Технологии рейсмусования

Примером может служить достаточно популярная в России тонкая доска обшивки – так называемая евровагонка. Для таких деталей достаточно выдержать размер по толщине между пластями, не заботясь о плоскостности самих пластей.

В соответствии с принятой в стране буквенно-цифровой индексацией деревообрабатывающего оборудования рейсмусовые станки отнесены к группе строгальных, о чем говорит первая буква в индексе станка. Так, например, индекс станка СР4-2 расшифровывается следующим образом: строгальный рейсмусовый с максимальной шириной обработки 400 мм, 2-я модель.

Однако называть эти станки строгальными неправильно в принципе, поскольку они осуществляют продольное фрезерование, а не строгание. Но многие деревообработчики, особенно со стажем, до сих пор придерживаются такой терминологии.

В зависимости от ширины стола рейсмусовые станки условно делятся на легкие – 250–400 мм, средние – 600–800 мм, тяжелые – 1300–1600 мм и специальные – до 2600 мм. Наибольшее распространение на производстве получили станки с шириной обработки 600 мм.

Технологическое назначение рейсмусовых станков предопределяет различие их функциональных схем. Так, на одностороннем рейсмусовом станке заготовка с заранее сформированной нижней базовой пластью кладется на плоский стол станка и протаскивается подающими вальцами под ножевым валом в направлении подачи.

Стол может перемещаться по высоте относительно ножевого вала, чтобы расстояние между ним и режущими кромками ножевого вала соответствовало заданному размеру по толщине Н1 заготовки после снятия припуска на обработку Н. Подача заготовки осуществляется двумя подающими приводными вальцами – передним и задним.

Для снижения трения скольжения заготовки по столу в нем установлены два неприводных свободно вращающихся гладких вальца. Для исключения вибраций заготовки в ходе обработки она прижимается к столу передним и задним прижимами скольжения, огибающими ножевой вал по всей его длине.

В производстве достаточно широко применяются и двухсторонние рейсмусовые станки, позволяющие за один проход заготовки снять припуск с обеих противоположных пластей, калибруя неотфугованную деталь в размер по толщине. Двухсторонние рейсмусовые станки могут быть выполнены по одной из трех основных технологических схем: фуговально-рейсмусовой, двухрейсмусовой или рейсмусово-фуговальной.

На фуговально-рейсмусовом станке обработка осуществляется таким же образом, как если бы она последовательно проводилась на двух односторонних станках – фуговальном и рейсмусовом. Сначала проводят фугование нижней пласти заготовки нижним ножевым валом, а затем – последующее рейсмусование верхней пласти верхним валом.

Аналогичный результат достигается выполнением станка по двухрейсмусовой схеме. Первым по ходу обработки расположен верхний ножевой вал. Заготовка укладывается необработанной нижней пластью на передний стол, и рейсмусующий вал на ее верхней пласти формирует плоскость.

Окончательный размер по толщине формируется при обработке нижней пласти заготовки нижним ножевым валом, который, как и верхний, является рейсмусующим. Заготовка во время движения над нижним валом базируется по плоскости верхнего стола.

При обработке детали на рейсмусово-фуговальном станке сначала формируется верхняя плоскость заготовки верхним рейсмусующим валом, а затем и нижняя плоскость нижним фуговальным валом. Заготовка при обработке все время базируется на нижних переднем и заднем столах станка.

Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки. Так, например, по точности обработки деталей станки, собранные по рейсмусово-фуговальной схеме, уступают двум первым. Однако в двухрейсмусовой станке заготовка толщиной меньше заданного размера детали не будет обработана ни по нижней, ни по верхней пласти, тогда как при фуговально-рейсмусовой схеме нижняя пласть будет обработана и заготовка станет еще тоньше.

Станки с расположением ножевых валов по фуговально-рейсмусовой схеме конструктивно проще и их легче налаживать. Однако у них есть существенный недостаток: поскольку обрабатываемые на двухсторонних рейсмусовых станках заготовки в большинстве покороблены, то их для большей устойчивости при обработке направляют в станок выпуклостью вверх.

В ходе обработки нижней пласти заготовки фуговальным валом в просвет между передним и задним столами проваливается ее передний конец. В результате на нем образуется выхват, размеры которого зависят от величины покоробленности. Обработка нежестких деталей на таких станках приводит к тому, что, прижимаясь к поверхностям нижних столов, покоробленная заготовка выпрямляется и в этом положении обрабатывается обоими ножевыми валами. Но после обработки деталь сохраняет начальную покоробленность заготовки.

На сегодняшний день из-за простого конструктивного исполнения станков, работающих по фуговально-рейсмусовой схеме, деревообработчики отдают предпочтение именно им. По данной схеме выпускаются все двухсторонние отечественные рейсмусовые станки.

Базовым элементом такого станка, служащим несущей конструкцией для всех узлов и механизмов, является станина, выполняемая чаще всего в виде литого или жесткого сварного корпуса коробчатой формы. Внутри нее устанавливаются приводы механизмов резания и подачи станка.

По вертикальным направляющим станины перемещается базирующий стол для подачи заготовок, над которым располагаются ножевой вал, подающие вальцы и прижимные элементы. В боковой нише станины установлено электрооборудование станка. Ножевой вал представляет собой часть рейсмусового станка, связанную со станиной или столом через подшипниковые узлы и не снимаемую со станка при смене инструмента.

Для повышения точности монтажа он устанавливается в расточку цельнолитого верхнего блока станины станка в двух подшипниковых опорах и приводится во вращение от электродвигателя через ременную передачу. Шкив этой передачи на ножевом валу служит и для быстрого торможения ножевого вала, являясь одновременно и шкивом колодочного тормоза с управлением от электромагнита.

У большинства станков в корпусе ножевого вала выполнены продольные пазы для клинового крепления чаще всего четырех плоских ножей. Каждый нож удерживается клиновой планкой, прижимающей его к стенке паза в корпусе при вывинчивании болтов. Во время вращения вала ножи под действием центробежных сил дополнительно прижимаются по поверхностям корпуса и клина.

Установка ножа на нужный радиус резания осуществляется винтом. Ножевой вал с винтовым расположением цельных ножей имеет в своем корпусе пазы, расположенные по винтовой линии, в которые вставляют тонкие плоские ножи серповидной формы. Устройство крепления ножей также центробежно-клиновое, при этом клин имеет форму, соответствующую пазу. При закреплении клином и болтами тонкий серповидный нож толщиной порядка 1 мм изгибается, а его режущая кромка приобретает форму винтовой линии, несколько выступающей над цилиндрической поверхностью ножевого вала.

Выигрыш от применения ножевого вала с винтовыми ножами заключается в равномерном, без удара, постепенном врезании ножа в заготовку, что повышает качество обработанной поверхности и снижает уровень шума при работе станка. Применение таких валов ограничивается из-за сложностей изготовления, подготовки к работе и установки таких ножей в корпус.

Разрезав длинные прямые или винтовые ножи на ряд секций, можно сохранить основные преимущества винтовых валов в более простых конструкциях. Такие валы называют ступенчатыми или секционными.

Диаметр корпуса ножевого вала обычно составляет 125–160 мм. Частота вращения ножевого вала отечественных рейсмусовых станков – 4570–3570 об/мин.

При этом минимальные значения частоты соответствуют тяжелым станкам с большими значениями ширины фрезерования и диаметра ножевого вала.

В современных станках расположение ножей по винтовой линии обеспечивается за счет применения неперетачиваемых квадратных твердосплавных пластинок. Так, например, в станках типа «ЕС 610» может быть как вариант установлен ножевой вал с выполненными в корпусе по образующей геликоидными пазами.

В этих пазах выфрезерованы прецизионные платики, к которым винтами крепятся неперетачиваемые твердосплавные пластинки с четырьмя режущими гранями. Пластинки установлены в пазах в шахматном порядке с перекрытием траекторий резания пластинками следующего паза. Такая конструкция ножевого вала позволяет более эффективно удалять стружку, значительно снизить уровень шума, а также потребляемую мощность на резание.

Частота вращения ножевого вала таких станков – 6000 об/мин. Однако твердосплавные пластинки хорошо работают на древесине без сучков или сращенной, а при обработке массива древесины, особенно сухой еловой, рекомендуются резцы из инструментальной стали. Для удобства замены инструмента в таких станках предусмотрено выдвижение ножевого вала вместе с подшипниковыми опорами на специальную консоль на боковой стенке станины оборудования.

Ножевые валы рейсмусовых станков, так же как и фуговальных, являются узлами станка, а не самостоятельным режущим инструментом. При необходимости заточки валы не демонтируются со станка, а с них снимаются только режущие элементы – плоские или винтовые ножи, либо неперетачиваемые пластинки твердого сплава. Некоторые модели рейсмусовых станков комплектуются приспособлениями для заточки ножей непосредственно на станке, то есть закрепленных непосредственно в ножевом валу.

Заточной круг установлен на валу электродвигателя, смонтированного на вертикальном суппорте. Ножевой вал фиксируется в заданном положении относительно станины стопором. Вращением маховика обеспечивают надвигание вращающегося круга на заднюю поверхность ножа, этим достигается поперечная подача при заточке.

После включения продольной подачи суппорт вместе с вращающимся заточным кругом с помощью ходового винта перемещается вдоль ножа от второго электродвигателя через червячный редуктор. Реверсирование направления движения суппорта при достижении им крайних точек обеспечивается концевыми выключателями.

Существуют модели станков, в которых на балке установлен еще один вертикальный суппорт, где вместо электродвигателя крепится патрон с мягким абразивным бруском – так называемый джойнтер. После включения ножевого вала на рабочих оборотах абразивный брусок с помощью маховика подводится до легкого касания окружности резания, описываемой лезвиями резцов, и включается продольная подача суппорта.

В результате все лезвия ножей выводятся на один радиус резания с учетом дисбаланса и геометрических неточностей ножевого вала. Благодаря этому достигается высокое качество обработанной поверхности. Ширина созданной фаски на лезвии по задней грани при заднем угле ножа 15° не должна превышать величины 0,15–0,2 мм.

При оснащении станка обоими приспособлениями рекомендуется сначала провести джойнтирование, а затем заточку, контролируя наличие и величину фаски. После заточки ножей проводят их доводку мягким оселком, смоченным в керосине или воде.

Базирующим элементом станка, служащим в качестве установочной поверхности для обрабатываемой заготовки при неподвижном механизме резания, является стол. Обычно он выполняется подъемным и имеет соответствующие механизмы и регулировки перемещения по высоте для обработки деталей толщиной от 5 до 230 мм.

С двух сторон на столе имеются призматические направляющие, по которым он перемещается относительно станины. Заготовка при обработке скользит по установочной поверхности стола своей базовой поверхностью, ранее сформированной на фуговальном станке. Для снижения трения заготовки по столу в нем устанавливаются поддерживающие базирующие ролики, выступающие над его поверхностью на 0,1–0,25 мм в зависимости от вида древесины.

Однако регулировать их положение достаточно сложно, и некоторые фирмы выпускают рейсмусовые станки без них. Столы могут быть гладкими с тефлоновым покрытием или с продольным рифлением 50% поверхности стола, что значительно снижает расход мощности на подачу. Для рейсмусового станка длина стола не имеет большого значения. Однако для удобства загрузки оборудование может комплектоваться удлинителем стола с опорным роликом.

Фиксация стола по высоте осуществляется рукояткой, поворачивающей вал с двумя эксцентриками, расклинивающими стол относительно станины. На столе станка вдоль подачи справа и слева закреплены две линейки, ограничивающие выход заготовки при обработке из зоны резания под ножевым валом.

Перемещение стола по высоте при грубой настройке на размер механизировано и выполняется при нажатии кнопки на пульте, а при точной установке – вручную, с помощью маховика. Стол перемещается по направляющим станины с помощью ходовых трапецеидальных винтов (в легких станках с шириной фрезерования 250–300 мм – одного, что требует надежного механизма фиксации, с большей шириной – двух или четырех винтов).

Контроль размера настройки в отечественных станках осуществляется по шкале. А потому для достижения точности необходимо произвести обработку пробных деталей с последующей коррекцией положений стола.

Существуют рейсмусовые станки, оснащенные электронной индикацией установленного размера обработки и выбранной скорости подачи, блоками позиционирования стола на заданную высоту, программатором положений стола на заданное число часто встречающихся размеров. Все это значительно упрощает процесс настройки, сокращает время на его проведение и повышает точность обработки деталей на станке.

Механизм подачи рейсмусового станка осуществляет, как правило, фрикционную связь между заготовкой и подающими органами – вальцами. Тяговое усилие в вальцовом механизме создается за счет фрикционного сцепления вращающегося вальца с поверхностью обрабатываемой заготовки.

Вальцы, как правило, с обеих сторон по длине прижимаются к заготовке пружинами сжатия. На станках с вальцовым механизмом подачи усилие прижима вальца назначают из условия развития необходимого тягового усилия первым вальцом, расположенным по ходу подачи. Тяговое усилие должно быть больше суммы составляющих сил резания, а также сил трения заготовки по столу станка и по прижимам скольжения.

Подающие вальцы рейсмусового станка различны по конструкции. Передний подающий валец выполняют рифленым и зачастую секционным, состоящим из установленного на вал через набор резиновых втулок-амортизаторов или пружин ряда наружных колец. Это позволяет обрабатывать деталь в несколько «ручьев» при подаче через станок одновременно нескольких различающихся по толщине заготовок.

При этом в зависимости от толщины каждой заготовки секции подающего вальца смещаются по высоте, обеспечивая их надежный контакт с верхними пластями всех заготовок и их подачу в зону резания. В легких станках с шириной обработки 250–400 мм чаще всего устанавливается цельный передний подающий валец, поэтому на таком оборудовании разрешена подача заготовок только в один «ручей».

Задний валец (в некоторых станках для повышения тяговой способности установлено последовательно два задних вальца) выполняют цельным и гладким, иногда покрытым фрикционным полимером, исключающим наличие вмятин от рифлей на только что обработанной поверхности заготовки. В ряде конструкций станков для облегчения движения заготовки через станок, базирующие ролики смонтированные в столе, делают приводными.

Подающие вальцы механизма подачи рейсмусового станка приводятся во вращение от асинхронного электродвигателя через механический вариатор, редуктор и цепную передачу. При этом обеспечивается бесступенчатое регулирование скорости подачи в диапазоне от 6 до 24 м/мин.

Скорость подачи может изменяться и с помощью электронного блока частотного регулирования, что позволяет плавно регулировать скорость подачи, например, от 0 до 80 м/мин и контролировать ее значение.

Для удешевления конструкции станка производители зачастую упрощают кинематику привода подачи, устанавливая двухскоростной электродвигатель или двухступенчатый редуктор либо их комбинацию. Такой станок может обеспечивать четыре наиболее технологичные фиксированные скорости подачи, как, например, станок СР4-2: 8, 12, 16 и 24 м/мин, либо две – 6 и 12 м/мин.

Чтобы исключить вертикальное перемещение заготовки при резании и добиться непрерывного и надежного силового замыкания базовой поверхности заготовки и установочной поверхности стола, в конструкцию станка введены два прижима, расположенные перед ножевым валом и непосредственно за ним как можно ближе к зоне резания.

Передний прижим создает усилие за счет набора цилиндрических пружин сжатия, задний – за счет собственного веса. Если у станка установлен передний секционный подающий валец, то и расположенный за ним передний прижим также выполняется секционным, причем секции прижима и вальца имеют одну ширину.

Каждый из прижимов выполняет и дополнительные функции. Передний служит стружколомателем, обеспечивая подпор древесных волокон в месте выхода ножа из древесины.

Это предотвращает образование опережающей трещины и предупреждает дефекты разрушения древесины (выхваты, заколы), особенно если резание осуществляется против волокон. Задний прижим выполняется цельным и служит скребком, очищающим обработанную поверхность детали от попавшей стружки и возможного ее вдавливания задним вальцом. Вместе с передним вальцом эти прижимы образуют воронку для удаления стружки из зоны резания.

В последнее время для плоского фрезерования широкое распространение находят станки, использующие в качестве режущего инструмента торцевые роторные головки, а не цилиндрические фрезы, например система Rotoles фирмы Ledinek (Словения). В роторной головке системы Rotoles используется значительное число резцов, расположенных по периферии торцевой поверхности диска – ротора.

Особенностью торцового фрезерования заготовок роторными головками по сравнению с цилиндрическим фрезерованием являются более благоприятные условия формирования поверхности древесины под склейку за счет раскрытия пор древесины для впитывания клея или грунтовки под покраску, обеспечивая тем самым высокую адгезию клеевого шва. Это преимущество определило технологическую нишу таких станков – формирование плоских поверхностей, в первую очередь под склейку и отделку.

Также они используются в качестве 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 из-за того, что резцы по формирующей поверхность кромке работают с перекрытием друг друга, на обработанной поверхности отсутствуют и следы от выкрашивания 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. Схема конструкции такой роторной головки включает ротор в виде тарелки, по периферии плоской поверхности диска которого равномерно выполнены несколько десятков отверстий под установку режущих элементов – державок с неперетачиваемыми твердосплавными пластинками, используемыми в качестве резцов.

В отверстие, расположенное по центру тарелки, вставлена цилиндрическая гильза, в расточке которой на высокоточных подшипниках смонтирован вал. С одного конца вала, выходящего в тарелку, закреплен диск, плоскость которого совпадает с плоскостью вращения лезвий резцов, то есть с плоскостью обработки детали.

С противоположного конца вала закреплен маховик. В свою очередь, гильза установлена в подшипниках большего диаметра в корпусе роторной головки, закрепленном на станине станка. Наружная цилиндрическая поверхность гильзы выполняет роль шкива под плоскоременную передачу, которая приводит во вращение роторную головку с резцами. Маховик предотвращает вращение диска 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 станка, передняя кромка которого в плане выполнена по дуге окружности. Перебазирование заготовки с переднего стола станка на задний стол осуществляется через плоскость диска роторной головки.

Из-за того врезание резцов в заготовку происходит постепенно, дуга контакта резцов с торцем обрабатываемой детали увеличивается плавно практически от нуля до соответствующей ширине заготовки, а не ударом, как при цилиндрическом фрезеровании. При этом и формирование отфрезерованной поверхности происходит поэтапно.

Достаточно получить на пласти заготовки в направлении подачи серповидный фрагмент плоскости длиной, несколько превышающей расстояние между передним столом и диском роторной головки, которое в реальных условиях составляет порядка 30 мм, как заготовка перебазируется на плоскость диска, одновременно продолжая базироваться и по переднему столу.

Поскольку по периферии плоскости ротора может быть закреплено несколько десятков резцов (порой и более сотни), то каждый из них срезает стружку малой толщины. Следовательно, действующие силы резания незначительны по величине, что, в свою очередь, вызывает меньшие упруго-пластические деформации поверхности обработки.

Кроме того, такой процесс резания менее энергоемкий, что также является еще одним плюсом предложенной конструкции. Роторные двухсторонние рейсмусовые станки можно отличить от оборудования с цилиндрическими ножевыми валами по увеличенной высоте кожуха.

Легкие рейсмусовые станки предназначены в основном для калибрования по высоте брусковых деталей толщиной от 6 до 120–150 мм. Станки средней группы позволяют производить обработку как брусковых деталей (в том числе и в несколько «ручьев»), так и широких изделий типа клееных мебельных щитов.

Тяжелые рейсмусовые станки служат для калибрования по толщине дверных полотен и снятия свесов после сборки оконных створок и т.д. Специальные тяжелые рейсмусовые станки с шириной обработки до 2600 мм служат для обработки изделий большой ширины, в первую очередь несущих клееных деревянных конструкций для общественных и производственных зданий.

Поскольку форма таких элементов зачастую имеет форму арки, то специализированный станок для обработки арочных конструкций не монтируется неподвижно на фундаменте цеха, а устанавливается с помощью металлических колес с ребордами на дугообразных рельсах с возможностью разворота вокруг своей оси, позволяя копировать форму арки.

В силу того, что рейсмусовые станки, как и большинство другого деревообрабатывающего оборудования, являются потенциально опасными для оператора, существуют и устройства безопасности. Это ограничительная планка, исключающая подачу в станок заготовок с чрезмерными припусками на обработку, и когтевая завеса, предотвращающая выброс заготовки из станка.

Кроме того, важную роль играет когтевая завеса станка, которая предотвращает выброс заготовки или ее фрагментов из зоны резания, особенно при большой разнице толщин одновременно обрабатываемых заготовок, недостаточном прижиме, крупных сучках, косослое, инородных включениях и т.д. Ось крепления когтей обязательно должна крепиться к станине, чтобы расстояние от оси подвеса когтей до верхней плоскости заготовки не зависело от толщины обработки.

Во избежание открытия «боковых окон» для выброса щепок толщина когтя не должна превышать 10–12 мм.