Станки для производства окон

Пластиковые окна давно завоевали доверие потребителей. Они технологичны, в процессе эксплуатации не требуют ремонта и окраски, удобны для мытья, не подвержены влаге. Окна из ПВХ часто называют металлопластиковыми, поскольку внутри ПВХ-профиля расположен стальной армирующий профиль, обеспечивающий створке необходимую жесткость и прочность.

Главными недостатками пластиковых окон являются нестабильность профиля при низких температурах, выделение при пожаре ядовитых газов – диоксинов. Еще один их недостаток – низкие эстетические свойства, хотя последнее время профиль пластиковых окон покрывается различными текстурными покрытиями, имитирующими ценные породы древесины. Однако в перспективе окна из ПВХ не смогут конкурировать с деревянными окнами.

Евроокна отличаются от деревянных окон старого образца наличием в створках стеклопакета, а не листового стекла. Они в большинстве случаев имеют одинарную конструкцию, состоящую из одной коробки и вставленного в нее ряда створок. Причем створки имеют в поперечном сечении сложный профиль с рядом уплотнений и должны выдержать значительный вес стеклопакета.

В связи с этим для изготовления профиля используются специальные, как правило, трехслойные, клееные бруски древесины. Третьим признаком евроокон является применение специальной фурнитуры для обеспечения работы окна в поворотно-откидном режиме. Основные недостатки деревянных евроокон – их высокая стоимость.

Дерево-алюминиевые окна – это деревянные окна с алюминиевыми накладками (облицовкой). В их конструкции используются специальные алюминиевые накладки, которые защищают всю поверхность деревянных створок и рам. Как вариант – все наружные створки выполняются из алюминия, а внутренние – из дерева.

Основной целью комбинации этих двух материалов в окне является защита дорогостоящей деревянной конструкции от вредных воздействий окружающей среды и главного врага древесины – ультрафиолетового излучения в спектре солнечного света. Алюминиевые накладки значительно упрощают эксплуатацию окон, облегчая уход за ними, а так же исключая необходимость периодического подкрашивания наружных поверхностей.

Для производства евроокон в качестве заготовки применяется специально клееный брусок, чаще всего трехслойный, склеенный из досок-заготовок радиального или близкого к нему распила. В такой заготовке плоскость разреза проходит через сердцевину бревна, а угол наклона годичных колец к поверхности заготовки находится в пределах 60–90°. Обычно при таком виде раскроя выход заготовок не превышает 15%, что и определяет их значительную стоимость.

Для среднего слоя бруска можно применять заготовки полурадиального распила с углом наклона годичных колец более 45°. Для склеивания бруска высшего сорта используют цельные заготовки влажностью не более 12% без видимых дефектов древесины, в том числе и сучков. Для брусков более низкой сортности внешние, и тем более внутренние заготовки могут быть склеенными по длине на мини-шип после вырезки дефектов.

Далее заготовки склеиваются в прессе в трехслойный «бутерброд», который после высыхания клея обрабатывается в размер по поперечному сечению, как правило, до сечения 78х78 мм. Такой брусок в сравнении с бруском из массивной древесины гораздо меньше подвержен температурным и влажностным деформациям (короблению), он более прочен и не имеет внешних дефектов, ухудшающих внешний вид готового оконного переплета.

Технология изготовления евроокон в зависимости от объема производства (массовое, серийное, единичное) может сильно различаться. При массовом производстве используются как автоматические, так и полуавтоматические линии, обеспечивающие выпуск продукции в большом объеме. В советские времена, когда наблюдался бум промышленного крупнопанельного строительства, в основном использовались именно такие линии.

Примером может служить полуавтоматический станок для производства окон ОК 509, производительностью 125 створок в час. Эта линия включала в себя два шипорезных станка для торцовки в размер и нарезания шипов и проушин отдельно на вертикальных и горизонтальных брусках, ранее полученных на четырехстороннем станке; сборочную вайму, на которой вручную происходила укладка брусков, их обжим и сборка створки; подъемный стол, формирующий стопу створок; механизированный склад для выдержки собранных стоп до полной полимеризации клея; долбежный станок для долбления гнезд под средник в продольных брусках под установку форточного горбылька или импоста; широколенточный шлифовальный станок для снятия свесов по пласти створки; фрезерный станок для выборки пазов и гнезд под установку фурнитуры (замка, петель, личинок и т.д.).

Несколько менее производительны, но более компактны и универсальны угловые обрабатывающие центры для производства окон. В основу такого центра положен принцип использования комбинации инструмента на шпинделе. Он заключается в том, что на одном многопозиционном шпинделе, имеющем настроечное перемещение вдоль своей оси, монтируются насадные фрезы различного профиля. Их суммарная высота может достигать 700 мм.

Фрезы подобраны так, что из сочетания их профилей складываются несколько заданных профилей обрабатываемых деталей оконных створок и коробки. Переход от одного профиля к другому происходит только за счет перемещения шпинделя по высоте без какой-либо настройки или смены режущего инструмента.

Рассмотрим это на примере обработки деталей рамы оконного блока. Створка оконной рамы состоит из двух горизонтальных (поперечных) и двух вертикальных (продольных) брусковых деталей. Две вертикальные и верхняя горизонтальная детали имеют внутренний профиль, нижняя горизонтальная с водоотводящей планкой – так же имеет внутренний профиль.

На торцах верхней и нижней деталей рамы вырабатываются проушины, а на боковых деталях – шипы соответствующего типа. Следовательно, для изготовления створки оконной рамы требуется оснастить шипорезный шпиндель тремя типами фрез профилей, а фрезерный шпиндель продольного фрезерования – двумя типами инструмента для профилей.

Шипорезный участок и участок продольной обработки располагаются под прямым углом друг к другу, поэтому эти обрабатывающие центры и называют «угловые». Шипорезный участок состоит из пильного суппорта, шипорезного суппорта с набором фрез и каретки для базирования и подачи брусковых заготовок. Детали укладываются на каретку, которая имеет поворотный стол, позволяющий обрабатывать заготовку под различным утлом.

При движении каретки по направляющим заготовки торцуются пилой и на их торцах формируется шип. На вертикальном (шипорезном) шпинделе смонтирован набор фрез различного профиля. Для изменения профиля обработки достаточно переместить шпиндель по высоте на нужную величину. Если необходимо обработать заготовку с двух концов, цикл повторяется.

После окончания нарезания шипов заготовки автоматически передаются на вальцовый механизм подачи участка продольно-фрезерной обработки. С помощью фрезерных шпинделей формируется поперечное сечение детали. Конструкция шпинделей аналогична шипорезному шпинделю. Окончательную обработку бруска осуществляет продольная пила, выпиливающая штапик для будущего крепления стекла.

Набор съемных контрпрофилей (подпоров) крепится на поворотном кронштейне и вводится в работу в зависимости от профиля, вырабатываемого на конце детали. Контрпрофили изготавливают из твердой древесины и используют для предотвращения сколов на выходе инструмента при торцовом встречном фрезеровании.

Направляющая линейка может быть повернута для обработки деталей со скошенными торцами. Привод каретки осуществляется от электродвигателя через промежуточные передачи. Каретка перемещается по роликовым направляющим, закрепленным на станине.

Пильный суппорт представляет собой пилу с зубьями для пиления древесины поперек волокон, установленную на валу специального электродвигателя. Суппорт имеет двухкоординатную настройку. Шипорезный суппорт снабжен шпиндельным блоком с набором режущих инструментов для получения трех и более профилей на торцах обрабатываемых деталей.

Смена профилей производится позиционированием шпинделя по высоте. Механизм позиционирования шипорезного суппорта по высоте состоит из электродвигателя, червячного редуктора, зубчатой передачи и шарико-винтовой передачи. Величина перемещения и угол поворота винта контролируются круговым импульсным измерительным преобразователем и в цифровом виде сопоставляются с размерами, заданными программой.

Привод шпинделя от электродвигателя происходит через ременную передачу.

Продольно-фрезерный участок состоит из суппортов профильного фрезерования, пильного суппорта и вальцового механизма подачи. Суппорт может осуществлять встречное или при изменении вращения попутное фрезерование. При встречном фрезеровании он участвует в формировании профиля заготовки, снимая часть припуска.

При обработке по периметру склеенных створок рам он работает с попутной подачей для уменьшения сколов по торцам брусков створок только на заключительной стадии обработки в зоне фрезерования углов рамки. В этом случае на шпиндель этого суппорта устанавливают набор фрез попутного фрезерования. Позиционированием по высоте обеспечивается выбор фрез для конкретных деталей нужного профиля.

Фрезерный суппорт предназначен только для встречного фрезерования различных профилей, достигаемых, как и на других фрезерных шпинделях, позиционированием. Инструментальный блок имеет набор из трех, четырех и более типов насадных фрез.

Пильный суппорт, оснащенный круглой пилой для продольного пиления, выполняет различные функции: выпиливает дополнительную деталь при выборке четверти у продольного и поперечного брусков створки, распиливает заготовки на две кратные детали и т.д. Он представляет собой электродвигатель с закрепленной на валу круглой пилой.

Подвижное базирование заготовки на участке продольного фрезе¬рования происходит по столу и боковым направляющим линейкам. Механизм подачи заготовок выполнен в виде закрепленной консольно балки, на которой установлены приводные подпружиненные вальцы.

По высоте на размер обрабатываемой заготовки балка настраивается вручную или с помощью электромеханического привода. Кроме того, ее можно поднять, поворачивая вокруг продольной оси, и тем самым обеспечить свободный доступ к режущим инструментам. Электродвигатель через промежуточные передачи позволяет плавно регулировать скорость подачи.

На сегодняшний день существуют обрабатывающие центры этого типа, в которых устанавливаются дополнительные суппорты для выборки гнезд под фурнитуру и выборки пазов в брусках створки или коробки. Для улучшения условий обслуживания к станку дополнительно пристраивают возвратный роликовый конвейер или разворотный стол для повторной обработки деталей.

Большинство обрабатывающих центров для производства окон имеют системы управления переналадкой рабочих органов программированием задания параметров обработки на клавиатуре пульта или в диалоговом окне монитора. Введенные параметры запоминаются в памяти компьютера станка и далее, вызовом нужной программы с пульта осуществляется автоматическое управление его работой.

Кроме угловых центров, имеющие продольный и поперечный участки обработки, расположенные под прямым углом, существуют станки, позволяющие обрабатывать детали окон косоугольной формы. Примером такого станка может служить оконный центр типа Unicontrol, разработанный компанией Weinig (Германия).

На малых предприятий, выпускающих различные модели и марки окон, лучше использовать традиционную технологию на универсальном оборудовании: круглопильные станки для продольного и поперечного раскроя пиломатериалов, фуговальный станок, рейсмусовый и фрезерный с шипорезной кареткой.

Если предполагается выпуск евроокон из трехслойного клееного бруска, то номенклатуру оборудования можно сократить до круглопильного станка для поперечного раскроя бруска и фрезерного станка с шипорезной кареткой и автоподатчиком заготовок. Отличие заключается в конструкции фрезерного станка. Его шпиндель, как и фрезерный шпиндель углового обрабатывающего центра, является многопозиционным. На нем в оправке устанавливается набор фрез различного профиля, который имеет возможность программного перемещения по высоте для выполнения конкретной операции.

Направляющая линейка фрезерного станка, положение которой определяет глубину формируемого профиля, также перемещается программно в соответствии с диаметром установленной на оправку конкретной фрезы, параметры которой, как и ее месторасположение на шпинделе, вводятся в память системы числового программного управления (ЧПУ).

Однако, независимо от принятого варианта технологии, в цепочку оборудования необходимо ввести сборочную вайму (обжимной пресс), станок для формирования гнезд под установку фурнитуры, а также шлифовальный станок для снятия свесов и обеспечения заданной шероховатости под отделку. На малых предприятиях чаще всего последние две позиции заменяются ручным электроинструментом.

Последнее время для производства окон все шире применяется многофункциональный обрабатывающий центр для работы с массивной древесиной модели Conturex, созданный немецкой фирмой Weinig. В конструкции этого центра разработчиком предложена новая идеология производства окон. Центр Conturex позволяет обрабатывать детали окна (двери) с высокой точностью, свойственной станкам с ЧПУ, со всех шести сторон, подавая готовый комплект деталей на сборку коробки и створок окна.

Сразу после сборки рамки створки ее можно отправлять на операцию отделки, поскольку данная технология позволяет исключить из существовавшего ранее техпроцесса операцию обгонки створок по периметру. Также исключается сверление и пазование деталей под установку всей фурнитуры, шлифование створок для снятия свесов, поскольку эти операции выполняются с высокой точностью еще при изготовлении деталей окна на центре. Это позволяет сократить время обработки и производственные площади под промежуточное хранение элементов окна.

Conturex позволяет осуществлять практически всестороннюю обработку деревянных деталей сложной конфигурации пилением, фрезерованием, шлифованием и сверлением. Обработка заготовки происходит двумя многофункциональными рабочими агрегатами на двух позициях. Причем, пока работает первый агрегат, на втором агрегате в это время устанавливается необходимый инструмент или оснастка из двух автоматизированных инструментальных магазинов для выполнения последующих операций.

Замена инструмента не требует затрат времени для переналадки и технологических перерывов. Обрабатываемая заготовка надежно базируется по программно-позиционирующимся упорам в специальном зажимном устройстве стола PowerGrip. Это устройство оснащено набором пневматических зажимов, действия которых напоминают действия рук станочника при подаче заготовки на универсально-фрезерном станке.

Зажимы также программным путем разносятся по длине детали таким образом, чтобы исключить их контакт с режущим инструментом. Контактная поверхность зажимов покрыта накладками из пластика с высоким коэффициентом трения, в результате чего заготовка надежно фиксируется в заданном положении и не проскальзывает при передаче с одного стола на другой.

Опорные балки центра Conturex, которые являются базой крестообразных суппортов и несут обрабатывающие электрошпиндели, изготовлены из высокотехнологичного конструкционного материала – полимербетона.

Благодаря использованию этого материала повышается виброустойчивость конструкции, так гасятся колебания элементов станка вследствие как переменности сил резания при обработке деталей, так и реверса столов и манипуляторов при смене инструмента. Это позволяет увеличить качество обработанной поверхности и точность заданных размеров.

Заготовка может последовательно обрабатываться, попеременно базируясь с высокой точностью то на одном, то на другом столе. Электрошпиндель с режущим инструментом способен совершать перемещения по осям Y и Z со скоростью до 120 и 60 м/мин соответственно, а столы могут перемещать заготовку по оси X со скоростью до 145 м/мин, позволяя обрабатывать ее со всех шести сторон. Каждый из агрегатов обеспечивает обработку детали и угловыми адаптерами (сверлильным, пильным и т.д.). При этом угловой адаптер может иметь опцию – осевое позиционирование по оси Z.

Частота вращения электрошпинделя задается программированием в диапазоне 0–18000 об/мин. Мощность каждого электрошпинделя в базовой комплектации центра составляет 20 или 30 кВт.

Обрабатывающий центр выпускается в семи исполнениях – с максимальной длиной обрабатываемой заготовки до 6000 мм. Ширина и высота обработки для всех исполнений составляют 25–260 и 20–100 (как опция 20–150) мм соответственно, а минимальная длина обработки – 220 мм.

Управление центром осуществляется системой ЧПУ с помощью адаптированного к станку пакета прикладных программ. Пользователь может задавать с дисплея параметры заготовки и обработки, изменять последовательность выполнения технологических операций.

Все этапы обработки детали моделируются в трехмерном изображении, что позволяет оператору наблюдать за процессом обработки, контролируя пооперационно процесс снятия припусков и время изготовления детали и при необходимости вносить коррективы. Контроль над ходом процесса обработки осуществляется с помощью удобной компьютеризированной консоли.

Поскольку на обрабатывающем центре Conturex достаточно просто ввести в программу обработки конструктивные параметры требуемых деталей, то он может оказаться конкурентоспособным даже при обработке малых партий деталей.

К центру, как опция, предлагается интерфейсная система загрузки данных о параметрах режущего инструмента (диаметре, профиле и т.д.) с измерительного стенда заточного станка. Эти данные поступают в систему ЧПУ центра и оперативно используются для позиционирования инструмента при обработке детали. Пробная их обработка в этом случае исключена.

Зоны обработки центра закрыты шумопоглощающими кожухами с обзорными окнами, защищающими также и от возможного выброса из зоны резания щепок, сучков и т.д. В центрах подобного типа при обработке деталей факел отходов обработки (стружки, опилок, кусковых отходов, шлифовальной пыли) невозможно ориентированно направить в эксгаустерное (стружкоприемное) устройство, и часть отходов попадает в околостаночное пространство.

В данном центре применен комбинированный метод удаления отходов: шлифовальная пыль и мелкие опилки удаляются пневмовытяжкой, а кусковые отходы и стружка выводятся из зоны резания с помощью ленточных транспортеров в бункер.

В базовой комплектации станок оснащен полагающимся к каждому серийному агрегату одним или двумя тарельчатыми 24-местными магазинами сменных инструментов (до 96 инструментов) с креплением по системе HSK-F63. Максимальный вес единицы режущего инструмента не должен превышать 12 кг. Инструментальные магазины могут быть расширены за счет присоединения дополнительных модулей, которые располагают вдоль оси центра как выше, так и ниже уровня столов.

Центр может быть опционально оснащен пятиосевым фрезерным агрегатом, что позволяет производить различные виды обработки под любыми углами к поверхности, дополнительной осью С, а также другими полезными приложениями. Кроме того, изготовителем может быть учтена специфика производства при комплектации набором режущего инструмента, устройствами цеховой механизации, заточным оборудованием и т.д.

Фирмой в настоящее время выпускается целая гамма такого оборудования из семи моделей от Conturex 113 до Conturex 226 в зависимости от числа порталов, электрошпинделей, размеров обрабатываемых заготовок, количества и емкости инструментальных магазинов, а также комплектации околостаночного оборудования.

Немецкий концерн Homag также выпускает оборудование аналогичного назначения для производства окон и дверей, начиная от небольших стартовых моделей и заканчивая высокопроизводительным портальным центром powerProfiler BMG 900, позволяющим изготавливать до 50 условных комплектов окон в смену.

Значительные размеры зоны обработки (у станка BMG 500 они составляют 6250х1525х300 мм) позволяют наряду с типовыми оконными системами производить выпуск деталей для зимних садов, выполняя на них профилирование и фрезерование отверстий под соединительные элементы.

На станке установлено три инструментальных магазина на 91 место (а в станке powerProfiler BMG 900 – до 432 инструментов), что наряду с пакетом программного обеспечения collisionControl позволяет достичь высокой гибкости обработки с постоянным контролем в режиме онлайн, защиту от ошибок оператора при программировании. Спектр изделий, производящихся на станках этого модельного ряда, включает также изготовление арочных конструкций окон и дверей, в том числе и дверных полотен.

Обрабатывающие центры могут оснащаться системами автоматизации, позволяющими производить в том числе и роботизированную загрузку и штабелирование заготовок, выравнивание и разворот детали в пространстве с контролем с помощью измерительных датчиков. Естественно, что без модульного управления для координации этих возможностей обработки эксплуатация таких обрабатывающих центров не была бы столь эффективной.