Технология позволяет создавать из древесных плит поверхности практически любой геометрической формы и существенно сокращает количество отходов в производстве мебели и строительстве.
Для экономичного раскроя древесно-волокнистых плит на обрабатывающих центрах используют технологию нестинг, которая позволяет за одну установку детали (в одну ячейку) на столе станка без перебазирования получать деталь максимальной готовности. Свое название этот способ обработки получил от английского «tо nest», что означает «вкладывать в одну ячейку», «помещать друг в друга». При использовании данной технологии из типового технологического процесса исключаются операции по перемещению и складированию деталей после каждой операции обработки. Это позволяет экономить время и производственные площади для промежуточного складирования. Жесткая фиксация плиты, как правило, на столе с вакуумными присосками обеспечивает ее быстрый и точный раскрой на заготовки требуемой формы и размеров.
Основным отличием технологии нестинг от других методов форматного раскроя, обычно выполняемого на круглопильных станках, является то, что в данном случае раскрой плиты происходит на обрабатывающем центре фрезерованием концевой фрезой диаметром 10–16 мм, установленной в патрон электрошпинделя повышенной мощности. При этом форма заготовки может быть достаточно сложной. Система числового программного управления (ЧПУ) нестинг-станка позволяет выкраивать заготовки разной формы, оптимизируя их максимальный выход из плиты и минимизируя количество отходов. Наибольшее распространение такая технология получила в мебельной промышленности. С ее помощью изготавливаются сложной формы «амебообразные» крышки офисных компьютерных столов, угловые элементы щитовой мебели, полки и горизонтальные щиты шкафов с гнуто-клееными дверцами и т.д.
Появились и специализированные обрабатывающие центры для изготовления мебельных деталей по предложенной нестинг-технологии. Так, например, немецкая фирма Holz-Her выпускает модельный ряд обрабатывающих центров под маркой Dynestic. Они отличаются размерами рабочих столов, соответствующих формату выпускаемых древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит (ДСП и ДВП).
Новинка для деревянного домостроения
В последнее время технология нестинг активно применяется и в деревянном домостроении, и при изготовлении компонентов из плитных материалов (ДСП, OSB, фанеры, клееных щитов и т.д.) для малых архитектурных форм. На большинстве предприятий форматный раскрой древесных плит, используемых в деревянном домостроении, выполняется, как правило, сначала на форматных станках, где выпиливают заготовки прямоугольной формы. В дальнейшем для получения требуемой сложной формы заготовки применяется ручной электроинструмент.
Также при помощи ручного электроинструмента происходит выборка в стеновой панели технологических отверстий и пазов (формирование необходимых монтажных врезок для элементов потолков и крыши, несквозных пазов и отверстий под прокладку электропроводки, водопроводных и канализационных труб, вентиляции и т.д.). Зачастую эти операции выполняются непосредственно на строительной площадке по разметке, что приводит к значительным трудозатратам, потерям материалов и времени. Компания Hans Hundegger Maschinenbau GmbH (Германия), специализирующаяся на производстве станков для деревянного домостроения, разработала свою концепцию реализации технологии нестинг на базе собственного оригинального программного обеспечения. Это оборудование на примере станков для автоматического изготовления столярно-строительных деталей из древесных и композиционных плитных материалов.
После анализа ряда типовых проектов строительства деревянных домов специалистами компании были сформулированы базовые требования к концепции обработки плитных строительных материалов. Это обработка широкого спектра плитных материалов как из натуральной древесины, так и композитов на ее основе (ДСтП, МНМ, CLT, OSB, гипсокартон, фанера и т.д.) толщиной до 120 мм и с максимальным весом до 500 кг. Также необходимо автоматизированное получение всей требуемой информации из системы CAD, без промежуточной обработки данных вручную и ввода данных по режущим инструментам. Еще одно требование – это окончательная обработка заготовки за одну установку на столе обрабатывающего центра с возможностью маркировки готовых компонентов (деталей) с целью их идентификации. Также нужно минимизировать отходы плитных материалов при максимальном использовании их поверхности с внедрением методов 2D-оптимизации. Необходима автоматизация производства при снижении уровня участия оператора при загрузке материалов, транспортировке монтажных элементов, функций контроля, а также возможность обработки пачки плит при большой партии изделий.
Кроме этого, нужно обеспечить гибкость производства при минимальном времени перенастройки на новое изделие, даже если минимальный размер партии будет равен одному изделию. Нужна модульная система построения оборудования с возможностью создания гибких производственных ячеек со встроенным складом для плит. При реализации данной концепции конструкторами фирмы Hans Hundegger Maschinenbau была разработана инновационная установка поточного цикла SPM-2. Она позволяет при помощи загрузчика-штабелера укладывать плиты-заготовки на подъемный стол станка пакетами или по одной штуке.
Подача плит в станок может осуществляться и в автоматическом режиме, непосредственно из подключенного к нему склада плит с помощью вакуумного загрузчика. При этом все данные, необходимые для обеспечения производственного процесса раскроя плит на станке Hundegger SPM-2, поступают непосредственно из системы CAD или при необходимости вводятся с клавиатуры пульта управления. Пачка плит, щитов или деревянных панелей подается погрузчиком на передний подъемный стол и далее поступает на загрузочный стол станка. После контроля положения плит программа оптимизации в системе управления оптимизирует расположение контуров заданных компонентов обработки на поверхности плит, сводя к минимуму количество отходов.
Затем плиты подаются на рабочий стол, где осуществляется их обработка в соответствии с выбранной программой. При этом может производиться как высокоточный раскрой плиты – продольный, поперечный, диагональный или криволинейный, так и ряд дополнительных операций – фрезерование, сверление, формирование канавок, пазов, снятие фасок и т.д. Параллельно с обработкой для облегчения идентификации изделие можно маркировать или надписать. Готовые компоненты в автоматическом режиме выносятся из станка на разгрузочный стол с последующим их перемещением и укладкой на подъемном накопительном столе, откуда их можно забирать по одной или пакетом. Станок Hundegger SPM-2 предназначен не только для обработки плитных материалов. Он позволяет выполнять целый ряд технологических операций по изготовлению деревянных элементов конструкции дома, таких как брусья, балки, стропила, а также элементов различных видов врезок, шиповых соединений, отверстий и т.д. Hundegger SPM-2 – это обрабатывающий центр, включающий в себя станок, передний (загрузочный) и задний (разгрузочный) столы, служащие для продольной подачи в станок плиты-заготовки и приема с рабочего стола готовых компонентов и остатков плиты. Перед передним и задним столами установлены дополнительные подъемные столы, с максимальной высотой подъема до 1000 мм при весе плит до 4000 кг.
Передний стол, кроме подъемного механизма c электронным регулированием положения уровня рабочей поверхности, оснащен также направляющими, по которым перемещается специальное ориентирующее устройство, служащее для отделения, захвата и транспортирования плит-заготовок, расположенное выше уровня загрузочного стола над заготовками. Это устройство сталкивает в поперечном направлении плиту (или пакет плит) с переднего подъемного стола на загрузочный стол станка. Затем при помощи жестких направляющих плиты передаются в зону обработки на рабочий стол станка, где они базируются по упорам, привязываясь к «нулевой точке» системы ЧПУ, и надежно фиксируются. По окончании обработки плита с находящимися «в ячейках» компонентами выталкивается ориентирующим устройством в продольном направлении на задний разгрузочный стол и далее сталкивателем в поперечном направлении – на задний подъемный накопительный стол.
В это время с переднего подъемного стола в рабочую зону станка загружается следующая плита, и цикл обработки повторяется. Готовые компоненты с заднего подъемного накопительного стола можно забирать по одному или пакетами как вручную, так и вилочным погрузчиком. Поверхности столов для снижения их износа покрываются пластиком с низким коэффициентом трения. Непосредственно перед станком устанавливается консоль с компьютеризованным пультом управления, с которой осуществляется управление оборудованием и контроль за его работой. Из-за большого веса панелей прижимать их к столу не нужно, так как силы резания, стремящиеся сместить заготовку на столе, при фрезеровании на высоких оборотах и малом диаметре концевой фрезы (не более 16–25 мм) невелики.
В качестве дополнительного прижима используются подпружиненные ролики, установленные на суппорте фрезерного агрегата и перемещающиеся в процессе обработки вместе с ним. Оснащение станка набором обрабатывающих агрегатов позволяет свести к минимуму время простоя станка. Также с помощью программного обеспечения можно установить для каждого агрегата под конкретную заготовку соответствующие режимы обработки – скорость подачи и частоту вращения режущего инструмента. Станок выполнен по модульному принципу, что позволяет производителю снабдить его различными агрегатами в соответствии с требованиями заказчика. Причем переоснащение может происходить и по мере развития предприятия.
Так, для прямолинейного форматного раскроя можно установить четырехосевые агрегаты с большим выбором пильных дисков. А для фрезерования, сверления, снятия фасок могут использоваться либо трехосевой, либо на выбор пятиосевой фрезерный агрегат с частотой вращения инструмента 24 000 и более оборотов в минуту. Данный фрезерный агрегат может разворачиваться вокруг оси Z на угол 360 С° при максимальном угле наклона оси агрегата к оси Z до 45 С°. Для высверливания множественных отверстий в деревянных и гипсокартонных потолочных панелях эффективно используются специальные многошпиндельные сверлильные головки. Маркировка и идентификация деталей может производиться по выбору покупателя, как при помощи разметочного штифта, так и струйной записи, либо посредством наклеек со штриховым кодом. Наиболее востребована сегодня струйная маркировка, обеспечивающая 300 точек на дюйм чернилами разного цвета. При этом максимальная высота шрифта соответствует 50,5 мм.
Нестинг для обработки SIP-панелей
Технология нестинг также используется для обработки облегченных стеновых SIP-панелей (сэндвич-панелей). SIP-панель представляет собой «бутерброд» из двух листов OSB толщиной 10–14 мм, между которыми вклеен слой пенополистирола толщиной 50–200 мм. Станок SPM-2 позволяет отформатировать SIP-панель под нужные размеры, выбрать в ней дверные и оконные проемы, отфрезеровать боковые кромки под сборку угла дома, просверлить отверстия под крепежные детали, сформировать канавки, пазы под коммуникации и т.д.
Параллельно с обработкой панели для облегчения идентификации ее можно маркировать. Такие панели широко применяются в качестве стен в каркасно-панельном домостроении.
Технология нестинг нашла применение и в автомобильной промышленности. Так, например, на Мытищинском приборостроительном заводе с применением подобной технологии обрабатываются детали и узлы термозащитных кузовов грузовых автомобилей из панелей, аналогичных SIP-панелям, в которых вместо плиты OSB используется более жесткая толстая фанера. К основным недостаткам нового метода обработки плит относят значительную ширину (до 16–25 мм) фрезеруемого концевой фрезой разделяющего компоненты паза. Это вызывает дополнительный расход плитного материала при увеличении потребления электроэнергии на обработку. Еще один недостаток – более низкое качество поверхности обработки в сравнении с обработкой на круглопильных станках с подрезной пилой. Однако эти недостатки в большей степени принципиальны в мебельном производстве, где требования к качеству обработки высоки, тогда как при изготовлении габаритных деталей домостроения они в основном являются несущественными.
Программное обеспечение станка
Программное обеспечение (ПО) для станков, работающих по технологии нестинг, позволяет минимизировать затраты по технологической подготовке производства и программированию. Исходя из этого оно в первую очередь должно быть простым как для освоения, так и в использовании. При безотказной передаче всех необходимых геометрических и технологических параметров из предшествующих систем САD приоритетом должно стать сведение к минимуму вмешательства человека-оператора. Анализ конфликтных ситуаций, выбор стратегии запуска и оптимизация технологического процесса, выбор режущего инструмента и т.д. происходят в автоматическом режиме по заданным параметрам, в зависимости от требующегося результата. В отдельных случаях, после анализа технологического процесса, проведенного при помощи 3D-симулятора, встроенного в ПО, перед началом обработки можно осуществить оптимизацию процесса.
По мнению специалистов Hans Hundegger Maschinenbau, новая платформа программного обеспечения Cambium разработана специально в соответствии с требованиями технологии современного деревянного домостроения. Новое ПО уже установлено на станке SPM-2 и будет постепенно вытеснять предыдущие программные продукты фирмы, поскольку Cambium рекомендована к установке на все новые производственные линии Hundegger. Таким образом, впервые и технологу, и оператору предоставляется возможность использовать одну и ту же программную оболочку как при производстве деталей из бруса, так и из плитных материалов, в том числе и по технологии нестинг. Для производителя основным преимуществом является и то, что созданный однажды модуль, например, поддержки в системе online, можно будет использовать на всех станках и установках Hundegger, имеющихся на производстве, что значительно сэкономит время разработки новой технологии.
Платформа программного обеспечения Cambium объединила интерфейс САD, автоматическое и ручное программирование компонентов, ЧПУ и управление машиной, а также дистанционное обслуживание через Интернет и т.д. Данные могут импортироваться из любых конструкторских САD-программ деревообрабатывающих предприятий или непосредственно с клавиатуры пульта управления. Все технологические процессы могут моделироваться на экране монитора. Также в состав программы входит и модуль ВDE, служащий для сбора данных о производстве (об объеме выпущенной продукции, о наработке, простоях и отказах), для регистрации и анализа данных в офисе – при составлении отчетной калькуляции, расчете расходов и т.д. Программа позволяет создать большое количество наиболее часто используемых на производстве документов, таких как карты раскроя, спецификации, списки размеров, упаковочные листы, накладные и т.д. Разработчики считают, что в большинстве случаев при использовании Cambium отпадает необходимость в применении дополнительной системы программирования САМ и связанные с этим затраты. Для деревянного домостроения уже сейчас инновационные концепции Hundegger позволяют обеспечить гибкое изготовление любых партий практически любых форм и видов изделий, начиная от одного экземпляра, повысив в то же время эффективность использования ресурсов.
Перспективные направления деятельности компании, глубоко продуманные концептуальные платформы, объединяющие решение проблем механики и программного обеспечения, позволяют создавать все более сложное и производительное оборудование, при этом простое и удобное в эксплуатации. В результате функции оператора, при общем повышении производительности и конкурентоспособности производства продукции, постепенно будут сводиться к контролирующим.
Комментарии