сначала предприятие планировало покупку четырех отдельных станков для производства панелей с различными декорами, которые предполагалось установить в специальную линию.

Однако фирма DMC предложила объединить этот ряд станков в единую установку, совместившую функции всех четырех станков. Это существенно сэкономило производственные площади заказчика.

Как видно, применение станков для структурирования поверхности древесины открывает перед предприятиями деревообрабатывающей промышленности новые горизонты. Это обусловлено тем, что использование созданных «под старину» деталей весьма широко.

Это и панели для облицовки стен, и декоративная обшивочная доска (вагонка), применение которой столь развито в России, а также элементы отделки мебели, филенки дверей, лицевые поверхности брусковых деталей окон, покрытия пола, открытые деревянные элементы домов и т.п. А, как известно, спрос рождает предложения. Предложения станкостроителей.