Станки для поперечного и продольного раскроя пиломатериалов

Рубрика Деревообработка

Заготовки для изготовления деталей изделий столярно-строительных и мебельных производств получаются путем раскроя обрезных и необрезных пиломатериалов из древесины деревьев хвойных и лиственных пород. При правильной организации производства раскрой на заготовки ведут по заранее составленной спецификации, в которой указаны размеры заготовок, установленные в соответствии с размерами будущих деталей и припусками на обработку по длине, ширине и толщине.

Достижение максимально возможной эффективности использования материалов уже на этапе их раскроя является важнейшей задачей любого производства.

Способы раскроя

В общем виде эффективность использования материала оценивается коэффициентом выхода заготовок К_в, который определяется процентным отношением объема или площади раскроенного материала к объему или площади полученных заготовок. Повышение этого коэффициента - всегда сложная проблема. Выход заготовок зависит от множества факторов: наличия в материале пороков древесины (видимых и скрытых), размеров заготовок, требований к их качеству, а также квалификации рабочих, условий труда, применяемого оборудования и инструмента и т. д.

По степени участия персонала в осуществлении контроля рабочего процесса различают индивидуальный и групповой раскрой. Индивидуальный раскрой осуществляется при непосредственном участии квалифицированных рабочих, постоянно ведущих учет качества сырья, требуемых размеров и количества заготовок нужного размера и использующих наиболее рациональную схему раскроя.

Групповой раскрой осуществляется без учета качества сырья, по заранее установленной схеме. Особое значение имеют правильное составление спецификации и заказ исходных досок, ширина которых должна соответствовать ширине заготовок с учетом пропилов и обеспечивать образование минимального количества отходов (узких реек). При групповом раскрое неспецифицированных пиломатериалов выход заготовок снижается примерно на 7% по сравнению с индивидуальным раскроем.

При раскрое досок с большой кривизной объемный выход снижается на 20-30%. Перед торцеванием их рекомендуется раскроить на части, кривизна которых оказывает меньшее влияние на объемный выход заготовок.

Поперечный раскрой пиломатериалов, называемый торцеванием, осуществляют разделением пиломатериала на заготовки требуемой длины посредством пиления круглыми пилами. Продольный раскрой пиломатериалов предусматривает разделение материала на заготовки требуемой ширины или толщины с использованием круглых либо ленточных пил.

В зависимости от последовательности выполнения этих технологических операций различают три основные схемы раскроя: поперечно-продольную, продольно-поперечную и смешанную - поперечно-продольно-поперечную (рис. 1).

Некоторыми предприятиями практикуется предварительное фрезерование досок с целью вскрытия пороков древесины, плохо различимых из-за ее потемнения при сушке или некачественном пилении в процессе раскроя бревна, приведшем к образованию ворсистости на пластях досок.

Продольно-поперечный индивидуальный раскрой обеспечивает наиболее высокий выход заготовок за счет меньшей потери материала при вырезке дефектов и особенно эффективен для досок низких сортов. Причем предварительная разметка обеспечивает повышение выхода заготовок примерно на 3-9%. Разметка выполняется по пласти с наибольшим количеством пороков, начиная от комлевого конца доски. Применение предварительного фрезерования со вскрытием невидимых дефектов может дополнительно повысить выход заготовок на 3%.

Чтобы лучше использовать годную часть доски, раскрой целесообразно вести в соответствии с имеющейся спе­цификацией на заготовки разных размеров. В этом случае есть возможность подобрать размеры заготовок так, чтобы как можно полнее использовать бездефектную часть доски. При раскрое предпочтение всегда отдается получению наиболее длинных заготовок.

При визуальной оценке качества досок количество реально оцениваемых вариантов размещения на них очерка заготовок заданных типоразмеров ограничено физиологическими особенностями человека. В процессе раскроя квалифицированный рабочий может запоминать и применять не более 4-5 типоразмеров, при условии что разница в длине между ними будет более 100 мм.

Увеличение количества типоразмеров при одновременном раскрое заготовок из одной доски резко снижает производительность и может привести к ошибкам.

Дополнительные разметка и фрезерование удорожают стоимость обработки, однако легко окупаются за счет повышения выхода заготовок.

По технологическому назначению круглопильные станки для предварительного (чернового) раскроя пиломатериалов на заготовки, называемые торцовочными, подразделяются на предназначенные для поперечного и продольного раскроя, а также универсальные.

Станки для поперечного раскроя

К универсальным станкам относятся станки для выполнения поперечного, продольного и смешанного раскроя, обеспечивающие также распиливание под углом к волокнам древесины. Это круглопильные станки с ручной подачей, оснащенные продольной направляющей линейкой и подвижной кареткой с поперечной упорной линейкой. Иногда они комплектуются автоподатчиком. Когда-то такие станки назывались циркулярными. Из-за невысокой производительности сегодня они используются преимущественно в мастерских.

Станки для поперечного раскроя, используемые также для выравнивания концов досок, по конструкции подразделяются на станки с верхним (над столом) и нижним (под столом) расположением шпинделя.

Станки с верхним расположением шпинделя подразделяются на маятниковые, балансирные и с прямолинейным перемещением суппорта.

Маятниковые станки представляют собой качающуюся металлическую раму, верхний конец которой шарнирно закреплен над рабочим столом станка на стене цеха или на отдельной стойке. В нижней части рамы смонтирован электродвигатель, на горизонтальном валу которого устанавливается пила.

Во время работы станочник, держась за специально предусмотренную рукоятку, надвигает нижний конец рамы с пильным диском на доску, уложенную на рабочем столе. По окончании реза раму отпускают и она вместе с пилой под действием пружины или противовеса возвращается в исходное положение. Свое название эти станки получили потому, что в ходе рабочего цикла пила совершает движения, напоминающие качание маятника.

Станки балансирные оснащены установленным на шарнирно-рычажной подвеске электродвигателем с пилой. Рабочий, держась за специальную рукоятку, выдвигает пилу на себя, в результате чего происходит торцевание заготовки, уложенной на рабочем столе станка. Возврат пилы в исходное положение осуществляется пружиной или посредством противовеса.

Рис. 2. Станок торцовочный с нижним расположением шпинделя

В станках с прямолинейным перемещением суппорта торцевание осуществляется за счет горизонтального или вертикального продвижения электродвигателя с пилой по балке с направляющими относительно стола. Подобные станки оснащаются гидроприводом перемещения суппорта, который включается педалью.

Производительность станков с прямолинейным горизонтальным перемещением суппорта в 2-3 раза выше, чем маятниковых или балансирных станков, и составляет до 10 тыс. резов за смену.

Однако в современном производстве наибольшее распространение получили станки круглопильные торцовочные с нижним расположением шпинделя (рис. 2).

По конструкции они подразделяются на станки с подъемом пилы или с перемещением пилы параллельно столу. В первом случае пила, расположенная под столом станка, при распиливании поднимается вверх. Во втором случае в нерабочем положении она находится за столом и перемещается параллельно ему, надвигаясь на доску с кромки. Пильный шпиндель может перемещаться вручную (педальные станки), а также при помощи гидравлического или пневматического устройства. У станков с подъемом пилы производительность несколько выше из-за меньшего цикла срабатывания.

Рабочая ширина всех станков для поперечного раскроя составляет от 300 до 500 мм. Однако при выборе оборудования следует учесть, что наибольшая фактическая ширина раскраиваемых пиломатериалов напрямую связана с их толщиной, из-за чего характеристика этих станков каждой модели дополняется определенной диаграммой.

Околостаночное оборудование

Рис. 3. Перемещаемые откидные упоры

Торцовочные станки всех типов на входе и на выходе оборудованы приводными или неприводными роликовыми столами для размещения раскраиваемого материала и удаления заготовок. Длина столов должна быть достаточной для укладки раскраиваемой доски полностью и может составлять 10 м и даже больше.

При этом каждый стол снабжается продольной направляющей линейкой для базирования досок в попереч­ном направлении. Если торцовочный станок используется только для выравнивания торцов и предварительного удаления явных дефектов, то у линеек может не быть упоров для базирования досок в продольном направлении. Если же станок применяется также и для раскроя досок на мерные заготовки в соответствии с заданной спецификацией, то линейки с откидными или утапливаемыми упорами для отмеривания длины отпиливаемых заготовок и деталей обязательны.

Конструкция упоров должна обеспечивать их передвижение по линейке для установления нужного размера (рис. 3). Но если эти упоры вынужденно будут находиться за пределами рабочей зоны станочника, он будет постоянно отвлекаться на управление ими и прерывать работу.

Чтобы исключить потери времени и обеспечить правильное положение доски или заготовки в момент пиления, разработаны упоры, автоматически выдвигаемые в рабочее положение по команде станочника, нажимающего кнопки на расположенном перед ним пульте управления. При этом порядок их выдвижения может быть запрограммирован.

Существуют также тянущие или толкающие установки, захватывающие доску за один из концов и в шаговом режиме автоматически перемещающие ее в продольном направлении в положения, необходимые для отрезания заготовок нужной длины в соответствии со спецификацией.

Станки для продольного раскроя

Продольный раскрой досок и заготовок осуществляется на одно-, двух- и многопильных станках с механизированной подачей материала.

По назначению они подразделяются на следующие основные группы:

●  обрезные однопильные с валь­
цово­дисковой и гусеничной подачей для обрезки одной кромки у необрезных досок или продольного раскроя досок и заготовок по линейке, установленной на станке;

●  прирезные одно­ или многопильные с гусеничной подачей для точной прирезки досок и заготовок по ширине;

●  многопильные станки с вальцовой подачей для раскроя досок и заготовок на бруски, планки и рейки.

Здесь следует разъяснить разницу между обрезными и прирезными станками. Конструкция их может быть абсолютно одинаковой, но в составе первых нет продольной направляющей линейки, что позволяет выполнять на них только прямолинейные резы, положение которых по ширине материала задается станочником, осуществляющим загрузку. Прирезные станки оснащаются такой продольной направляющей линейкой, по которой базируется кромкой раскраиваемый материал, что позволяет получать точный размер заготовок, соответствующий расстоянию между этой линейкой и полотном пилы. На прирезных станках можно выполнять и предварительную продольную обрезку. Так, если на доске есть обзол, первый рез делают на глаз, а при втором, третьем и других резах прижимают уже опиленную кромку к линейке.

Рабочая ширина станков для продольного раскроя у большинства моделей от 300 до 600 мм. Чтобы упростить замену пил, у всех этих станков шпиндель располагается сверху. При этом наибольшая толщина раскраиваемых досок и брусьев, как правило, составляет 120 мм.

Станки, обеспечивающие пиление материала толщиной 160 мм и более оснащаются двумя пильными шпинделями: нижним и верхним. Пилы располагаются по ходу подачи снизу и сверху. Нижние пилы захватывают одну часть пропила по высоте, верхние - оставшуюся часть, заканчивая распиливание. В таких станках применяют пилы небольшого диаметра и толщины, что позволяет уменьшить количество отходов (опилок). Это особенно существенно при большой высоте пропила и малой толщине выпиливаемых заготовок.

В целях безопасности у всех круглопильных станков в обязательном порядке должна быть на входе когтевая защита.

Настройка пил на ширину обработки в многопильных станках осуществляется за счет установки на шпиндель, между пилами, проставочных колец необходимой толщины. Однако при частой смене спецификации заготовок это приводит к значительным потерям времени на переустановку пил. Поэтому конструкция некоторых станков позволяет выполнять замену всего шпинделя на другой - с пилами, у которых уже задано новое положение. Для перемещения таких валов по цеху, например к инструментальному участку, подобные станки комплектуются специальными транспортными тележками.

С целью дальнейшего сокращения времени настройки многими производителями разработаны многопильные станки с устройствами, позволяющими по команде станочника с пульта управления перемещать пилы вдоль шпинделя в новое рабочее положение. Эти положения задаются на пульте управления заранее и программируются.

Существуют также многопильные станки с рабочей шириной 1300 мм, предназначенные в первую очередь для продольного раскроя плитных материалов на полосы. Но они могут эффективно применяться без перестановки пил и для продольного раскроя коротких досок в соответствии со спецификацией.

Для этого пилы на шпинделе устанавливаются так, чтобы расстояние между ними соответствовало размерам, предусмотренным в этой спецификации. При этом над станком размещаются лазерные устройства, обозначающие линию реза каждой пилы (рис. 4).

Станочник оценивает расположение пороков в раскраиваемом материале, выбирает две подходящие линии лазерных меток, между которыми окажется наименьшее число пороков, и направляет материал вперед - до захвата роликами механизма подачи станка. После раскроя остаток материала возвратным транспортером передается назад и цикл повторяется.

Станки для продольного раскроя обслуживают два человека: станочник и подсобный рабочий. Первый управляет станком и подает в него отрезки, второй принимает их и, если нужно, возвращает для повторного реза.

Поперечный раскрой на автоматических станках

На многих деревообрабатывающих предприятиях можно увидеть огромные контейнеры, полные отходов, остающихся после поперечного раскроя, причем многие отрезки вполне могли бы быть использованы для последующего сращивания по длине. Дело в том, что выполнение программы предприятия требует большого числа деталей одного сечения, но разной длины. Однако станочник при раскрое досок или брусков физически не может запоминать количество уже отрезанных деталей заданной длины, определяемых спецификацией, и выполняет эти спецификации последовательно, выпиливая из досок сначала детали одной длины или двух вариантов длины. В результате из-за несоответствия расстояния между дефектами в доске и заданной длиной выкраиваемых деталей и образуются кусковые отходы чрезмерной длины, приносящие любому предприятию весьма ощутимые убытки.

Их уменьшение путем увеличения полезного выхода материала проще всего достигается использованием «умного» оборудования, способного запоминать заданные спецификации раскроя заготовок по длине и по количеству деталей, полученных в результате раскроя.

Станки и линии для поперечного раскроя пиломатериалов, оснащенные устройствами оптимизации, известны давно, но используются не на всех российских предприятиях. Причины тому - кажущаяся высокой начальная стоимость оборудования и его высокая производительность. Однако оборудование с применением электроники, обеспечивающее в автоматическом режиме расчет длины и количества заготовок в соответствии с заданной спецификацией, применяется все чаще.

При работе с использованием станка для поперечного раскроя, оснащенного электронной системой, доска укладывается на рольганг, и оператор вручную, с помощью флуоресцентного мелка или специального карандаша, отмечает расположение дефектов и места будущих резов. Затем подающим транспортером доска перемещается к круглопильному станку. Отмеченные места реза распознаются фотоэлементом. Одновременно компьютер станка определяет расстояние между двумя соседними местами резов и сравнивает его с длиной заготовок, заложенных в заранее введенную в него спецификацию. ПО станка вычисляет, сколько разных деталей наибольшей суммарной длины может быть размещено между этими двумя соседними метками, отдавая предпочтение самым длинным. После этого автоматически выполняются поперечные резы, а заложенное в спецификации количество деталей уменьшается на число полученных заготовок.

Последовательность размеров по длине после проведенного раскроя тут же запоминается компьютером, и выходящие из станка заготовки автоматически сбрасываются с приемного ленточного транспортера в определенные карманы.

По мере наполнения карманов рабочий вручную освобождает их, укладывая раскроенные заготовки в стопы. Обрезки остаются на транспортере и, двигаясь по нему дальше, попадают в сборник или сразу же направляются в дробилку.

Скорость продольной подачи материала в таком станке может превышать 200 м/мин., а набор максимальной скорости может происходить за 0,13 с. Станки оснащаются пультом управления и встроенным компьютером с графическим интерфейсом, что значительно облегчает использование программного обеспечения оптимизации.

В конструкции станка сочетаются новшества, примененные при изготовлении механических и электронных узлов и устройств. Такие станки позволяют существенно экономить рабочее время и уменьшать количество рабочих, занятых на операциях раскроя пиломатериалов. Кроме того, все рабочие органы этого оборудования закрыты шумопоглощающими кожухами, что обеспечивает полную безопасность работы на нем.

Опыт показал, что использование таких станков при раскрое досок по сравнению с обычными торцовочными уменьшает общую длину обрезков станками более чем в два раза и обеспечивает уменьшение количества отходов древесины на 15%.

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