Фрезерование брусковых деталей сложной формы

Как бы ни старались дизайнеры и производители материалов для изготовления мебели в обозримой перспективе полностью вытеснить натуральную древесину из отрасли, заменив ее металлом, пластмассами или композитами, им это не удастся.

В первую очередь это касается изделий мебели для сидения и лежания (стульев, кресел, диванов) и корпусной мебели, изготавливаемой в стилях прошлых эпох.

Их конструкция, отработанная за несколько веков, почти всегда предусматривает обязательное использование деталей непрямоугольной, изогнутой формы.

Сложная мебель — сложные детали

стиль корпусной мебели, собранной из прямоугольных щитовых деталей, отличающийся нарочитой прямолинейностью форм и плоскими элементами фасада, присущий изделиям 60­х и 70­х годов прошлого века, был задан ее основным материалом — древесно-стружечной плитой с облицованной поверхностью.

И спрятать эту прямоугольность и прямолинейность не помогают ни накладные декоративные профили, ни полукруглые вырезы, ни фигурные накладки.

Мебель, изготовленная из массивной древесины, обычно лишена такого недостатка и отличается большим разнообразием, поскольку ее материал часто позволяет достигать объемных форм и плавных переходов за счет простого фрезерования брусковых деталей.

Однако производство деталей сложной формы из массива древесины в условиях небольших производств, не оснащенных современным оборудованием, управляемым системами ЧПУ, способно превратиться в серьезную проблему.

На чем фрезеруют

Рис. 1. Брусковые детали сложной формы

Чаще всего в изделиях мебели встречаются плоские непрямоугольные детали, имеющие непостоянное сечение в продольном направлении, которые можно условно подразделить на плоские, имеющие одну непрямолинейную кромку; плоские с двумя непрямолинейными кромками; изогнутые по пластям, имеющие одну непрямолинейную кромку, и изогнутые с двумя непрямолинейными кромками (рис. 1).

Подобные детали используются, например, как подлокотники и накладки подлокотников в мягкой мебели, как элементы цоколей, карнизов и детали дверей корпусной мебели, а большинство стульев столярных составлены из них полностью.

Для профильного фрезерования уже полтора века используются вертикальные фрезерные станки с нижним и верхним расположением шпинделя. обработка заготовок на них требует больших затрат ручного труда и значительных расходов на изготовление цулаг, количество которых всегда превышает число профильных деталей и должно быть равным количеству всех фрезеруемых профилей. Кроме того, ручная обработка деталей не обеспечивает высокого качества как минимум по двум причинам: деталь неточно прижимается рабочим к базирующим поверхностям цулаг, что влияет на ее форму, а из-за ручной подачи невозможно обеспечить постоянство ее скорости, что приводит к образованию выхватов на обработанной поверхности.

Вместе с тем уже давно разработаны и выпускаются специальные фрезерно-копировальные станки, обрабатывающие детали сложной формы из массивной древесины, которые почему-то до сих пор не получили широкого распространения на наших предприятиях.

Есть станок с автоподачей

Рис. 2. Двухсторонний копировально-фрезерный станок проходного типа

Производствам, которые уже не устраивает обработка деталей на фрезерных станках, если они не готовы для оснащения сложными копировальными станками или обрабатывающими центрами, может быть рекомендован достаточно простой и относительно недорогой двухсторонний копировально-фрезерный станок проходного типа (рис. 2).

Принцип его работы основан на том, что заготовка, вложенная в цулагу с боковыми копирующими поверхностями, по гладкому столу перемещается рабочим вручную к горизонтальному обрезиненному подающему валу, который захватывает ее вместе с цулагой и продвигает между двумя вращающимися навстречу друг другу вертикальными фрезами. Их шпиндели установлены на двух горизонтальных рычагах, каждый из которых свободно качается вокруг вертикальной оси. Причем эти рычаги соединены пружиной, все время с некоторым усилием сближающей их.

Копирные кольца, установленные на шпинделях соосно с фрезами, обкатывают боковые поверхности копира и одновременно производят фрезерование заготовки по задаваемой ими траектории. Второй вращающийся обрезиненный горизонтальный вал, установленный за фрезами, выводит цулагу с обработанной деталью из контакта с ними. Оба обрезиненных вала выполняют не только функцию подачи, но и прижимают заготовку к цулаге, предотвращая ее вертикальное и горизонтальное смещение относительно копира.

После обработки цулага с деталью захватывается угловым возвратным ленточным транспортером и снова возвращается к рабочему, который освобождает цулагу от обработанных деталей, вкладывает в нее новые заготовки, и снова подает ее на обработку, продвигая в промежуток между фрезами.

Особенностью двухсторонней обработки деталей на таком станке и особенностью конструкции цулаги является то, что процесс как бы разделяется на две части: во время первого прохода, например, обрабатывается правый профиль уложенной в цулагу заготовки, после чего заготовка перемещается на другую сторону цулаги, и за следующий проход обрабатывается вторая сторона детали.

Станок обеспечивает также возможность одно­ или двухсторонней обработки продольного профиля кромок деталей, непрямолинейных по пласти, имеющих постоянный радиус изгиба. Для этого изготавливается изогнутая цулага, которая вместе с деталью помещается на ложемент, жестко закрепленный между фрезами под подающими валами.

Такой станок обеспечивает обработку деталей толщиной (высотой) до 120 мм, что вполне достаточно для любых изделий мебельного производства. Максимальное расстояние между фрезами составляет 360 мм, что дает возможность обрабатывать по копиру даже небольшие щитовые детали, например закругленные полки угловых шкафов кухонной мебели. Частота вращения фрез станка — 8000 мин.­1 — обеспечивает высокое качество фрезерования.

Недостаток станка — необходимость использования большого количества цулаг, изготовление которых представляет определенную сложность, а хранение всегда требует довольно большой производственной площади.

Двухсторонние станки с кареткой

Рис. 3. Двухсторонний копировально-фрезерный станок с кареткой

На предприятиях более высокой производительности ис­поль­зуются двухсторонние копировально-фрезерные станки, работающие по аналогичному принципу, деталь в них перемещается вместе с кареткой.

Принцип действия таких двухсторонних станков (рис. 3) основан на том, что заготовка устанавливается на каретку станка, снабженную копиром, и зажимается пневмоцилиндрами. Затем каретка приводится в движение по продольным направляющим. В процессе рабочего перемещения каретки находящийся на ней копир боковой поверхностью воздействует на копирные кольца, концентричные вращающимся фрезам шпинделей, установленных на суппортах, расположенных по бокам от линии перемещения каретки, на поперечных направляющих. В результате суппорты раздвигаются движущейся кареткой. при этом копирные кольца всегда остаются в контакте с копиром, в результате чего фрезы, обрабатывающие заготовку, формируют на ней заданный профиль. В конце хода каретки деталь освобождается и может быть снята с копира. В некоторых моделях съем детали производится на исходной позиции, после завершения обратного хода каретки.

Существует широкая гамма подобных станков, отличающихся количеством суппортов — от одного до шести с каждой стороны станка. Причем эти суппорты могут быть не только фрезерными, но и шлифовальными, что дает возможность получить после обработки практически готовую деталь, у которой в дальнейшем остается только смягчить ребра.

Если длина каретки такого станка позволяет, то на ней может быть установлено последовательно несколько копиров разного профиля, что дает возможность за несколько установов получить деталь, обработанную с четырех сторон. Кроме того, на каждой позиции могут быть установлены один над другим несколько копиров, каждый из которых будет обеспечивать обработку только ограниченного участка детали, а на других позициях — отводить инструмент в нерабочее положение. Это позволяет при одном рабочем ходе каретки полностью обработать всю боковую поверхность заготовки, получив, например, на разных ее участках различные профили сечения. Для этого на всех суппортах копирные кольца устанавливаются на разной высоте так, что положение каждого из них соответствует своему копиру.

Существуют и еще более сложные станки подобного типа, у которых на позиции загрузки и на позиции остановки каретки в конце ее хода располагаются суппорты для поперечной позиционной обработки, например сверлильные или пазовальные.

Такой станок-автомат может снабжаться загрузочным магазином и сталкивателем обработанных деталей. в максимальном оснащении подобные станки обеспечивают, например, полную окончательную обработку задней ножки стула, со всеми необходимыми отверстиями и пазами, включая и шлифование неплоских и профильных поверхностей. Однако стоимость такого оборудования может оказаться выше, чем цена обрабатывающего центра, хотя это оборудование и обеспечивает за счет циклово-проходной обработки значительно более высокую производительность. Поэтому оно вряд ли подойдет для небольших производств, часто меняющих модели выпускаемых изделий.

Карусельные станки и обрабатывающие центры

Рис. 4. Копировально-фрезерный карусельный станок

Для обработки деталей сложной формы, изготавливаемых из массива древесины, используются также и карусельно-фрезерные копировальные станки (рис. 4).

Обрабатываемые заготовки укладываются на закрепленные на вращающемся столе копиры и автоматически зажимаются на этих рабочих позициях пневмоцилиндрами. Обработка ведется последовательно различными фрезерными и шлифовальными суппортами, контактирующими с копирами. За счет перекладывания заготовки, обработанной на одной рабочей позиции, на другую (с копиром иной формы), с помощью таких станков достигается и четырехсторонняя профильная обработка.

Следует учесть, что производительность таких станков весьма велика и их использование, как правило, целесообразно только на специализированных предприятиях с серийным производством, выпускающих, например, столярные стулья.

Рис. 5. Обрабатывающий центр для полной механической обработки
объемных деталей

В последние годы на предприятиях, изготавливающих брусковую мебель из массивной древесины малыми партиями или по заказу, получили распространение обрабатывающие центры, обеспечивающие обработку не только плоских криволинейных деталей без использования копира, но и объемных, имеющих кривизну формы в трех плоскостях. Такие ОЦ позволяют последовательно изготовить комплект полностью готовых к сборке деталей, например, для стула без применения копиров или каких-либо дополнительных приспособлений (рис. 5). Наиболее известные производители подобного оборудования — итальянские фирмы Bacci, Pade и Balestrini, выпускающие гаммы станков, сходных по назначению и конструкции.

Фрезеры полезны, но давно устарели

время только прямых линий в дизайне давно закончилось. Но кажущаяся трудность технологии производства деталей сложной формы и замена их прямолинейными существенно обедняет ассортимент мебели, выпускаемой нашими производителями. Вместе с тем даже в области производства оконных блоков уже давно существует практика проектирования изделий с непрямолинейными деталями, например с арочными навершиями. То же касается и дверей филенчатой конструкции, фасадных дверей мебели и, конечно же, стульев и каркасов диванов и кресел. В них обязательно присутствуют детали непрямолинейной формы, неплоские поверхности которых невозможно обработать на плоскофрезерных станках вроде фуговального или рейсмусового.

Предприятия, работающие с массивом, должны обратить внимание на современное оборудование и правильно выбрать подходящее по производительности и цене, а не довольствоваться имеющимся обычным фрезером.

Но станок каждого типа имеет свои недостатки. Универсальные фрезерные станки требуют больших затрат ручного труда, связанных с перемещением копира. Фрезерные станки с кареткой не обладают универсальностью, и их трудно перенастраивать на обработку деталей другой формы. Карусельные имеют слишком высокую для небольших предприятий производительность, а обрабатывающие центры непроизводительны и часто слишком дороги.

Именно поэтому решающим критерием для выбора станка должно быть не пресловутое соотношение цена и качества, а результаты анализа требуемой производительности и технологических возможностей оборудования.

Сергей ТИТОВ, компания «МедиаТехнологии», по заказу журнала «ЛесПромИнформ»