Фрезерование
Фрезерование древесины — это вид резания с помощью вращающихся фрез, имеющих одну, две, или несколько режущих кромок. Фрезерование производится только механическим способом с помощью ручных фрезерных машинок и на различных фрезерных станках.
Фрезерованием получают различные профильные поверхности, пазы, шипы, гребни, проушины.
Инструмент для фрезерования
По способу крепления на шпинделе станка фрезы подразделяются на насадные и концевые.
Насадная фреза имеет посадочное отверстие, а концевая хвостовик для крепления в патроне.
По технологическому назначению различают фрезы для получения плоских и профильных поверхностей.
По конструктивному исполнению фрезы подразделяются на цельные, составные, сборные, комбинированные.
По материалу изготовления фрезы делятся на цельные из инструментальных сталей, с пластинками из инструментальных сталей, с пластинками из твердосплавных материалов.
Цельные фрезы. Корпус и режущая часть таких фрез составляют одно целое. Цельные насадные фрезы имеют различный профиль режущих кромок. Цельные фрезы могут быть с острозаточенными зубьями и затылованными. У затылованных фрез задняя поверхность зубьев выполнена по спирали Архимеда, это позволяет сохранять при переточке угловые параметры и профиль зубьев (рис. 1). Фрезы с острозаточенными зубьями при переточке меняют угловые параметры и профиль зубьев (рис. 2).
Рис. 1. Цельная фреза с затылованными зубьями
Рис. 2. Цельная фреза с острозаточенными зубьями
Составные фрезы. Составные фрезы представляют собой установленный на рабочий вал станка набор цельных или сборных фрез для получения заданного профиля детали (рис. 3).
Рис. 3. Составная фреза
Сборные фрезы. Сборные фрезы предназначены для создания плоских и профильных поверхностей. Фреза состоит из цилиндрической ножевой головки, куда закрепляются съемные ножи. Крепление осуществляется клиновыми зажимами с винтами. Ножи могут быть плоскими и фасонными (рис.4). Данные фрезы надеваются на вертикальный вал фрезерного станка с нижним расположением шпинделя. Подобные сборные фрезы используются в калевочных станках для получения профильных-погонажных деталей.
Рис. 4. Сборная фреза
Для получения качественной фасонной поверхности (без заусенцев и сколов) применяют сборные насадные фрезы с контрножами (рис. 5).
Рис. 5. Сборная фреза с контрножами
Концевые фрезы. Концевые фрезы предназначены для фрезерования по контуру, выборки гнезд и пазов, получения рельефных изображений (рис. 6).
Рис. 6. Концевые фрезы
По форме режущей части подразделяются на цилиндрические (используются для криволинейного раскроя, выборки четверти и паза), трапецеидальные предназначены для получения трапециевидных выборок для установки шпонок в щитовых деталях и изготовления ящичных угловых соединений типа «ласточкин хвост», фасонные имеют различный профиль.
Оборудование для фрезерования древесины
Фрезерные станки с нижним расположением шпинделя
Фрезерные станки с нижним расположением шпинделя (рис. 7), предназначены для создания профильных, прямолинейных и криволинейных поверхностей (багет, филенка). Прямолинейные детали фрезеруют по опорной линейке, криволинейные в шаблоне (цулаге) по кольцу.
Рис. 7. Фрезерный станок с нижним расположение шпинделя
Для обработки применяют насадные фрезы: цельные, составные, сборные.
На рисунке 8 представлен фрезерный станок с ручной подачей.
Рис. 8. Фрезерный станок с ручной подачей: а – общий вид; б- кинематическая схема;
1, 5- направляющие линейки; 2- зубчатый сектор; 3- фреза; 4- ограждение; 6 – пульт управления; 7- дополнительная опора шпинделя; 8- кронштейн; 9- маховичок подъема кронштейна; 10- маховичок натяжения ремня; 11- электродвигатель; 12- шпиндель; 13- маховичок настройки шпинделя по высоте; 14- станина; 15- переключатель частоты вращения шпинделя; 16- выключатель; 17- стол
В станине 14 смонтирован шпиндельный суппорт с фрезой 3. Суппорт регулируется по высоте маховичком 13. на стане неподвижно закреплен стол 17, передняя 5 и задняя 1 направляющие линейки, которые базируют обрабатываемую заготовку. Для предотвращения выброса заготовки используют противовыбрасывающие устройство в виде зубчатого сектора 2 или деревянных гребенок. Вращающиеся фреза закрыта ограждение 4. Шпиндель 12 установлен на шарикоподшипниках высокой точности. Вращение к шпинделю передается через плоскоременную передачу от двухскоростного двигателя 11. Для натяжения ремня служит маховичок 10. Частота вращения шпинделя 4500 и 9000 об/мин. Некоторые модели снабженные двухступенчатыми шкивами ременной передачи имею четыре частоты вращения шпинделя: 3000, 4500, 6000, 9000 об/ мин.
Фрезерный станок дополнительно снабжен подшипниковой опорой 7, установленной на кронштейне 8, который при замене инструмента поднимается маховичком 9.
Фрезерные станки могут комплектоваться шипорезной кареткой, предназначенной для формирования шипов на заготовках (рис. 9).
Рис. 9. Фрезерный станок с шипорезной кареткой: 1- каретка; 2- пневмоприжим; 3- стопор; 4- круговая шкала; 5- направляющая; 6- угольник; 7- заготовка
Каретка 1, установлена на шарикоподшипниковых опорах и перемещается вручную по направляющим 5, прикрепленным к станине. На столе каретке расположен базирующий угольник 6 и пневмоприжим 2, для закрепления заготовки 7.
Для получения заданного профиля на прямолинейной заготовки, используют фрезерование по линейке. Переднею линейку устанавливают на необходимую толщину снимаемого припуска.
При обработке криволинейных деталей на вал одевают копирное кольцо, а заготовку закрепляют в подвижном шаблоне – цулаге. Шаблоны могут быть для обработки детали по замкнутому и незамкнутому контуру, одно, двух и многоместные (рис. 10).
Рис. 10. Схема криволинейной обработки на фрезерном станке с помощью шаблона: а – одноместного; б – двухместного; 1 – эксцентриковый прижим; 2- прижимная колодка; 3- фреза; 4- копирное кольцо; 5- шпиндель; 6 – стол станка; 7- корпус шаблона; 8- стойка; 9- базирующий упор; 10- фиксатор прижима; 11- кронштейн; 12- торцовый упор; 13- стальная лента
Копирное кольцо 4 закрепляют неподвижно на столе станка. Одноместный шаблон для односторонней обработки показан на рис. 10 а. Рабочая кромка плиты шаблона выполнена криволинейной по форме детали и является копирной. При фрезерование копирная кромка соприкасается с рабочей поверхностью копировального кольца. Для снижения износа на рабочую кромку шаблона крепят металлическую ленту 13. На шаблоне установлены базирующие упоры 9, и торцовый упор 12. заготовку закрепляют эксцентриковыми прижимами 1, которые смонтированы на стойках 8. Диаметр кольца обычно равен диаметру резания фрезы.
Двухместный шаблон выполнен с двумя копирными кромками, каждая из которых используется для фрезерования соответствующей поверхности детали (рис. 10 б).
На рис. 11 представлен пример изделия выполненного на фрезерном станке.
Рис. 11. Мебельный фасад изготовленный на фрезерном станке с нижним расположением шпинделя
Фрезерный станок с верхним расположением шпинделя
Фрезерные станки с верхним расположением шпинделя (ВФК), служат для обработки деталей с криволинейными контурами, создания пазов и фигурных рельефов на пласти заготовки (рис. 12).
Рис. 12. Общий вид фрезерного станка с верхним расположением шпинделя Router 800 E
В качестве режущего инструмента применяют концевые фрезы диаметром от 2 до60 мм. Обработку сложного профиля производят с применением копировального устройства, состоящего из неподвижного пальца и подвижного шаблона. Шаблон крепится к нижней плоскости копировальной доски, а на верхней закрепляется обрабатываемая заготовка. При обводе шаблона по пальцу доска вместе с заготовкой перемещается относительно режущего инструмента по требуемой траектории. Выполняется контурная резьба с выемками различных форм соответствующих профилю инструмента. Новейшие станки снабжены программным управлением, движение суппорта с инструментом происходит по координатам заданным программой, заготовка неподвижно закреплена на столе станка при помощи присосок.
Фрезерный станок с верхним расположением шпинделя показан на рис. 13.
Рис. 13. Одношпиндельный фрезерный станок с верхним расположением шпинделя:
1- электрошпиндель; 2- упор; 3- винт-ограничитель; 4- поворотная головка;
5 – фреза; 6- ручка; 7- педаль; 8- станина; 9- маховичок; 10- стол;
11- направляющая линейка; 12- палец; 13 – суппорт
На станине станка 8 размещены стол 10 и шпиндельный суппорт 13. К суппорту прикреплен высокооборотный электрошпиндель 1, вращающиеся с частотой 12000 или 18000 об/мин. На конце шпинделя расположено коническое отверстие для закрепления патрона с фрезой 5. Подача на заданную глубину производится вертикальным перемещением суппорта пневмоприводом педалью 7. Величина перемещения устанавливается винтом-ограничителем 3, взаимодействующим с упором 2. в поворотной головке 4 можно установить несколько винтов ограничителей выдвинутых на различную высоту для быстрой настройки на различную глубину паза.
Для продольной прямолинейной обработки используют стол 10 и направляющею линейку 11. регулировку стола по высоте осуществляют маховиком 9.
Для копировальных работ используют шаблон, в нижней части которого расположен копирный паз, соответствующий профилю обработки детали. Заготовку подают вручную перемещая шаблон по копирному пальцу 12, которым управляют ручкой 6.
На рисунке 14 показана схема фрезерования детали в шаблоне по двум контурам. Шаблон состоит из плиты 7, в нижней части которой находятся пазы различной глубины соответствующие контуру обработки. Заготовку базируют по упорам 4 и закрепляют эксцентриковыми прижимами.
Рис. 14. Схема обработки детали в шаблоне на фрезерном станке с верхним расположением шпинделя:
1- ручка с эксцентриком; 2- фреза; 3 –деталь; 4- упор; 5- копирные кромки; 6- копирный палец; 7- плита; 8- прихват
Упоры устанавливают относительно копирной кромки на расстоянии А (мм):
А=В+((dоб- dп)/2)
Где В – расстояние от торца детали до паза, мм;
dоб – диаметр фрезерования, мм;
dп – диаметр копирного пальца, мм.
При переходе на другую форму контура детали поворотом рукоятки поднимают копирный палец 6, до касания второй копирной кромки 5.
В настоящие время станки с верхним расположением шпинделя используются редко, им на смену пришли станки нового поколения с числовым программным управлением (ЧПУ).
Деревообрабатывающие центры и фрезерные станки с ЧПУ
Всеобщее признание получили многопозиционные обрабатывающие центры и фрезерные станки с ЧПУ для обработки различных деталей из массивной древесины, ДСтП, МДФ и др. материалов (рис. 15).
Рис. 15. Деревообрабатывающий центр PRO-MASTER 7223
В набор выполняемых на них операций входит форматная обработка и профилирование, сверление, выборка пазов, пиление во всех вариантах, облицовывание кромок с полной последующей обработкой, художественная обработка деталей. Высокая производительность и гибкость в выборе технологий обработки является причиной широкого использования центров, как в малых производствах, так и на крупных предприятиях.
Система с ЧПУ базируется на персональном компьютере и использует возможности многозадачной операционной системы в реальном масштабе времени, что позволяет контролировать несколько процессов одновременно.
Графический интерфейс позволяет использовать функции, доступные с помощью функциональных изображений. Система контроля позволяет показывать на дисплее все движения инструментов и автоматически указывает на экране происходящие ошибки., давая возможность обратиться к соответствующей странице руководства по эксплуатации через систему помощи.
В основу станков с ЧПУ заложен принцип трехкоординатного перемещения суппорта с набором инструмента над столом, с закрепленной на нем заготовкой, где происходит ее обработка с пяти сторон. Продольное перемещение всего суппорта осуществляется по упрочненным направляющим зубчато-реечным механизмом с геликообразными зубьями, обеспечивающими высокую скорость подачи без вибраций. Поперечную подачу осуществляет система с реверсивным роликовым винтом, самоцентрирующимся по отношению к движущим массам, обеспечивая устойчивое и быстрое позиционирование режущих головок. Подачу режущего инструмента обеспечивают подающие устройства самих режущих головок. На суппорте смонтированы рабочие головки с инструментом различного назначения: цилиндрические и концевые фрезы, сверла, дисковые пилы, абразивные диски (рис. 16).
Рис. 16. Сверлильно-пазовальный агрегат деревообрабатывающего центра
Помимо этого имеется инструментальный магазин, с помощью которого происходит автоматическая смена инструмента в зависимости от вида работ. Требуемое качество обработки обеспечивается высокой частотой вращения инструмента (1000 – 24000 мин -1) и регулируемой с помощью ЧПУ скоростью подачи.
Рабочий стол оборудован универсальными бесшланговыми вакуумными опорами, которые легко перемещаются на нужный размер и фиксируются пневматическими зажимами.
Рис. 17. Мебельный фасад с фрезеровкой, выполненной на деревообрабатывающем центре
Фрезерно – гравировальные станки
Фрезерно – гравировальные станки имеют один или несколько фрезерных шпинделей и используются для криволинейного раскроя, гравировки, создания рельефных поверхностей (рис. 18-20).
В качестве режущего инструмента используют различные концевые фрезы. Перемещение инструмента идет по заданной программой траектории.
Рис. 18. Формирование рельефа на фрезерном станке с ЧПУ
Рис. 19. Фрезерный станок с ЧПУ «Камея» F-3D
Гравировально - фрезерные станки позволяют создавать 3D-рельефы на заготовках, их широко применяют для создания декоративных элементов, мебельных и дверных фасадах, в производстве рекламной продукции.
Рис. 20. Фасады изготовленные на фрезерном станке «Камея»
Копировально-фрезерные станки
Копировально-фрезерные станки, предназначены для тиражирования резных работ по дереву, слоновой кости, пластмассы. Подобные станки имеют от 2-х до 16 рабочих шпинделей. Производством подобных станков занимаются европейские фирмы: немецкая «Reichenbacher» и итальянская «Andreoni» (рис. 21-23).
Рис. 21. Двухшпиндельный фрезерный станок R-Profi 230
Рис. 22. Шестишпиндельный фрезерный станок R 632/40
Существует станок для увеличения или уменьшения создаваемой детали относительно модели в масштабах от 1:1,25 до 1:2,5 (принцип пантографа) (рис. 23).
Рис. 23. Моделирующий фрезерный станок RMF и изделия полученные на нем
Детали крепятся на столе станка или в центрах. На каретке перемещаемой вручную, смонтированы копировальный палец и рабочие шпиндели, которые перемещаются относительно стола в горизонтальной и вертикальной плоскостях, в соответствии с движением пальца по копиру (рис. 24). Производительность в 18-36 раз выше ручной резьбы, качество для домовой резьбы удовлетворительное, для мебельной требует небольшой доработки.
Рис. 24. Формирование рельефа по базовой модели
В качестве режущего инструмента используются концевые фрезы различной формы (рис. 25).
Рис. 25. Концевые фрезы для копировально-фрезерных станков
Подобные модели изготавливаются как с ручным перемещением заготовок и инструмента, так и с автоматическим при помощи ЧПУ (рис. 26).
Рис. 26. Копировально-фрезерный станок с ЧПУ
ЧПУ подключается к станку для плоской и объемной обработки любых деталей и рельефов. Программа создается однократным ощупыванием модели. Имеется возможность увеличить, уменьшить и придать зеркальность детали. Подобная автоматизация повышает производительность работ и исключает человека из процесса непосредственной обработки детали, отводя ему роль оператора.
Образцы изделий выполненных на копировально-фрезерных станках представлены на рисунках 27-28.
Рис. 27. Изделия выполненные на копировально-фрезерных станках
Рис. 28. Изделия выполненные на копировально-фрезерных станках
Вертикальные копировально – фрезерные станки
Предназначены для изготовления из древесины различных пород одновременно 4-х изделий сложной конфигурации (фигурные подлокотники, ножки кресел, ручки ударных инструментов, винты ножек балясин, топорища и т. п.) (рис.29).
Рис. 29. Вертикальный копировально-фрезерный станок Bacci Т4М0
Обработка на подобных станках ведется дисковыми фрезами. Траектория перемещения инструмента задается перемещением копира по базовой модели, сделанной чаще всего из металла, для повышения износостойкости (рис. 30).
Рис. 30. Схема обработки на вертикальном копировально-фрезерном станке
Станок применяется в столярных мастерских для изготовления эксклюзивных изделий в большом количестве.
Станок позволяет:
- добиваться высокой производительности при высоком качестве изделий;
- легко переходить на новый вид продукции путем смены модели;
- значительно повысить безопасность производимых работ;
- использовать работников невысокой квалификации.
Ручной фрезерный инструмент
Ручной фрезерный инструмент используется при небольших объемах работы.
При помощи различных приспособлений может выполнять следующие работы: формирование профиля на кромке и пласти заготовки, выборка пазов, удаления фона и др. В качестве режущего инструмента используются концевые фрезы (рис. 31-32).
Рис. 31. Ручная фрезерная машинка
Рис. 32. Формирование пазов ручным фрезерным инструментом по направляющей линейке
Бормашина
Бормашина с гибким валом применяется для создания или доработки резных изделий из древесины и других материалов. Состоит из электродвигателя соединенного гибким валом со стальным сердечником, в державку которого крепится нужный инструмент: сверла, концевые фрезы, шарошки (рис. 33-37).
Рис. 33. Бормашины
Рис. 34. Буры для бормашины
Рис. 35. Обработка заготовки бормашиной
Рис. 36. Формирование рельефа с помощью бормашины
Рис. 37. Орнамент выполненный бормашиной, с последующей тонировкой
Литература:
1. Ветошкин Ю.И., Старцев В.М., Задимидько В.Т.
Деревянные художества: учеб. пособие. Екатеринбург:
Урал. гос. лесотехн. ун-т. 2012.
2. Коротков В.И. Деревообрабатывающие станки: Учебник для нач. проф. образования - М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
Источники:
