Система подачи заготовки на четырехстороннем станке. Четырехсторонние строгальные станки. Описание. Принцип работы. Универсальный шпиндель четырехстороннего строгального станка

Обработка деревянных заготовок сразу с четырёх сторон за один проход выполняется четырехсторонними деревообрабатывающими станками. В результате обработки на таком оборудовании получается деревянная строительная заготовка, имеющая заданную геометрию, нужный профиль и требуемое качество поверхности. Основные изделия четырёхсторонних аппаратов – заготовки из древесины в виде доски для пола, вагонки, бруса и блок-хауса, наличника.

Покупая такой аппарат, нужно обязательно ориентироваться на основные технические характеристики четырехсторонних станков:

• интервал между подачами заготовок;
• наибольшие поперечные размеры подаваемой заготовки;
• число рабочих шпинделей;
• общий вес оборудования;
• суммарные мощностные характеристики оборудования.

По числу шпинделей станки четырёхсторонней конструкции подразделяют на пятишпиндельные станки и шестишпиндельные станки. Иногда встречаются и аппараты четырёхшпиндельной конструкции и наоборот, многошпиндельные.

Модели четырёхсторонних станков

Отечественная промышленность и зарубежные производители поставляют на российский рынок большое количество четырёхсторонних станков, обладающих самыми различными рабочими характеристиками. Эти станки могут выполнять работу, как в полуавтоматическом режиме, так и следовать программе, введенной в блок ЧПУ.

Среди большого числа наименований этого станочного парка особенно выделяются четырехсторонние станки Beaver, которые в Россию поступают с 2003 года. Типовой ряд этих немецких станков содержит от четырёх до восьми шпиндельных головок. Такая конструкция как нельзя лучше подходит для решения разных задач в деревообработке. Они могут выполнять как калибрование изделий из древесины, так и формирование профиля бруса большого поперечника для строительства домов. При этом скорость обработки таких изделий доходит до 60 метров в минуту.

Областью применения станков Бауэр являются различные цеха и предприятия столярно-строительного профиля, где производится щит и клееный брус, погонажные изделия различного типа для домостроения стандартного типа, а также деревообработка в мебельном производстве.

Изделия, получаемые на таком оборудовании за один проход, очень разнообразны. Всё зависит от настроек станка и введенной программы обработки заготовок.

К конструктивным особенностям станков относится отличная динамическая балансировка работы шпинделей, которые изготавливаются из стали, прошедшей термическую обработку. Эти главные узлы станков сначала проходят обработку прецизионного характера, а затем тщательный контроль. В результате все детали и узлы станка имею безупречное качество. К тому же перед самой установкой на станок каждый шпиндель проходит многочасовую обкатку на специальном стенде. Основой шпиндельного механизма являются подшипники высокой точности, которые не требуют никакого ухода в процессе эксплуатации.

Отличными характеристиками и эксплуатационными параметрами обладает деревообрабатывающий аппарат Бивер 416 четырёхстороннего типа. Он используется для профильной и плоскостной обработки заготовок при одном проходе сразу с четырёх сторон. Результатом такой работы является изделие идеальной геометрии с заданной чистотой поверхности.

Технические характеристики аппарата Beaver 416:

• поперечные размеры обрабатываемой заготовки100x160 мм;
• число рабочих шпинделей – 4 шт.;
• рабочая подача заготовки при обработке – до 25 м/мин;
• мощность, потребляемая из электрической сети – 22 кВт;
• вес станка – 2780 кг.

Рабочий и подающий столы проходят термическую обработку, в результате чего достигается высочайшая прочность металла. Поверхность столов покрыта толстым слоем хрома, благодаря чему износоустойчивость этих частей очень высокая. Также в результате полировки этих поверхностей заготовки легко скользят по ним, не затрачивая больших усилий на подачу в зону обработки.

Обработка станины выполняется на высокоточном японском оборудовании с ЧПУ. Многие детали, влияющие на виброустойчивость аппарата при работе, выполнены по технологии сверхточного литья.

Станок Weinig

На схеме приведено принципиальное устройство четырехстороннего станка

Немецкий четырехсторонний станок Weinig используется с целью профилирования деревянной детали сразу с четырёх сторон. Обработка древесной заготовки происходит одновременно с её профилированием. Так как всё делается за одну технологическую операцию, то такое оборудование существенно снижает время затраты на обработку одного изделия, повышая тем самым эффективность труда рабочих.

Преимущество четырехстороннего строгального станка Weinig перед аналогичными аппаратами:

• высочайшая чистота обработки древесной поверхности детали;
• очень большая производительность;
• точность соответствия изделия заданным геометрическим параметрам;
• лёгкость установки оборудования на производственной площадке.

Станочное оборудование Weinig используется как в мелкосерийном предпринимательстве, так и при штучном изготовлении древесных погонажных изделий. Безукоризненная чистота обработки поверхности позволяет использовать оборудование для производства изделий из любых древесных пород.

Станки серии С-25

Особого внимания заслуживает четырехсторонний станок С-25, который предназначен для изготовления погонажных древесных изделий высокого качества. Это прежде всего доска для пола, вагонка, брус строганный, плинтусы и наличники. Исходным материалом для получения указанных изделий является обрезная доска или брус. Производительность С-25 позволяет за час работы получить до 2 кубометров высококачественных изделий.

При непрерывной подаче обработка изделия происходит сразу с четырёх сторон в большом размерном интервале. Аппарат имеет коробчатую станину из чугуна, а на ней установлены суппорты с роликами прижима заготовки и механизм подачи. Этот четырехсторонний строгальный станок имеет стальные накладки-столики для расположения древесной заготовки во время обработки. Подающий механизм оснащён вариатором, позволяющим плавно менять скорость подачи в пределах от 10 до 45 м/мин.

Особенности устройства С-25:

• ниже расположенная рябуха привода;
• высокая точность работы всех шпиндельных узлов;
• наличие подающих роликов на всём протяжении обрабатываемой детали;
• большая скорость подачи заготовки;
• простота настройки и переналадки станка.

Отечественное оборудование С-25 широко используется одновременно как четырехсторонний станок для вагонки и как четырехсторонний станок для бруса.

Четырёхсторонний станок С-26 отличается от своего аналога С25 более высокой производительностью, увеличенной до 40 м/мин и повышенной мощностью, позволяющей за один проход снимать древесный слой заготовки толщиной до 10 мм. Эксплуатация аппарата допускается персоналом низкой квалификации, так как его конструкция очень проста и надёжна. К тому же в обработку допускается использование заготовок низкого качества. Важной особенностью такого оборудования является возможность его эксплуатации в неприспособленном помещении, иногда прямо под навесом от дождя и снега.

Иногда хорошим вариантом для предпринимателя является купить б/у четырехсторонний станок по дереву модели С-26. Даже с большим временем эксплуатации это оборудование позволяет получать изделия высокого качества. Основные подшипниковые узлы отечественной комплектации без труда могут быть восстановлены, так как все запасные части можно без труда найти на рынке оборудования. Обычно самыми расходными материалами являются ножи фуговальных барабанов, которые в избытке предлагают многие компании-поставщики запчастей к оборудованию для обработки древесины.

Станки фрезерные четырёхсторонние

Элементом выбора оборудования для изготовления погонажных древесных изделий является четырехсторонний фрезерный станок СКМ М-412. Он применяется при четырёхсторонней обработке заготовки из древесины фрезами. При этом возможно создавать профиль изделия небольшой глубины. Основное применение этих аппаратов – мебельное производство, изготовление различных деревянных лестниц. Такое оборудование обычно используется там, где к изделиям не предъявляется высоких точностных параметров качества.

Цена четырехстороннего станка по дереву СКМ составляет в настоящее время 1 млн. 76 тыс. рублей.

Особенности конструкции четырехстороннего продольно-фрезерного станка СКМ:

• отдельный электромотор для каждого рабочего шпинделя;
• цифровое обеспечение точности позиционирования;
• большие обороты рабочих органов;
• компактность расположения узлов и механизмов;
• регулируемая подача заготовки.

Благодаря наличию централизованной панели управления аппарат очень удобен и прост в эксплуатации. Управление каждым из шпинделей осуществляется по отдельности.Фрезы для четырехстороннего станка легко купить, зайдя на сайты поставщиков оборудования для деревообработки и комплектующих к ним.

Помимо перечисленного и описанного в статье четырёхстороннего оборудования широко используются предпринимателями станки С-16, станки «Старт» и оборудование компании Griggio. Любое из этих видов технического обеспечения можно купить как новое, так и в б/у варианте.

Выбирая, какой купить четырехсторонний станок, нужно точно определиться с ассортиментом будущих изделий и с производительностью работы. А уже, исходя из этого, остановиться на какой-то отдельной модели. Если в проекте требуется небольшая производительность и малые поперечные размеры обрабатываемых заготовок, то может больше подойти четырехсторонний мини-станок, который обойдётся значительно дешевле и будет занимать на производственной площадке довольно скромное место.

Таблица. Характеристики некоторых четырехсторонних станков (характеристики — компания-продавец, модель, количество шпинделей, ширина обрабатываемой заготовки, высота обрабатываемой заготовки, минимальная длина заготовки, диаметр шпинделя, частота вращения, скорость подачи, длина загрузочного стола, наличие фуговального суппорта, мощность двигателя 1 и 4 шпинделя, мощность двигателя 2 и 3 шпинделя, наличие калевочного суппорта, возможные положения калевочного суппорта, мощность двигателя калевочного суппорта, мощность двигателя подачи, мощность двигателя подъема траверсы, суммарная мощность двигателей станка, габариты станка, вес базового станка; компания производитель — БЗДС С23-4, Winner, Nortec, Gau Jing Machinery Industrial Co. Ltd GA-623H, Nortec, Machinery Industrial Co. Ltd GN-6S23, Griggio S.p.A. G 240/5, Griggio S.p.A. G 240/6, БЗДС С25-5a Pro, SCM Group Superset NT Plus, High Point M-180, High Point MX-180/5, Ledinek Superles 4V-S150, REX Bigmaster 310-K, SCM Group Topset Master, REX Timbermaster Type U-41-K, MIDA Alfa-500)

Рисунок 1. Схемы механизмов подачи

Рисунок 2. Схема карданного привода роликов механизма подачи с использованием червячных редукторов

Рисунок 3. Варианты расположения шпинделей в четырехсторонних станках

Таблицу и рисунки смотрите в

И от того, насколько равномерным будет это перемещение, во многом зависит качество обрабатываемых деталей.

Механизмы подачи на четырехсторонних станках

Механизмы подачи четырехсторонних станков относятся к устройствам с фрикционной связью между заготовкой и подающими ее органами. Перемещение заготовок происходит за счет сцепления их поверхности с движущимися рабочими элементами конвейера подачи. При этом преодолевается сопротивление в виде приложенных к ним сил трения и продольных составляющих сил резания.

В четырехсторонних станках использовались и используются концентрированные механизмы подачи трех видов: гусеничный, вальцово-гусеничный, вальцовый - и распределенные - роликовые (рис. 1).

Гусеничные механизмы подачи отличаются надежностью захвата продвигаемых по столу заготовок, что исключает их проскальзывание, и равномерностью распределения вертикального усилия, что уменьшает распрямление покоробленных заготовок. Такие механизмы используются для подачи коротких заготовок (например, в отечественных станках моделей «ПАРК-8» и «ПАРК-9», предназначенных для обработки паркетной клепки) и во многих современных четырехсторонних станках на базе двухсторонних фуговально-рейсмусовых - в зоне фуговального суппорта.

Вальцово-гусеничные механизмы также отличаются надежностью захвата и высоким усилием подачи заготовок. Используются преимущественно в станках для обработки тяжелых заготовок большого сечения, например, стенового бруса.

Вальцовые, состоящие из вальцов (вальцы - пара параллельных приводных валов, вращающихся навстречу друг другу), применялись в четырехсторонних станках изначально. Эти механизмы отличаются простой конструкцией, надежностью и невысокой чувствительностью к разнотолщинности продвигаемых заготовок.

Общий недостаток концентрированных механизмов подачи всех трех названных видов - продвижение коротких заготовок торец в торец; при косо обрезанных торцах возможно выдавливание заготовок в сторону и вверх, что приводит к необходимости увеличивать усилие верхних и боковых прижимов в станке, ведущее к повышению требуемого усилия подачи.

Поэтому в конструкции большинства выпускаемых сегодня четырехсторонних станков применяется распределенный механизм подачи в виде набора приводных роликов, расположенных друг за другом по всей длине рабочего стола.

Впервые четырехсторонний станок с таким распределенным механизмом подачи был представлен в 1960 году немецкой фирмой Harbs, а сегодня ими оснащается подавляющее большинство четырехсторонних станков. Достоинство роликового механизма - возможность подачи заготовок с межторцевым разрывом и обработки только одной заготовки, которая, не будучи подталкиваемой другими, следующими за ней, свободно проводится приводными роликами через весь станок. Причем и при подаче заготовок торец в торец последняя загруженная заготовка не остается зажатой в станке.

Ролики такого механизма подачи устанавливаются на единой балке на качающихся рычагах и одновременно играют роль верхних прижимов. В старых моделях станков прижим этих роликов к заготовкам выполнялся пружинами, а сегодня для этих целей используются пневмоцилиндры. Подъем балки вместе со всеми роликами и прижимами для настройки на размер обработки осуществляется с помощью моторизованного привода, что позволяет также получить свободный доступ к рабочему столу станка и его шпинделям для их осмотра и замены фрез.

Рабочая поверхность подающих роликов в станках рифленая. Приводные ролики, установленные за фрезой, осуществляющей окончательную обработку, покрываются слоем износостойкой пластмассы.

Привод подачи на четырехсторонних станках

Рис. 2. Схема карданного привода роликов механизма подачи с
использованием червячных редукторов:
1 - балка;
2 - качающийся рычаг;
3 - подающий ролик;
4 - шпиндель подающего ролика;
5 - ось вращения червяков редукторов;
6 - червячный редуктор;
7 - карданный вал;
8 - рабочий стол станка;
9 - направляющая линейка

Первоначально привод вращения роликов таких механизмов подачи осуществлялся от общего вала, проходившего через всю подъемную балку, посредством конических зубчатых и цепных передач.

Но в 1970 году немецкая фирма Gubisch разработала четырехсторонний продольно-фрезерный станок
мод. GN14, в котором впервые был применен карданный привод вальцов механизма подачи, используемый сегодня в конструкциях почти всех аналогичных станков. В таком приводе каждый из подающих роликов через карданную передачу присоединен к выходному валу своего червячного редуктора, а расположенные на одной оси червяки всех этих редукторов соединены муфтами и вращаются одновременно одним приводом (рис. 2), который также крепится на балке и поднимается вместе с ней.

В качестве такого привода для вращения роликов изначально использовались электродвигатели с вариаторами различной конструкции, обеспечивавшими бесступенчатое регулирование скорости подачи. В современных станках взамен вариаторов используется частотное регулирование скорости вращения электродвигателя механизма подачи с использованием электронных преобразователей.

Суппорты на четырехсторонних станках

Любой четырехсторонний станок оснащается как минимум четырьмя суппортами: горизонтальными (нижним и верхним) и вертикальными (левым и правым). При этом левые суппорты могут быть наклоняемыми. В так называемых калевочных станках применяется дополнительный универсальный суппорт - калевочный.

В целях унификации каждый изготовитель оборудования старается сделать все эти суппорты одинаковыми. Однако на их конструкцию значительное влияние оказывает необходимость настроечных перемещений. Так, для нижних и правых по подаче шпинделей требуется радиальная настройка, и ее величина минимальна, поскольку она необходима только для регулирования припуска, снимаемого установленной на них фрезой. В то же время все левые и верхние шпиндели при настройке на размер обрабатываемой заготовки должны смещаться в значительных пределах. У всех шпинделей, как правило, также имеется возможность осевого перемещения для настройки положения профильных фрез.

В зависимости от конструкции, разработанной изготовителем станка, шпинделем служит или вал электродвигателя (мотор-шпиндели), или вал, установленный в подшипниках и приводимый во вращение электродвигателем через ременную передачу. В наиболее простых и дешевых станках один электродвигатель может вращать одновременно два вертикальных шпинделя.

Для передачи вращения электродвигателя к шпинделю в устаревших моделях используются клиновые ремни, а в современных - тонкие синтетические.

Точность и жесткость шпинделей во многом определяется подшипниками, в которых они установлены. Многие изготовители для удешевления своих станков применяют обычные подшипники, в то время как в дорогих и качественных используются подшипники повышенной точности.

Считается, что использование станков с мотор-шпинделями малоэффективно, так как при замене в них подшипников возможно нарушение балансировки ротора, что может привести к снижению качества обработки. Кроме того, в суппортах с ременной передачей ремень служит демпфером, что предотвращает перегрузку двигателя; его замена в случае выхода из строя обойдется дешевле, чем замена мотор-шпинделя.

Для осуществления настроечных перемещений суппорты устанавливаются на направляющие типа «ласточкин хвост» или на параллельные скалки. Перемещение суппортов по ним осуществляется посредством пары «винт - гайка», вращаемой вручную, с контролем положения по линейке с нониусной шкалой, или, в станках, оснащенных электронной системой управления, контролируемыми ею серводвигателями.

Калевочный суппорт четырехстороннего станка

Это название возникло от понятия «калевка» - профиль, выстрагиваемый на кромке заготовки. Свой первый калевочный станок в 1920 году сконструировал в Германии некто Армин Бернер. А в 1954 году немецкая фирма Weinig сообщила о получении патента на многоцелевой четырехсторонний станок с калевочным суппортом, переставляемым в различные положения.

Такой суппорт в зависимости от исполнения и модели четырехстороннего станка может работать по отношению к заготовке только снизу, снизу и слева, снизу и сверху, снизу и справа, а также снизу, сверху, слева, справа или наклоняться под любым углом.

Выбор технологических возможностей этого суппорта зависит от профилей сечения деталей, выпускаемых предприятием.

Калевочные суппорты на отечественных предприятиях в большинстве случаев, как правило, используются для выборки продольного углубления на нижней стороне обработанной детали, например, наличника, или для продольного раскроя фрезерованных заготовок на узкие детали.

Есть еще один нюанс: выбирая станок, многие производственники даже не задумываются о требуемой мощности этого шпинделя, что приводит к ошибкам при обработке деталей. Так, для простоты расчетов считается, что при раскрое пилами на выполнение одного пропила требуется мощность двигателя из расчета 1 кВт на 1 см толщины заготовки. То есть если с помощью калевочного шпинделя будет выполняться пиление заготовки толщиной 40 мм на три части (двумя пилами), то мощность его двигателя должна быть не меньше 8 кВт.

Мощность других шпинделей на четырехсторонних станках

Если провести несложный анализ коммерческих предложений на четырехсторонние станки, передаваемых нашими станкоторговыми компаниями своим потенциальным покупателям, то окажется, что мощность привода шпинделей в этом оборудовании почему-то очень часто одинакова.

Вместе с тем первая по подаче нижняя фреза в станке, создающая базу для дальнейшей обработки детали, снимает с заготовки довольно небольшой припуск, и требуемая мощность ее привода ниже, чем предлагают продавцы. Такой же недостаточной может быть мощность электродвигателя правой фрезы, поскольку она удаляет припуск на кромке заготовки, которая всегда заведомо уже наибольшей ширины пласти.

Наиболее мощным из всех перечисленных должен быть привод верхней горизонтальной фрезы, которой удаляется увеличенный припуск, включающий в себя все неточности размеров заготовки по толщине и ширине. Опыт показал, что мощность ее двигателя должна быть не менее 11 кВт. Причем и этого может оказаться недостаточно, если предполагается обработка глубоких профилей.

Недостаток мощности хотя бы одного, любого, шпинделя ведет к необходимости снижения скорости подачи, что уменьшает производительность станка.

Состав и расположение шпинделей четырехсторонних станков

На рис. 3 в качестве примера приведены некоторые из возможных вариантов взаимного расположения шпинделей в четырехсторонних станках. Производственники должны выбрать их заранее, до приобретения станка, исходя из требуемого профиля обрабатываемой детали.

Так, при расположении шпинделей, показанном на рис. 3.1, возможна обработка деталей, имеющих прямоугольный профиль или неглубокое профилирование с четырех сторон. Состав шпинделей, приведенный на рис. 3.2, дает возможность фрезеровать глубокий профиль на нижней пласти детали, а конфигурация шпинделей, показанная на рис. 3.3, - на правой (по подаче) кромке.

Если состав агрегатов станка соответствует представленному на
рис. 3.4, с помощью калевочного суппорта, помещаемого в различные положения, можно выполнять глубокие профили на всех поверхностях детали и осуществлять ее продольный раскрой.

Дополнительный нижний шпиндель, как в схеме, изображенной на рис. 3.5, дает возможность, например, при фуговании с использованием гребенчатого рабочего стола, выравнивать поверхность нижней пласти детали и фрезеровать на ней профиль посредством калевочного шпинделя.

Для выборки глубокого профиля по левой кромке и другим поверхностям детали служат дополнительный вертикальный и калевочный шпиндели (схема 3.6).

Расположение шпинделей, соответствующее схеме 3.7, позволяет получать U-образные профили, а изображенное на схеме 3.8 - Н-образные.

Схема расположения шпинделей, приведенная на рис. 3.9, дает возможность фрезерования профилей К-образного сечения, а схема, показанная на рис. 3.10, - еще более сложных, с дополнительными продольными канавками.

На станках, в которых шпиндели расположены в соответствии со схемами на рис. 3.11 и 3.12, можно получать профили Х-образного сечения.

Шпиндели могут быть последовательно расположены и в другом порядке, например, в таком, который позволяет распределить припуск, снимаемый при формировании профиля, на две или даже три фрезы. Кроме того, некоторые профили не могут быть получены без наклона хотя бы одного шпинделя.

Поэтому ведущие станкостроители по заказу того или иного потребителя могут изготовить четырехсторонние станки, у которых имеется десять и более шпинделей. Сегодня станки с нестандартным расположением шпинделей часто встречаются на рынке отремонтированного, бывшего в употреблении оборудования.

Шум от четырехсторонних станков

Во многих странах предельно допустимый уровень шума на рабочем месте законодательно установлен в пределах 85 децибел (дБ). Там, где уровень шума превышает это значение, должны применяться средства защиты. Фактически, 85 дБ - это предельный уровень шума, воздействие которого на человека может продолжаться восемь часов без ущерба для слуха. Увеличение этого уровня шума на 3 дБ соответствует удвоению интенсивности воздействия и уменьшению в два раза допустимого времени воздействия звука. При уровне 88 дБ допустимое время воздействия составит четыре часа, при 91 дБ - два часа и т. д. Это означает, что шум 110 дБ ухо может переносить всего несколько минут.

Но именно такой уровень шума характерен для всех работающих четырехсторонних станков. И его снижению не помогает даже наличие у оборудования шумопоглощающих кожухов, как правило, открытых сзади станка и имеющих скорее декоративное, чем защитное назначение. Поэтому такие станки на производствах следует помещать в специальную звукоизолирующую кабину (рис. 4), а станочники во время работы в обязательном порядке должны носить антифоны.

Четырехсторонние станки - один из основных видов оборудования на любом деревообрабатывающем предприятии, и от их правильного выбора часто зависит не только качество продукции, но и производительность предприятия. Это означает, что при выборе станка следует обращать внимание не только на его цену, нужно еще внимательно изучить конструкцию такого оборудования и предложения потенциальных поставщиков, в частности, сравнив их с потребностями предприятия, и только тогда принимать окончательное решение о приобретении.

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

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»

Совершенствование технологических процессов усложняет оборудование, повышает производительность отдельной единицы. В столярном деле четырехсторонний станок по дереву объединил ранее раздельные операции на одном столе разовым проходом заготовки. Чистота, точность обработки соответствует установленным стандартам качества.

Возможные способы обработки

Срезать слой с 4 сторон болванки могут различные головки с лезвиями различного профиля:

• фрезерная. Выполняет только продольный выем древесины под паз. Фреза дискового типа выполняет задачу раскроя доски. Для этого на приемной стороне стола ставят фиксаторы выходящих полос;
• строгальная;
• фуговальная.

Большая часть промышленных моделей совмещает одновременно несколько видов резания. Перерабатывается материал круглого и квадратного сечения. Тонкие листы материала проходят 2х стороннее фрезерование, фугование.

Специфика конструкции

В конструкции четырехсторонний деревообрабатывающий станок включает 3 основные части:

• приспособление подачи заготовки;
• секция шпинделей с режущими органами;
• система установки рабочих параметров, регулировки, управления.

Есть модели, у которых несколько режущих механизмов, установленных последовательно по одной стороне прохождения детали (множественная обработка).

Число оборотов ножевых валов 5000-6000 в минуту. В станках новейших конструкций ножевые валы делают до 9000 об/мин.

Зона обработки

Базовая установка включает 2 горизонтально располагающихся валов (верхний/нижний) и 2 шпинделя, расположенных вертикально. На шпиндель ставят головку с прямым или фасонным ножом. Вращение вала находится в пределах 5000 – 9000 об/мин.

Заданный габарит изделия задают соответственным перемещением шпинделя по горизонтали, посадкой/подъемом режущей кромки, наклоном продольной оси на угол до 25°. Толщина доски устанавливается смещением верхнего вала по вертикали.

Компоновка узла может включать установку 5-го строгального вала для того, чтобы получить профиль по нижней плоскости детали.

Дополнительно, устранять волну на поверхности древесины от вращающихся головок, предназначены гладильные ножи. Блок неподвижных лезвий, расположенных под углом 45° к плоскости стола, снимает 0,02 -0,2 мм дерева каждой кромкой. Гребни волн от фуганка срезаются до заданной чистоты.

Управление

Снижение влияния человека в механическом процессе деревообработки, повышает его функции по точному замеру, расчету параметров для программного обеспечения, контролю каждой фазы работы оборудования, срочной необходимости сделать корректировку отклонений.

Контрольными точками являются:

• расчет скорости движения сырья для соблюдения заданной точности обработки;
• выставление каждого отдельного узла в расчетных координатах;
• синхронизация работы комплекса;
• очистка, удаление образующихся отходов.

В индивидуальном изготовлении это требует значительных затрат времени. При поточном производстве дает существенный выигрыш производительности, стандартизации качества готовой продукции из дерева.

Специализация

Установки для многосторонней обработки дерева достаточно сложны по устройству, чтобы делать один универсальный агрегат. В деревообрабатывающих цехах применяют разновидности, которым достаточно мочь быстро и точно выпускать определенный ассортимент изделий.

Выбрав четырехсторонний станок для профилирования бруса, производят профиль с соединением паз – шип, две ровные (полукруглые) стороны. Строгальная операция может быть совмещена на одном станке после прорезки профиля. Разнообразие вариантов геометрии сечения бруса определяется комплектацией режущих насадок.

Столяру, использующему четырехсторонний продольно фрезерный станок, упрощается работа по получению из дерева брусьев для дверных, оконных рам, плинтуса, детали шкафов, полового покрытия

Пиломатериал после дисковой пилы имеет низкое качество поверхности. Одновременно достичь нужной точности размеров позволяет четырехсторонний строгальный станок, нужной производительности. У него имеется от4 до 10 шпинделей, на которые, по необходимости, ставят и нож с пазовым лезвием по дереву. Это дает возможность эксплуатировать оборудование, как станок для производства профилированного бруса, исходя из производственных задач.

Выбор

Технические характеристики, электросхема, режимы работы, комплектация, программирование – все это нужно изучить по заявленным данным производителя. Особенности работы автоматики, требования к квалификации персонала, сырью, техническому обслуживанию необходимо учесть при организации производственного процесса, составлении технологических карт. Доступность сервисного обслуживания четырехстороннего фрезерного станка, запасных частей к нему, повлияет на бесперебойную работу.