Шлифовальные станки

На станках с неподвижным столом шлифуют пласти плоских деталей. Из российских станков наиболее известен ШлНС-3. В данной модели на станине смонтированы расположенный горизонтально контактный стол, по поверхности которого скользит шлифовальная лента, а также передняя и задняя бабки. На передней бабке установлен электродвигатель, через муфту соединенный с валом ведущего шкива. На задней бабке расположен ведомый шкив, снабженный направляющим устройством. Обрабатываемую заготовку прижимают сверху к шлифовальной ленте и удерживают руками. Упорная линейка позволяет предотвратить движение заготовки вместе с лентой. Приводной шкив снабжен ограждением, служащим одновременно и приемной воронкой для шлифовальной пыли и присоединяемым к вытяжной вентиляции. На станке можно также шлифовать детали и шкивной частью ведомого шкива.

Однако больше распространены станки с вертикально расположенным контактным столом. Они служат для шлифования кромок прямо- и криволинейных деталей. На станках этого типа обработка может проводиться с обеих сторон стола. Шлифовальная лента устанавливается на два обрезиненных шкива. С одной стороны станины на ограждении шлифовальной ленты станка находятся две направляющие линейки, из промежутка между рабочими кромками которых выступает контактный утюжок, выводящий шлифовальную ленту за уровень направляющих линеек.

С противоположной стороны станка чаще всего осуществляется шлифование протяженным участком ленты, который скользит по жесткой вертикальной направляющей, установленной на столе. Для снижения трения поверхности вертикальной направляющей и контактного утюжка покрыты антифрикционным материалом на основе графита или мелких стеклянных шариков. Скорость ленты в станках с ручной подачей – от 6 до 16 м/сек. Станки со свободной лентой предназначены для шлифования выпуклых поверхностей криволинейных деталей с ручным ориентированием детали относительно ленты. Конструктивно они похожи на станок с неподвижным столом, однако опорный стол у него отсутствует, и прижимаемая лента прогибается, принимая форму детали. В этом случае при шлифовании заготовка прижимается к движущейся ленте вручную. Такие станки применяются в основном на малых предприятиях. В целом ряде станков прижим шлифовальной ленты к заготовке обеспечивается с помощью контактных прижимных утюжков различного вида.

В зависимости от их ширины, формы и характера контакта между шлифуемой заготовкой и абразивной лентой существует несколько видов станков: с узким утюжком, установленным на каретке, когда его ширина меньше ширины обрабатываемой детали; с длинным (протяженным) утюжком, превосходящим ширину детали; с контактом шкивной частью ленты; с узким профильным утюжком для шлифования части профиля детали.

В станках с узким прижимным утюжком бесконечная шлифовальная лента устанавливается на двух горизонтальных шкивах – приводном и натяжном. Станина станка выполнена в виде двух тумб, несущих подвижный стол, располагающийся под нижней ветвью шкурки. Шлифуемая деталь укладывается на стол, а абразивная лента прижимается к ее поверхности узким утюжком, который расположен вдоль движения ленты и перемещается вручную. Примером таких станков может служить модель ШлПС-6, предназначенная для выглаживания поверхности детали. На основе станков с узким утюжком были разработаны более совершенные и высокопроизводительные станки с длинным поперечным утюжком и конвейерной подачей. Они снабжены двумя (или тремя) шлифовальными агрегатами, у которых смежные ленты и они движутся навстречу друг другу, причем иногда с разными скоростями. Каждый шлифовальный агрегат представляет собой два или три шкива, на которые натянута узкая шлифовальная лента. Привод вращения агрегатов осуществляется от электродвигателя через ременную передачу с механизмом осцилляции. В пространстве, образованном закольцованной шлифовальной лентой и шкивами, смонтирована установленная на двух шкивах тканевая (протекторная) лента с наклеенными на наружную поверхность фетровыми шевронами. Она служит для имитации открытой структуры шкурки, продавливая ее к детали по форме шеврона и позволяя улучшить отвод пыли и тепла из зоны шлифования. Протекторная лента приводится в движение собственным ремнем от приводного шкива шлифовального агрегата или непосредственно от шкивов шлифовального агрегата. Над ее нижней ветвью по всей ширине стола установлена прижимная балка секционного типа – смонтированный на единой раме набор индивидуальных прижимных утюжков шириной от 50 до 12,5 мм, каждый из которых приводится в движение от собственного пневмоцилиндра или электромагнита.

В станках с контактным прижимом ленты шкивной частью шлифовальная лента располагается вертикально или под небольшим углом к поверхности детали и прижимается к ней рабочим шкивом. Часто на цилиндрической поверхности шкива установлены винтовые канавки, выполняющие ту же роль, что и шевроны протекторной ленты. В данном случае отсутствует трение скольжения обратной стороны ленты по поверхности шкива, поскольку исключается образование воздушной подушки между валом и шкуркой. Это позволяет применять высокое удельное давление шлифования без ущерба для стойкости инструмента. Узколенточные станки с профильным утюжком служат для чистовой высококачественной обработки профильной поверхности различной формы и глубины с низким уровнем шероховатости. Для качественного шлифования нужно обеспечить одинаковое удельное давление по всей площади контакта шлифовальной ленты, что достигается применением шлифовальных агрегатов с упругим контактным утюжком. В таких станках для шлифования используется специальная лента на тканевой основе, допускающая значительные изгибы при прохождении под контрпрофилем без осыпания шлифовального зерна. Для профильного шлифования применяют недавно появившуюся шлифовальную ленту с эластичным (растяжение до 40%) материалом основы. На поверхность контрпрофиля полиуретанового диска (или диска из МДФ) приклеивается гибкая основа типа «липучка», на которую, в свою очередь, вручную плотно натягивается эластичная полоса абразивной ленты и прижимается по всей поверхности к «липучке». После износа ленты она отрывается и заменяется новой.

Существуют вертикальные узколенточные шлифовальные станки, конструктивно выполненные аналогично ленточнопильным. Однако вместо ленточной пилы на двух обрезиненных шкивах закреплена закольцованная узкая шлифовальная лента. На кронштейне станины находятся направляющие ролики и контактный башмачок с антифрикционным покрытием, по которому скользит шлифовальная лента. На базе вертикальных узколенточных станков разработаны бесцентровые круглошлифовальные станки, в которых круглая заготовка подается по узкому столу, прижимаясь по касательной при помощи вращающихся обрезиненных вальцов к одной вертикально движущейся узкой шлифовальной ленте (или двум установленным последовательно в одной плоскости лентам разной зернистости).

Широколенточные шлифовальные станки

В настоящее время для обработки пластей щитовых и плитных заготовок и деталей на их основе стали популярны широколенточные шлифовальные станки. Формально к ним относят станки с шириной ленты более 300 мм. Однако в деревообработке наибольшее распространение получили станки с шириной ленты 650–1300 мм, хотя в отдельных случаях ее максимальная ширина может достигать 3600 мм. Среди преимуществ станков этого типа можно выделить повышенную производительность, более высокую удельную мощность шлифования, большую точность и качество обработки, повышенную стойкость и работоспособность ленты, лучшую очистку ленты от отходов обработки, удобство встраивания в поточные и автоматические линии. К недостаткам следует отнести существенные затраты на их эксплуатацию.

Конструкции широколенточных станков весьма разнообразны. Существуют станки с верхним, нижним и двухсторонним расположением шлифовальных агрегатов относительно базового стола. По виду контактного взаимодействия шлифовальной ленты с обрабатываемой заготовкой различают станки с вальцовым или утюжковым контактом, а также комбинированные. В зависимости от числа установленных шлифовальных агрегатов станки могут быть одно-, двух- и трехленточные. Станки с вальцовым контактом служат для калибрования плит и щитов различной структуры в размер по толщине и выравнивания их поверхностей. Станки с утюжковым контактом предназначены для выглаживания облицованных шпоном или покрытых грунтами либо лакокрасочными материалами поверхностей с частичным их выравниванием. Комбинированные станки позволяют производить за один проход все перечисленные операции либо какие-то две из них.

Калибровальные станки предназначены для обработки клееных щитов, ДСтП, ДВП и других щитовых и плитных деталей из древесины и композиционных материалов на ее основе в заданный размер по толщине при обеспечении заданной шероховатости. Основным признаком калибровальных станков является постоянный, неизменный в процессе работы станка зазор между базирующими и режущими органами. При шлифовании на одноагрегатных калибровальных станках припуск снимается с одной стороны детали, и она обрабатывается, как правило, в два прохода – сначала с верхней, а затем и с нижней пласти. При таком способе калибрования неизбежно несимметричное распределение припуска между пластями – основной припуск сошлифовывается на первом проходе. Поскольку у композиционных древесных материалов наружные слои, в первую очередь у прессованных плитных материалов, более плотные, чем внутренние, то снятие несимметричных припусков с верхней и нижней пластей приводит к короблению деталей после калибрования. Этот же недостаток присущ и двухсторонним станкам с разнесенными по зонам обработки шлифовальными агрегатами, если они не оснащены центрирующими устройствами, симметрично распределяющими припуск между верхним и нижним калибровальными агрегатами.

Наибольшее распространение получили станки с противоположным расположением калибровальных агрегатов в одной вертикальной плоскости. В этом случае самоцентрирование калибруемых деталей происходит за счет уравновешивания сил отжима, т.е. вертикальных составляющих сил резания, возникающих при шлифовании. При одинаковой структуре и плотности верхнего и нижнего слоев обрабатываемого материала (например, ДСтП) снимаются равные припуски обоими калибровальными агрегатами. Подобные станки могут иметь до четырех и более спаренных калибровальных агрегатов с разной зернистостью шлифовальной ленты и обеспечивать разнотолщинность плиты до +/- 0,1 мм при ширине плит до 3200 мм. Для повышения точности обработки некоторые фирмы выпускают калибровальные станки с литой каменной (минеральной) станиной, обладающей высокой термостабильностью. В калибровальных станках, по аналогии с рейсмусовыми, роль калибрующего агрегата выполняет ножевой вал. На нем по винтовой линии крепятся резцы, число которых может достигать 400–600 штук. Калибровка также выполняется на цилиндровых станках, где режущим инструментом служит протяженный абразивный цилиндр из зерен карбида кремния на эпоксидной связке. Этот способ обеспечивает повышение производительности в сравнении с ленточным практически в два раза за счет высокой стойкости шлифовального цилиндра при точности калибрования до +/- 0,07 мм. Однако такие цилиндры достаточно дороги, требуют тщательной динамической балансировки и правки.

Широколенточные станки для выравнивания и чистовой обработки служат для устранения местных неровностей с обрабатываемой поверхности (до 300 мм по поверхности и до 0,2–0,4 мм по высоте) и снижения ее шероховатости. Однако коробление и крыловатость деталей, достигающие 1 мм/м, значения которых могут превышать толщину наклеенного облицовочного шпона, не устраняются после выравнивания.

На станках с вальцовым контактом подача заготовок, обрабатываемых шлифовальным агрегатом с контактным вальцом, осуществляется либо ленточным конвейером, либо приводными вальцами и контрроликом. Базируют заготовку обрабатываемой пластью по опорным балкам и роликам. Для компенсации разнотолщинности стол подающего конвейера делается подпружиненным, также как и подающие вальцы и контрролик. Резиновая лента подающего конвейера выполняется с протекторным рисунком, внутри впадин которого имеются отверстия для соединения с вакуумной системой станка, обеспечивающей за счет разрежения воздуха равномерный прижим обрабатываемого щита к столу. Станки с вальцовым контактом обеспечивают удовлетворительное качество выравнивания поверхности детали, однако не позволяют добиться ее высокой чистоты. Заданная шероховатость достигается при съеме с поверхности незначительного по толщине равномерного слоя древесины или лакокрасочного материала, что требует обеспечения одинакового давления по всей площади контакта шлифовальной ленты с заготовкой. Для достижения этой цели станок оснащается шлифовальными агрегатами с тремя вальцами и эластичным поперечным утюжком.

Большинство современных широколенточных станков выполнено по модульному принципу, что позволяет на единой конструктивной базе типовых узлов создавать шлифовальные аппараты различного технологического назначения. Назначение станка (калибрование, выравнивание или чистовая обработка) определяет конструкцию шлифовального агрегата, его параметры и размеры. Обычно он выполняется в виде самостоятельного модуля и его основой является корпус, установленный в несущих кронштейнах на станине станка. В подшипниковых опорах корпуса устанавливаются чаще всего два или три вальца с натянутой на них широкой шлифовальной лентой. Для замены отработавшей ленты один из несущих кронштейнов выполняется съемным. Количество, расположение и функциональное назначение вальцов в шлифовальных агрегатах может быть различным. Однако их не может быть менее двух. В таком агрегате нижний валец – контактный – обычно приводной и одновременно прижимной, поскольку прижимает ленту к обрабатываемой поверхности. Верхний валец является натяжным, с его же помощью обеспечивается осцилляция ленты, т.е. ее перемещение относительно заготовки с заданной амплитудой в направлении, нормальном вектору скорости подачи для создания условий лучшего перерезания волокон древесины, снижения засаливания шлифовальной ленты и устранения продольных царапин на обработанной поверхности. В некоторых конструкциях широколенточных станков для повышения качества шлифуемой поверхности агрегат выполняют с модифицированным утюжковым контактом, когда внутри широкого утюжка движется поперечная протекторная лента с графитовыми пластинами – шевронами, расположенная между пневматическим утюжком и шлифовальной лентой. За счет постоянного перемещения графитовых пластин протекторной ленты обновляются рабочие участки шлифовальной ленты, на которые передается давление от пневматического утюжка. Это значительно снижает вероятность проявления на шлифованной поверхности следов осцилляции – рисок, характерных при обработке поверхности обычными агрегатами. Кроме того, есть станки, в которых операции выравнивания и выглаживания осуществляются одним комбинированным шлифовальным агрегатом, объединяющим контактный валец и прижимной утюжок.

Установив на станке последовательно два (или более) шлифовальных агрегата, первый из которых – с вальцовым, а второй – с утюжковым или вальцово-утюжковым контактом, можно получить комбинированный широколенточный станок, позволяющий за один проход выравнивать и выглаживать поверхность детали. К комбинированным относятся станки, у которых передним шлифовальным агрегатом является агрегат с узкой поперечной лентой, осуществляющий предварительное шлифование поверхностей щитов. Применение дорогой широкой ленты при наличии на поверхности щита продольных следов клеерасплава приводит к появлению местного засаливания, на ленте образуется засорившаяся кольцевая дорожка, приводящая к непрошлифовкам поверхности детали, и ее приходится выбрасывать. Узкая поперечная шлифовальная лента намного дешевле, а шлифует более равномерно, независимо от разности плотности зон древесины. Однако основным является то, что при перекрестном шлифовании волокна не заглаживаются, не втираются в поверхность древесины, а именно перерезаются, что исключает в последующем поднятие ворса и позволяет наносить тонкие слои современных экологически чистых водорастворимых лакокрасочных материалов. Для получения финишной поверхности под нанесение лакокрасочных материалов (в особенности изделий рамочной конструкции) используются комбинированные шлифовальные станки, на станине которых вслед за шлифовальным агрегатом с утюжковым прижимом устанавливаются один или два виброшлифовальных агрегата с широкими утюжками. Эти агрегаты осуществляют двойное круговое движение: круговой прижим утюжка совершает вращательное движение с малой амплитудой и небольшим радиусом покрытия поверхности, но большой частотой, а сам утюжок, вибрируя в той же горизонтальной плоскости, – круговое движение с большой амплитудой и большой площадью покрытия, но меньшей частотой. В результате движение шлифовальной ленты такого агрегата относительно детали происходит по сложной замкнутой спирали – гипоциклоиде, напоминающей движения опытного рабочего при шлифовании вручную или на станке с узким утюжком.

Ряд станков могут комплектоваться дополнительным цилиндром из нетканого абразивного мелкозернистого материала типа «скотч-брайт» для тонкого шлифования поверхностей, в том числе и после нанесения лакокрасочных покрытий. Существуют комбинированные трехсторонние шлифовальные станки, в которых помимо шлифования пласти щитов с помощью широколенточного агрегата происходит также и шлифование боковых продольных кромок щитов лепестковыми абразивными инструментами, установленными на шпинделях по бокам стола по аналогии с четырехсторонними продольно-фрезерными станками.

В настоящее время в мебельной промышленности достаточно широко применяются клееные деревянные щиты. Для их шлифования используются комбинированные широколенточные станки, в которых для ликвидации разнотолщинности при склейке брусков и потеков полимеризовавшегося клея на поверхности щита калибрование осуществляет ножевой вал, а выравнивание и выглаживание – агрегаты с контактными вальцами и утюжками. Для создания рельефа (структурирования) на деревянных поверхностях облицовочных панелей, мебельных фасадов, паркета, створок шкафов и т.д. разработаны комплексы из последовательно установленных на станине верхних шлифовальных агрегатов (до 10 штук) с многофункциональным назначением. Как правило, первый шлифовальный агрегат со стальным контактным валом калибрует заготовку по толщине. А следующие два широколенточных агрегата формируют рельефную структуру поверхности в виде продольных или поперечных волн глубиной до 2 мм. Установленные следом два вала с круглыми металлическими щетками различной жесткости вскрывают поры в древесине, имитируя патину. А два вала, оснащенные эластичными абразивными кругами типа «скотч-брайт» разной зернистости, обеспечивают мягкое шлифование поверхности панели. 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. В зависимости от производственных потребностей в процессе работы некоторые шлифовальные агрегаты могут быть выведены из контакта с деталью.

Цилиндровые и дисковые шлифовальные станки

Цилиндровыми называют шлифовальные станки, у которых шлифовальная лента закреплена на образующей поверхности цилиндров. На станках этого типа выполняют операции калибрования, чистового шлифования щитовых деталей, а также снятие провесов после сборки столярно-строительных изделий. Диаметр шлифовального цилиндра таких станков сравнительно невелик (280–350 мм), и при работе на частоте вращения 1500 об/мин шлифовальная лента быстро засаливается. При этом сам цилиндр нагревается до достаточно высокой температуры, поскольку на его поверхности нанесен слой эластичного материала (фетра или войлока), который служит прокладкой между шлифовальной лентой и стальным цилиндром, что не способствует ее охлаждению. Длина шлифовального цилиндра достигает 2200 мм, поэтому его приходится тщательно балансировать статически и динамически. В большинстве конструкций цилиндров предусмотрены встроенные соответствующие балансировочные устройства. Абразивная лента в таких станках наматывается на цилиндр по винтовой линии. Усилие натяжения ленты и его равномерность обеспечиваются натяжным устройством. Как правило, передний цилиндр имеет встречное вращение, а два смежных – вращаются навстречу друг другу. В связи с тем, что достичь высокого качества обработки на таких станках невозможно, на рынке их практически полностью вытеснили широколенточные аппараты.

Дисковые шлифовальные станки предназначены для шлифования по плоскости различных деревянных деталей небольших габаритов, ящичных конструкций и т.п. В этом случае механизмом резания служит диск, установленный на валу электродвигателя (или два диска, когда используется электродвигатель с двухсторонним выходом вала). На плоской поверхности диска через фетровую прокладку обечайкой крепится шлифовальная лента в форме круга. Сегодня стали весьма популярны среди деревообработчиков станки с расположением диска в вертикальной плоскости.

Эти аппараты относятся к разряду универсальных и в большинстве моделей дополнительно снабжаются вертикальным осциллирующим шлифовальным цилиндром – бобиной, позволяющей расширить технологические возможности станка за счет обработки как выпуклых, так и вогнутых деталей. Шлифовальные диски имеют диаметр порядка 750 мм. Бобина (набор различных диаметров от 40 до 120 мм) приводится во вращение от собственного двигателя, установленного внутри станины, и осуществляет еще и осциллирующее движение. Частота вращения диска сравнительно невысока – порядка 750, а бобины – до 4500 об/мин. Скорость резания при дисковом шлифовании отличается в различных частях диска, а потому для повышения качества шлифования стремятся работать его периферийной частью. Станки подобного типа используются, как правило, на небольших предприятиях в мелкосерийном производстве.

Как видно, существующая на сегодняшний день потребность в разного рода шлифовании деревянных деталей обуславливает и разнообразие конструкций самих станков. И представленные в этой статье виды шлифовальных станков являются лишь частью, пусть и основной, из всего их многообразия.