Четырехсторонние станки

Четырехсторонние станки. Часть 2

Станки четырехсторонние. Часть 3

Жалея необразованное и неумелое животное, известный чеховский персонаж обращался к своей собаке словами: «Ты, Каштанка, насекомое существо и больше ничего. Супротив человека ты все равно что плотник супротив столяра...»

Рис. 1. Станок четырехсторонний с ременным приводом всех агрегатов от единого трансмиссионного вала

И действительно, обтесывая и строгая бревно, плотник использует топор, тесло и скобель - инструмент простой и неточный. А вот столяр держит в своих руках такие замечательные струги, как рубанок, шерхебель, фуганок, зензубель, фальцгебель, шпунтубель, калевочник и другие, с помощью которых можно не только прострогать поверхность доски или бруска, но и с высокой точностью сформировать по всей их длине профильное сечение. Другое дело - каких затрат ручного труда и какой квалификации потребует эта работа...

Строгаем или фрезеруем?

Древесину умели строгать уже три тысячи лет назад, еще в Древнем Египте, а при раскопках города Помпеи, погибшего в 79 году н. э., были найдены рубанки, весьма схожие с современными.

Механизировать процесс строгания пытались все долгие столетия, прошедшие с тех пор. И если первый токарный станок был создан Диодором Сицилийским еще в 650-е годы до н. э., то такого, который можно было бы на 100% назвать строгальным, нет и сегодня. Вместо него у человечества имеются лишь заменяющие его фрезерные станки - фуговальные, рейсмусовые, фрезерные с вертикальным шпинделем (верхним или нижним) и четырехсторонние - в виде комбинации названных ранее, позволяющие обрабатывать заготовку за один проход последовательно со всех четырех сторон. Но поскольку их применение позволило отказаться от строгания вручную, еще в конце XIX века столярами они были ошибочно названы строгальными. А когда по прошествии ста лет российские ученые стали разбираться с классификацией деревообрабатывающего оборудования, оказалось, что эти станки не строгальные, а продольно-фрезерные.

Дело в том, что строганием называется процесс резания древесины ножом, лезвие которого перемещается параллельно обрабатываемой поверхности. Строгание как технологический процесс предполагает получение за проход ножа одной стружки постоянной толщины, например, сливной завитками стружки при строгании ручным рубанком или строгании шпона на специальных станках, когда нож движется прямолинейно.

А фрезерованием называется процесс резания древесины вращающейся фрезой, резцы которой совершают резание во время движения по круговой траектории, тогда как прямолинейное поступательное движение подачи может совершать либо заготовка, либо весь инструмент. При этом припуск на обработку разбивается резцами (ножами), обращающимися по циклоидам, на большое число стружек, имеющих вследствие кинематики процесса переменное сечение и по форме напоминающих вытянутую запятую.

Главное отличие этих двух видов обработки состоит в том, что, с точки зрения геометрии обработанной поверхности, при строгании она получается плоской, а при фрезеровании - волнистой, образованной у вершин циклоид траекторий фрезерующих ножей чередующимися впадинами и гребнями.

Но термин «строгальный» уже прочно вошел в профессиональную лексику, техническую литературу и даже в учебники по деревообработке. И, разрабатывая первый наш ГОСТ на эти станки, его создатели еще в начале 1970-х, чтобы не совершать революции, были вынуждены в его наименовании взять термин «продольно-фрезерные» в скобки, оставив в качестве основного привычный «строгальные». Конечно, со временем планировалось исправить эту ошибку, но потом это благое намерение как-то забылось...

Тем не менее четырехсторонними называются «станки продольно-фрезерные, предназначенные для плоского и профильного продольного фрезерования заготовок из древесины за один проход со всех четырех сторон по поперечному сечению».

История «четырехсторонников»

Считается, что изобретателем фрезерного станка для обработки металла был англичанин Эли (Илай) Уитни, получивший в 1818 году соответствующий патент. Но уже скоро такие станки стали распространяться и в деревообработке. Первый «строгально-калевочный» станок - предтеча современных четырехсторонних продольно-фрезерных станков - был запатентован в 1827 году.

Распространению таких станков мешало отсутствие индивидуального привода. Привод был групповым, то есть для всех станков общим, единым, и осуществлялся от вала водяного колеса, а позже - от вала паровой машины, проходил через весь цех, а от него отходили отдельные ременные передачи для каждого вращающегося агрегата. Понятно, что подвести сразу несколько приводных ремней ко всем четырем шпинделям, расположенным в четырехстороннем станке и вертикально, и горизонтально, а также к механизму подачи, было весьма непросто (рис. 1).

Победное шествие деревообрабатывающих станков с приводом от собственного электродвигателя началось в 1907 году с созданием английской фирмой Wadkin станка DC Pattern Miller. И через 20 лет, в 1928 году в Германии последние крупные предприятия завершили замену группового трансмиссионного привода станков индивидуальным - от отдельных электромоторов. Началась эра промышленной деревообработки, в развитии технологий которой четырехсторонние станки сыграли одну из главных ролей.

Классификация четырехсторонних станков

Рис. 2. Классическая схема расположения шпинделей четырехстороннего станка:
1 – нижний горизонтальный шпиндель;
2 – правый вертикальный шпиндель;
3 – левый вертикальный шпиндель;
4 – верхний горизонтальный шпиндель

Назначение четырехсторонних продольно-фрезерных станков - фрезерование брусков, досок или бруса для получения заготовок и деталей, имеющих прямоугольное или профильное постоянное по всей длине сечение.

Область применения - деревообрабатывающие и мебельные предприятия, выпускающие погонажные столярно-строительные изделия и полуфабрикаты, а также детали мебели из цельной массивной древесины.

За долгие годы, прошедшие с момента их изобретения, четырехсторонние станки сохранили весь изначально заложенный в них состав узлов, хотя и серьезно изменились за счет совершенствования конструкции.

Любой такой станок и сегодня включает в себя станину с расположенными на ней столами (рабочим и фуговальным); продольные направляющие линейки; механизм подачи (концентрированный или распределенный); прижимы для заготовок (боковые и вертикальные); фрезерные агрегаты (горизонтальные и вертикальные) и систему управления.

По исполнению четырехсторонние станки условно подразделяются на три основные группы. К первой относят легкие, с шириной обработки деталей до 180 мм. Они предназначены преимущественно для производства погонажных столярно-строительных изделий (наличников, плинтусов и т. д.) Скорость подачи таких станков - от 6 до 36 м/мин (кинематическая), число шпинделей - 4-6. Станки второй группы - средние, с шириной обработки до 250 мм. Применяются для производства строительного погонажа, брусьев, досок и т. д. Скорость подачи станков этой группы - 8-60 м/мин, а у станков для калибрования пиломатериалов - 150 м/мин и выше при числе шпинделей не более пяти. Третья группа - тяжелые станки с шириной обработки до 600 мм. Служат для обработки строительных балок, стенового клееного бруса и других подобных деталей с большим поперечным сечением. Существуют и сверхтяжелые четырехсторонние станки с шириной фрезерования до 2600 мм, используемые при обработке широких клееных щитов и балок.

Несколько десятилетий назад к первой группе станков относили также станки с шириной обработки 60-100 мм, однако в последнее время спрос на такое оборудование снизился и его серийное производство почти прекращено.

Существует также деление четырехсторонних станков по технологическому назначению. Обычно у станков имеется, как правило, всего четыре шпинделя для обработки заготовки снизу, с обоих боков и сверху.

Если четырехсторонние станки снабжены устройствами и фрезерными агрегатами для устранения кривизны (покоробленности) исходных заготовок, то по аналогии с ручным фуганком на профессиональном языке они могут называться фуговальными. У них имеются на входе удлиненный рабочий (фуговальный) стол и агрегаты, обеспечивающие создание плоской базовой поверхности на нижней пласти и кромке исходных заготовок.

Станки, оснащенные на выходе дополнительным, пятым, шпинделем, предназначенным для выборки глубокого продольного профиля на заготовках или их продольного раскроя пилами на заготовки, называются калевочными - по аналогии с рубанком-калевочником. Станки, совмещающие функции фугования и отборки профиля и оснащенные соответствующими узлами и агрегатами, называются фуговально-калевочными.

Первый калевочный станок сконструировал в 1920 году в Германии Армин Бернер. Работая в фирме Gubisch, он усовершенствовал конструкцию станка и расширил спектр его функций, в результате чего был создан первый фуговально-калевочный четырехсторонний станок.

Технологические схемы четырехсторонних станков

Любой четырехсторонний станок можно рассматривать как комбинацию механизмов фрезерных станков, сгруппированных на одной станине в порядке последовательности выполнения операций по обработке деталей.

При классической схеме расположения шпинделей (рис. 2) первым по подаче располагается нижний горизонтальный, который, подобно шпинделю фуговального станка, создает на нижней пласти заготовки прямолинейную плоскую базовую поверхность.

Затем в станке устанавливается первый вертикальный шпиндель (обычно справа по подаче), задачей которого является создание плоской прямолинейной базовой поверхности на кромке заготовки, которая будет строго перпендикулярна базовой, сформированной на ее нижней пласти. Работа этого шпинделя подобна работе фрезерного вертикального станка с нижним расположением шпинделя, выполняющего функцию фугования кромки.

В станках классической схемы за первым вертикальным шпинделем следует аналогичный, но выполняющий функцию рейсмусовой обработки для получения заданной ширины заготовки. Этим же шпинделем может одновременно выполняться и формирование профиля на кромке.

Толщина формируется верхним горизонтальным шпинделем за счет съема припуска с верхней пласти заготовки - аналогично обработке на одностороннем рейсмусовом станке. Этим же шпинделем при установке соответствующего инструмента можно формировать и профиль на верхней пласти заготовки.

Таким образом, на четырехстороннем станке последовательно обрабатываются все четыре продольные поверхности детали, что, собственно, и предопределило название оборудования.

Однако в ряде случаев последовательность расположения и количество шпинделей в четырехстороннем станке могут отличаться от принятых в классической схеме.

Основное значение при этом имеет форма сечения обрабатываемого профиля. У него может быть, например, большая глубина припуска, который невозможно снять одной фрезой из-за необходимости большого увеличения диаметра фрезы. Величина (глубина) припуска может ограничиваться мощностью привода одного шпинделя, что не позволит удалить припуск полностью за один проход. У профиля могут также иметься какие-то поднутрения, недоступные для горизонтальной или вертикальных фрез.

Кроме того, при продвижении обрабатываемой заготовки через станок, посредством надежного контакта с элементами механизма подачи должна обеспечиваться строгая равномерность этого перемещения. Но, скажем, при изготовлении деталей треугольного или близкого к нему сечения на заготовке просто не остается поверхностей, пригодных для контакта с вальцами механизма подачи, и окончательное формирование профиля должно производиться несколькими фрезами, установленными на суппортах, которые расположены как можно ближе к выходной стороне станка.

Все это может привести к необходимости использования в станке дополнительных горизонтальных и вертикальных шпинделей, в том числе наклоняемых.

Но наиболее часто в калевочных четырехсторонних станках для формирования относительно несложных профилей используется пятый, дополнительный, шпиндель, суппорт которого позволяет размещать его сверху, снизу, слева или справа от заготовки или наклонять под любым заданным углом.

Патент на такой универсальный калевочный суппорт, переставляемый в различные положения, был получен в 1954 году немецкой фирмой Weinig.

Число шпинделей, по сравнению с классической схемой, увеличивается и в фуговальных четырехсторонних станках. А о принципе работы этого оборудования и способах фугования речь пойдет в следующей публикации.

Андрей МОРОЗОВ,
компания «МедиаТехнологии»
по заказу журнала «ЛесПромИнформ»