Механическая обработка чистовых заготовок изделий из древесины

Механическая обработка чистовых заготовок включает два этапа:

• операции по формированию шипов, фрезерованию профилей, выборке гнезд и сверлению отверстий;
• технологические операции по зачистке и подготовке поверхности готовых деталей к нанесению защитно-декоративных покрытий.

1. Формирование шипов и проушин

Брусковые детали чаще всего используют для формирования рамок с помощью шипов и проушин (рис. 1). Используемые для этой цели шипы принято называть рамными. Рамные шипы и проушины формируют на шипорезных станках.

Рис. 1. Элементы шиповых соединений: 1 – паз; 2 – гребень; 3 – шип круглый; 4 – плоские шипы; 5 – проушина; 6 – гнездо плоского шипа; 7 – гнездо круглого шипа

Рамные прямоугольные шипы можно формировать на одноили двухсторонних шипорезных станках. Из односторонних шипорезных станков находят применение ШО-16-4, СФШ 003, ШПК-40 (Россия), GRIGGIO GT-4S, GRIGGIO GАT 180 (Италия), RAUTEK МХ2108А (Китай) и др. Из двухсторонних шипорезных станков наибольшее распространение получили ШД 10-8, ШД 10-10, ШД 16-8 (Россия), автоматические Beaver 3820 (Германия) (рис. 2), MX 2626 (Китай) и др. Автоматические фрезерные станки OMEC (Италия) предназначены для фрезерования шипа типа «ласточкин хвост».

Рис. 2. Станок автоматический шипорезный форматно-обрезной двусторонний Beaver 3820

Применяются фрезерные станки с нижним расположением шпинделя, предназначенные для фрезерования по направляющей линейке или шаблону, для нарезания шипов и проушин марок GRIGGIO Т-90i (Италия), TP 120 фирмы ROBLAND (Бельгия) (рис. 3). Станок TP 120 оборудован эксцентриковым прижимом, телескопической наклонной линейкой для нарезания шипов, кожухом с аспирацией. В качестве опций предлагаются копировальное устройство, автоматическое пусковое устройство, верхние и нижние прижимы заготовки, алюминиевые ограждения шпинделя.

Рис. 3. Фрезерный станок с нижним шпинделем ROBLAND TP 120

Режущий инструмент шипорезных станков состоит из пильного диска для торцевания в размер, двух горизонтальных ножевых головок для нарезания шипа и горизонтально поставленных прорезных дисков или пил для нарезания проушин.

Нарезаемые на рамных шипорезных станках шипы у брусков прямоугольного сечения также имеют форму прямоугольника. Однако в большинстве случаев для фрезерования гнезд под шипы применяют сверла или концевые фрезы, в результате чего образуются гнезда с закругленными по радиусу режущего инструмента концами.

Для получения плотного соединения без зазоров требуется подрезание углов гнезда или закругление кромок шипа. Эта операция может производиться путем обжима шипов между стальными матрицей и пуансоном на нетиповых станках.

В настоящее время все большее распространение получают шипорезные станки, изготавливающие шипы со скругленными гранями. При формировании этих шипов применяется комбинированный режущий инструмент, состоящий из дисковой пилы и ножевой головки. Используются следующие марки станков: СТ408-А, СТ406 (Россия), MDK 3113B, VANGUARD MD3110A (Китай), BACCI TSG2T (Италия), и др.

2. Фрезерование древесины

Фрезерование древесины в общем случае – это резание ее вращающимися фрезами, при котором траекторией резания является циклоида. Различают цилиндрическое, коническое, торцовое, торцово-коническое, продольное или фасонное фрезерование (рис. 4).

Цилиндрическое – фрезерование, при котором ось вращения инструмента параллельна поверхности обработки, а лезвия резцов описывают в пространстве цилиндрические поверхности.

Коническое – производится инструментом, ось вращения которого наклонена под углом к поверхности обработки, а лезвия резцов описывают в пространстве коническую поверхность.

Торцовое – происходит, когда ось вращения инструмента перпендикулярна поверхности обработки, боковые лезвия резцов описывают в пространстве цилиндрические поверхности, а торцовые – поверхность кольца или круга.

Торцово-коническое фрезерование происходит аналогично торцовому фрезерованию, но лезвия резцов описывают в пространстве коническую поверхность.

При фасонном режущие кромки инструмента имеют сложное очертание, составленное из криволинейных элементов. Все фрезерные работы можно подразделить на следующие четыре вида:

• фрезерование прямолинейных кромок по линейке;
• фрезерование криволинейных кромок по кольцу и шаблону;
• фрезерование поверхностей двойной кривизны;
• торцовое фрезерование канавок и профилей по копиру.

Фрезерование плоских и профильных кромок прямолинейных деталей ведется на фрезерном станке Ф-4.

Криволинейные кнопки незамкнутого и замкнутого контура фрезеруют при помощи кольца и шаблона. Кольцо может быть закреплено в столе станка или непосредственно на шпинделе.

Наиболее совершенные и производительные фрезерные станки с механической подачей – карусельно-фрезерные (Ф1К или Ф2К-3). В массовых производствах карусельно-фрезерные станки применяют для обработки заготовок по криволинейным контурам.

Рис. 4. Виды фрезерования древесины: а – цилиндрическое; б – коническое; в – торцовое; г – торцово-коническое; д – фасонное

Торцовое фрезерование канавок и различных профилей обычно выполняют на копировально-фрезерных станках с верхним расположением шпинделя ВФК (Россия) и G60, G800, G900 производства фирмы GRIGGIO (Италия). Обработка производится в специальном шаблоне с пазами на нижней стороне, соответствующими контуру, который нужно обрабатывать.

Фрезерование прямолинейных заготовок по линейке выполняют на вертикально-фрезерных станках с нижним расположением шпинделя (Ф-4, ФШ-4 (Россия), Formula T1LL, T55 W Elite S (Италия) и др.). Различают три вида таких работ: выверку гладких поверхностей, преимущественно кромок, под прямую плоскость; сквозное фрезерование профиля; несквозное фрезерование профиля (рис. 5). В этих случаях фрезерование выполняется с помощью направляющей линейки.

Рис. 5. Обработка прямолинейной кромки на фрезерном станке по линейке: 1 – задняя направляющая линейка; 2 – стол; 3 – – скоба; 4 – ножевая головка; 5 – обрабатываемая деталь; 6 – передняя направляющая линейка

Криволинейные кромки незамкнутого и замкнутого контура фрезеруются при помощи кольца и шаблона. Кольцо может быть закреплено в столе станка или непосредственно на шпинделе (рис. 6). Для обработки по копиру заготовка крепится винтовыми или эксцентриковыми зажимами, а в нижней части шпинделя, под фрезой, устанавливается свободно вращающееся кольцо с шарикоподшипником, служащее упором для копира при фрезеровании. В процессе обработки копир с заготовкой боковой кромкой постоянно опирается на это кольцо и с помощью ручного управления проводится мимо фрезы, формирующей на поверхности заготовки заданный профиль.

Рис. 6. Обработка криволинейной кромки на фрезерном станке по кольцу и шаблону: 1 – фреза; 2 – упорное кольцо; 3 – направляющая кромка шаблона; 4 – шаблон; 5 – обрабатываемая заготовка; 6 – линейка шаблона; 7 – прижим; 8 – упор

Для механизации подачи под копировальным кольцом устанавливается цепная звездочка с отдельным приводом вращения, а под копиром, строго параллельно ему, крепится пластинчатороликовая цепь, входящая в зацепление со звездочкой. При вращении звездочки копир с заготовкой перемещается вдоль фрезы, сохраняя постоянный контакт с упорным кольцом.

На копировальных станках с верхним расположением шпинделя фрезеруют прямолинейные и криволинейные боковые поверхности, щиты и рамки, выбирают пазы, гнезда, полости различной конфигурации, сверлят и зенкуют отверстия, а при наличии специальных приспособлений нарезают короткие резьбы, вырезают пробки, выполняют различные художественные работыВ. эту группу входят копировальные станки (ВФК-2, ВФК-3 (Россия) (рис. 7), G60, G800, G900 (GRIGGIO, Италия) (рис. 8), WINNER LH-1000 (Тайвань)), карусельные (Ф1К-2, Ф1К-2А (Россия), Rautek MX-7212, Rautek MX-7516 (Китай) (рис. 9)) и модельные (ФМ25, ФМС (Россия)). Фрезерные копировальные станки с верхним расположением шпинделя универсальные.

Различают фрезерные карусельные станки с верхним (Ф1К-2, Ф1К-2А) и нижним (Ф2К-ШЗ) расположением шпинделя.

Рис. 7. Схема обработки на копировально-фрезерном станке ВФК-3: 1 – стол; 2 – деталь; 3 – концевая фреза; 4 – шаблон; 5 – копир

Рис. 8. Копировальнофрезерный станок с верхним расположением шпинделя G900

Рис. 9. Автоматический фрезернокопировальный (карусельный) станок Rautek MX-7516

Для фрезерования профилей, сверления отверстий в пласти и кромке, фрезерования по контуру, пропиливания пазов в щитовых деталях из деревянного массива, ДСтП и MDF применяются многооперационные обрабатывающие центры с числовым программным управлением ARROW, ROVER 24 фирмы BIESSE (Италия) (рис. 10), Altesa ADVANCED 24 (Италия) и др. Высокая производительность этих машин достигается за счет быстрой смены инструмента, высокой скорости перемещения по осям, сокращенного времени перенастройки. В оборудование обрабатывающего центра входят следующие узлы: фрезерный узел, сверлильно-присадочная группа, циркулярная группа.

Рис. 10. Обрабатывающий центр с ЧПУ ROVER

Несмотря на широкое распространение копировальных станков с системой ЧПУ, продолжается выпуск оборудования с механическими копирами точнее объемно-копировальных станков. Так копировально-фрезерные станки с ЧПУ Beaver 26 AVTS, Beaver 3015 AVT6, Beaver 9A2 (Китай) (рис. 11) и др. предназначены для высококачественного фрезерования и гравирования поверхностей деталей и заготовок по плоскости (программное обеспечение 2D) и в 3-х мерном пространстве (3D фрезерование).

Рис. 11. Фрезерный станок с ЧПУ Beaver 9A2

Параллельно отметим, что для обеспечения работы оборудования при 3D-обработке (сегодня уже появились станки с 5D-обработкой), то есть для получения математической модели твердотельного объекта предназначен сканер трёхмерного сканирования Optiscan 3D (рис. 12).

Рис. 12. Трехмерный сканер Optiscan 3D

3. Формирование гнезд и отверстий

Формирование продолговатых гнезд и отверстий, предназначенных в основном для шиповых соединений, производится на цепно-долбежных (ДЦА-3 (Россия), GT40S, GT50S, GT60S фирмы CENTAURO, GRIGGIO G-450 (Италия) (рис. 13)) и сверлильно-пазовальных (СВПА-2 и СВПГ-1И (Россия), TRC-N, TRC-SI, MT- 300 RM GROUP (Италия)) станках.

Фрезерование гнезд на цепно-долбежных станках производится фрезерной цепочкой, имеющей прямоугольную форму и закругленные углы дна. Наименьшие размеры гнезд, выбираемых на цепно-долбежных станках, определяются соответствующими размерами фрезерных цепей и направляющих линеек, наибольшие по ширине – определяются шириной цепочки, а по длине – возможной величиной продольного перемещения стола станка.

Рис. 13. Станок цепно-долбежный CENTAURO G 450

Для выборки небольших гнезд чаще всего пользуются сверлильно-пазовальными станками (Griggio TRC- N (Италия) (рис. 14), СВПГ-1К (Россия), Yuton MDK 4120 B Super (Китай) и др.). Станки бывают с ручной и механической подачей. На станках с автоматической подачей в качестве режущего инструмента применяются концевые фрезы гнезд диаметром до 16 мм.

Наиболее производительны многошпиндельные сверлильно-пазовальные станки. В настоящее время на крупных предприятиях получает распространение сверлильно-пазовальные центры с ЧПУ ALFA NC Centauro SpA (Италия) (рис. 15), SCM CYFLEX F900 PRO SCM Group (Италия).

Рис. 14. Станок сверлильно-пазовальный Griggio TRC-N

Рис. 15. 3-х координатный сверлильно-пазовальный центр с ЧПУ ALFA NC Centauro SpA

Сверление круглых отверстий производится на одно- и многошпиндельных вертикальных, горизонтальных или вертикально-горизонтальных станках. Большое распространение получили вертикальные станки СВА-2 с ручной и СВПА – с механизированной подачей. Современные сверлильно-присадочные станки изготавливаются по схеме со сквозным проходом заготовки. Большое распространение в отрасли получили станки: одноблочные – SCM Advance 21 SCM Group, ALFA 21T VITAR (рис. 16), ITALMAC Cuspide-21 (Италия) и др.; многоблочные – СГВП-1 и СГВП-2 (Россия), FORMA 63 H, SIGMA 2TA, производства фирмы VITAR (Италия), ITALMAC Bor H2V4 (Италия) (рис. 17) и др.; сверлильно-присадочные станки с ЧПУ MARS900 (SFERA ROSSA, Италия).

Рис. 16. Станок сверлильноприсадочный одноблочный ALFA 21T

Рис. 17. Станок сверлильно-присадочный многоблочный ITALMAC Bor H2V4

4. Шлифование

Технологический процесс механической обработки деталей завершается шлифованием, которое подготавливает поверхности деталей к операциям отделки. Поверхность древесины шлифуют для уменьшения неровностей (шероховатости), вызванных ее анатомическим строением или механической и другой обработкой. Для шлифования древесины и древесных материалов применяются шлифовальные шкурки на тканевой или бумажной основе.

Шероховатость поверхности древесины перед операцией отделки должна быть в пределах 16 мкм. Такое качество поверхности достигается трехкратным шлифованием: первое – номерами шкурок 32…, после которого шероховатость поверхности равна 60 мкм, второе – номерами 12…10, после которого шероховатость поверхности равна 32 мкм, и, наконец, третье – номером 8, после которого достигается требуемая шероховатость поверхности, равная 16 мкм.

Для шлифования древесины и древесных материалов применяются разнообразные шлифовальные станки, которые можно разделить на

• ленточные: узколенточные и широколенточные;
• дисковые и комбинированные;
• цилиндровые;
• щеточные (или лепестковые).

Ленточные станки применяют для шлифования плоских щитовых деталей, выпуклых и вогнутых поверхностей, калибрования заготовок из древесностружечных плит. В качестве инструмента на этих станках служит бесконечная (закольцованная) шлифовальная лента, натянутая на двух или трех шкивах. Станки с неподвижным столом предназначены для плоскостного шлифования ящиков, щитков, дощечек и брусьев, а со свободной лентой – для обработки изогнутых и круглых шлифовальных деталей. Плоскостное шлифование облицованных и необлицованных щитов и плит производится на узко- и широколенточных станках.

Из узколенточных шлифовальных станков известны: ШлНС-3, ШлНС, ШлПС-6, ШлПС-6К (рис. 18), ШлПС-8 (Россия), GL GRIGGIO (Италия) и др. Существуют вертикальные узколенточные шлифовальные станки, например, VPB 3200 Vertical HOUFEK (Чехия) (рис. 19). Однако вместо ленточной пилы на двух обрезиненных шкивах закреплена закольцованная узкая шлифовальная лента.

Из широколенточных станков известны: ШлК-6 (рис. 20), ШлК-8, МШП-01 (Россия), Costa Levigatrici 868, Heesemann MFA 6, ELMAG 505 2  (Германия) и др.

Рис. 18. Станок узколенточный шлифовальный ШлПС-6К

Рис. 19. Станок вертикальный узколенточный шлифовальный VPB 3200 Vertical HOUFEK

Рис. 20. Станок широколенточный шлифовальный ШлК-6 и схема шлифования

В деревообработке для калибрования в первую очередь ДСтП появились станки, использующие в качестве режущего инструмента полый цилиндр из абразивных зерен на эпоксидной связке, насаживаемый на шпиндель станка.

Дисковые шлифовальные станки (Шл2Д, ШлДБ, Шл3ЦВ 19, Шл3ЦВ19 (Россия), KNUTH TSM 300 (Германия) (рис. 21), JET JDS-12 708433M, JET PLUS 649003KM (Швейцария) и др.) предназначены для шлифования по плоскости различных деревянных деталей небольших габаритов, ящичных конструкций, кромок, брусковых деталей, сложных заготовок под различными углами и т.п. Механизмом резания этих станков является диск, установленный на валу электродвигателя (или два диска, когда используется электродвигатель с двухсторонним выходом вала), на плоской поверхности которого через фетровую прокладку обечайкой крепится шлифовальная лента в форме круга.

Известны следующие комбинированные шлифовальные станки: станки марок JET, ZENITECH (Швейцария), PROMA (Чехия), Корвет (Россия) и др.

На рис. 22 представлен внешний вид комбинированного шлифовального станка марки PROMA ВР-100.

Рис. 21. Станок шлифовальный дисковый KNUTH TSM 300

Рис. 22. Комбинированный шлифовальный станок PROMA ВР-100

Цилиндровыми называют шлифовальные станки (Шл3ЦВ (рис. 23), Шл3Ц-3, Шл3Ц12-2 (Россия) и др.), у которых шлифовальная лента закреплена на образующей поверхности цилиндров. Диаметр шлифовального цилиндра таких станков сравнительно невелик (280 – 350 мм), поэтому 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), служащий прокладкой между шлифовальной лентой и стальным цилиндром, что не способствует ее охлаждению. Цилиндровые станки бывают одно- и трехцилиндровые. Одноцилиндровые станки с ручной или механической подачей применяют для плоскостного шлифования прямых и изогнутых щитовых и брусковых деталей, заоваливания острых ребер. Трехцилиндровые станки предназначенные для шлифования фанеры, плит, щитовых (облицованных) и рамных деталей, а также снятия провесов, выпускают двух видов: с верхним и нижним расположением шлифовальных цилиндров. При необходимости с помощью двух установленных последовательно станков можно обработать за один проход изделия с двух сторон.

Рис. 23. Схематическое изображение трехцилиндрового станка марки Шл3ЦВ 19: 1 – вальцы; 2 – неподвижный стол; 3 – контрвальцы; 4 – электродвигатель; 5 – вал; 6 – маховик; 7 – шлифовальные цилиндры

Лепестковой шлифовальный инструмент состоит из большого количества лепестков, расположенных радиально и закрепленных в основе с помощью синтетической смолы или металлической втулки. Лепестки в основном изготавливают из шлифовальной шкурки с зернами карбида кремния или корунда на тканевой основе. Преимущество лепесткового круга над другими эластичными инструментами заключается в том, что за счет веерообразно размещения лепестков их относительно независимое друг от друга прилегание к обрабатываемой поверхности предоставляет кругу высокой эластичности. Это обеспечивает постоянный и равномерный контакт инструмента с обрабатываемой поверхностью, благодаря чему и достигают хорошего качества обработки.

Лепестковые шлифовальные станки (МТШлК, ШлЩ (Россия), TWINGO Houfek (рис. 24), Final HOUFEK (Чехия) и др.) предназначены для финишного шлифования, полирования, искусственного старения, вощения различных деревянных заготовок; для полирования изделий из металла; промежуточного и финишного шлифования плитных панелей МДФ.

Рис. 24. Станок лепестковый шлифовальный TWINGO Houfek