Окончательная обработка заготовок

После механической обработки черновых заготовок, склеивания и облицовывания необходима их окончательная обработка, чтобы получить взаимозаменяемые детали, отвечающие требованиям, предписанным конструкторской документацией. К стадии окончательной механической обработки относятся технологические операции по формированию шипов, фрезерованию профилей, выборке гнезд и сверлению отверстий. Требования к шероховатости поверхности готовой детали обычно выше технических возможностей и существующих методов первичной обработки цилиндрическим фрезерованием при оптимальных режимах резания. Поэтому в завершение окончательной обработки вводится обычно дополнительная технологическая операция по зачистке поверхности готовых деталей с целью подготовки их к отделке.

Порядок выполнения технологических операций не может быть произвольным; он должен быть таким, чтобы поставленная цель достигалась с наименьшими затратами труда и энергии. Для достижения высокой точности при окончательной обработке заготовок необходимо рационально использовать базирование заготовок. Детали, имеющие шипы и проушки, в процессе сборки формируют и обеспечивают точность изделия на основе сборочных баз, которыми являются элементы шипов. По этой причине окончательную обработку заготовок для таких деталей целесообразно начинать с формирования шипов, которые в дальнейшем могут использоваться как основные базовые поверхности.

Таким образом, при формировании шипов создаются новые установочные базисные поверхности, которые целесообразно использовать при выполнении всех последующих технологических операций, включая сборку деталей в сборочные единицы. Начиная окончательную обработку чистовых заготовок с формирования шипов, выполняется одно из важнейших технологических условий единства баз, обеспечивающих получение максимально достижимой точности готовых деталей и изделий. Последовательность дальнейших операций по формированию брусковой детали из чистовой заготовки зависит от окончательной формы деталей, наличия в них различных конструктивных элементов (отверстий, пазов, профилей и т. п.). Обычно после формирования шипов выполняют операции фрезерования различных профилей сечения и контуров периметра детали, закругления кромок и т. д., затем операцию выборки пазов гнезд и продолговатых отверстий, сверление круглых отверстий и окончательную зачистку поверхности для подготовки ее к отделке. Предлагаемая последовательность технологических операций по окончательной обработке иногда может изменяться в зависимости от конкретных условий. При этом руководствуются тем, чтобы последующая операция механической обработки устраняла возможные дефекты предыдущей, а предыдущая исключала необходимость излишнего удаления материала при обработке на последующей операции.

Как показывает практика, всякая последующая операция механической обработки древесины обычно обеспечивает более высокую точность, но требует более высокой квалификации, более трудоемка и дороже предыдущей. Учитывая это положение, последовательность операций по механической обработке заготовок следует назначать таким образом, чтобы максимальные объемы работы по формированию детали осуществлялись на предыдущих операциях.

Последующие операции должны быть менее материалоемкими по резанию древесины. Пояснением к сказанному может служить целесообразность предварительного фрезерования заготовки с последующим сверлением отверстий в тех местах, где удаляется слой древесины фрезерованием. Если в приведенной на рисунке заготовке не учесть этой последовательности, то на операцию по выборке отверстий потребуется затратить излишнее время, необходимое для сверления отверстий в слое заготовки, который потом должен будет удален последующим фрезерованием. При этом расположение отверстий будет менее точным в том случае, если сверлят их на большую глубину, из-за уклона осевой линии сверла.

Формирование шипов. Брусковые детали чаще всего используют для формирования рамок с помощью шипов и проушин. Используемые для этой цели шипы принято называть рамными. Рамные шипы и проушки формируют на шипорезных станках. Шипорезные станки для формирования рамных шипов и проушин бывают односторонние и двухсторонние. Шипорезные станки в зависимости от технологии формируют по принципу агрегатирования. Они имеют агрегатные силовые головки, закрепляемые на отдельных суппортах. Некоторые переходы технологической операции формирования шипов и проушин осуществляются последовательно путем перемещения заготовки с одной позиции к другой.

Шипы и проушки на обоих концах заготовки должны формироваться при использовании одной и той же опорной базисной поверхности заготовки. При установке заготовки необходимо следить, чтобы между заготовками и на их базисных поверхностях не было опилок и стружек. Подача должна осуществляться плавно, без рывков. Скорость ручной подачи зависит от площади сечения снимаемого слоя: от 11 м/мин при 100 мм2, до 3 м/мин при 800 мм2. Двусторонние шипорезные станки более производительны. Они более универсальны, могут использоваться также для торцевания щитовых заготовок в размер, легко встраиваться в поточные линии. Их производительность в 3-5 раз выше односторонних шипорезных станков. Средняя точность изготовления рамных шипов зависит от номинального размера шипа по толщине и используемого станка: предельные отклонения колеблются от +0,2 до +0,6 мм. Отклонения по углу между плоскостью заплечиков шипа и кромкой бруска +1-2°.

Шипы, формируемые на концах прямоугольных заготовок, имеют форму сечения в виде прямоугольника. У срединных шиповых соединений гнездо изготавливается обычно сверлами или концевыми фрезами, поэтому ограничивающие гнездо поверхности получаются закругленными по радиусу сверла или концевой фрезы. Для получения плотного соединения при сопряжении такого гнезда с плоским шипом необходимо закруглить его кромки по радиусу сверла соответственно торцовой стенке гнезда. Для этого пользуются методом обжима шипа в прессформе. Необходимое усилие обжима обеспечивается пневмоцилиндром или эксцентриковым прессом. Для повышения производительности пресс-форму делают двухсторонней, обеспечивающей одновременный обжим двух деталей. Формируют ящичные шины на ящичных шипорезных станках или на фрезерных со специальными приспособлениями.

Прямые ящичные шипы формируют на простейших специализированных станках. В качестве режущего инструмента использован набор фрез 1, закрепленных на шпинделе станка. Ширина фрез соответствует ширине проушки. Ширина прокладок 2 между фрезами должна соответствовать толщине шипа. Соотношение размера прокладки и ширины фрезы должно соответствовать посадке для ящичного шипового соединения с установленными значениями натягов и зазоров. Заготовки до формирования прямых ящичных шипов на таких шипорезных станках должны быть точно оторцованы. Имеются двусторонние шипорезные станки для формирования ящичных шипов. Устройство привода их аналогично двухсторонним рамным шипорезным станкам. На этом станке осуществляется и торцевание заготовок. Шипы формируют на каждой стороне заготовки вертикально перемещающимся суппортом с фрезами при фиксируемом в этот момент положении заготовки. Станок работает по позиционно-проходному принципу.

Для формирования полупотайных шипов <ласточкин хвост> используют специальные многошпиндельные станки типа ШЛХА, оснащенные концевыми фрезами, имеющими форму опрокинутого усеченного конуса. В таких станках шипы формируются одновременно у обоих заготовок, сопрягаемых под прямым углом. Обе заготовки закрепляются на каретке станка под прямым углом друг к другу. Заготовка, в которой формируются шипы, ставится вертикально, а другая горизонтально, со смещением в сторону на величину шага, равного расстоянию между осями шпинделей. При надвигании каретки фрезы прорезают в вертикальной заготовке проушки и, углубляясь далее, в горизонтальной заготовке также формируют проушки на глубину, равную толщине вертикально расположенной заготовки. Поскольку концы гнезд в горизонтально расположенной заготовке получаются закругленными, необходимо закруглить также и стенки шипов, формируемых в вертикально расположенной заготовке. Для этого каретка на станке ШЛХА при выходе фрез из вертикальной заготовки имеет сложное перемещение в горизонтальной плоскости, обеспечивающее закругление фрезами боковых стенок шипов со стороны, обращенной к фрезам.

Сложное движение обеспечивается соответствующим механизмом автоматически. Производительность таких станков невелика. Для нормальной работы станков ШЛХА необходимо иметь комплекты высокоточных концевых фрез на всю ширину заготовки. При заточке концевых фрез нарушается идентичность их размеров и формы, что приводит к ухудшению качества шипового соединения. Шиповое соединение на полупотайной шип <ласточкин- хвост> является нетехнологичным для современных условий производства и применяется только в исключительных случаях. Более простым и технологичным является полупотайное соединение на ус зубчатым шипом. Такое соединение можно изготовить на фрезерном станке или ящичном шипорезном станке, используя соответствующие фрезы и приспособления. Точность изготовления ящичных шипов зависит от состояния оборудования и инструмента; отклонения размеров колеблются в пределах от +0,2 до +0,5 мм.

Фрезерование. Технологическая операция фрезерования является наиболее универсальной. С помощью фрезерования можно получить любую форму детали. Фрезерование в процессе окончательной обработки заготовок используют для получения различных профилей посечениям и длине заготовки. Фрезерованием можно обрабатывать бруски, щиты и сборочные единицы в виде рамок и коробок. Фрезерование осуществляют на фрезерных станках. В зависимости от вида работы при фрезеровании используют соответствующие фрезерные станки. Процесс фрезерования по положению режущей кромки к оси вращения инструмента различают на цилиндрическое и торцовое. В сочетании этих исходных положений может быть коническое фрезерование и более сложные сочетания из этих основных исходных элементов.

Все фрезерные работы по окончательной обработке заготовок можно разбить по методу их осуществления на четыре типа: фрезерование прямолинейных заготовок по линейке, криволинейных заготовок по кольцу и шаблону, поверхности двойной кривизны и торцовое фрезерование по копиру. Фрезерование прямолинейных заготовок по линейке выполняют на вертикально-фрезерных станках с нижним расположением шпинделя. Различают три вида таких работ: выверку гладких поверхностей, преимущественно кромок, под прямую плоскость; сквозное фрезерование профиля; несквозное фрезерование профиля. В этих случаях фрезерование выполняется с помощью направляющей линейки.

Используя профильные фрезы, можно по длине прямолинейной заготовки фрезеровать постоянный профиль сечения без изменения габаритного размера. В этом случае используют сплошную линейку с прорезью для фрезы или обе части линейки устанавливают одинаково, ближе к оси на величину, необходимую для получения всех частей профиля по сечению заготовки. Для удобства работы в таких случаях используют прижимные устройства, устанавливаемые в зоне резания. Применение прижимов делает работу станочника более простой и безопасной, хотя усилие на подачу при этом увеличивается. При фрезеровании однотипных заготовок в массовом производстве фрезерные станки оснащаются устройствами механической подачи с помощью роликов или цепей. Это облегчает и упрощает труд рабочего. Применение типовых устройств механизированной подачи возможно на фрезерных станках только при сквозном фрезеровании.

При фрезеровании прямослойных заготовок по криволинейному профилю на отдельных участках резание производится по встречному косослою, приводящему к сколу. Это особенно опасно на конце заготовки при выходе фрезы. Для преодоления этих трудностей используют двухшпиндельные фрезерные станки, на которых устанавливают одинаковые фрезы, но работающие при вращении шпинделей в разные стороны. Обрабатывают сложные детали в таком случае в зависимости от направления волокон и профиля то на одном, то на другом шпинделе, обеспечивая при этом получение качественной поверхности. Аналогичный эффект достигается при фрезеровании с попутной подачей, когда направление резания и подачи совпадает. Такой прием работы может быть осуществлен только на станках, имеющих механизированную подачу.

При встречном фрезеровании усилие резания плавно возрастает от нуля до максимума в конце образования стружки. При попутном фрезеровании, наоборот, усилие уменьшается от максимума в начальный период до нуля в конце. Очевидно, при попутном фрезеровании поверхность обработки будет более ровной, отсутствуют причины, обусловливающие сколы волокон древесины. При попутной подаче усилие резания совпадает с направлением подачи. Это может привести к затягиванию заготовки, нерегулируемой подаче на резец и нарушению процесса фрезерования. Только механизированная подача при этом обеспечит поддержание установленной и нормируемой величины подачи на резец.

Для достижения высокой производительности и требуемого качества поверхности современные фрезерные станки имеют высокую частоту вращения шпинделей, обеспечиваемую применением клиноременных передач или преобразователей частоты тока. Фрезерные станки относятся к особо опасным из-за высоких скоростей резания и легкой досягаемости режущего инструмента. При организации работы на фрезерных станках необходимо учитывать сложность фрезеруемого профиля, материал и площадь сечения фрезеруемого слоя. Скорость подачи при ручном фрезеровании определяется предельно допустимым усилием подачи с учетом массы детали и цулаги от 1 до 15 м/мин. При этом она может иметь в зависимости от профиля различное значение при фрезеровании одной и той же детали. При механизированной подаче скорость подачи постоянна и в основном устанавливается в зависимости от требований, предъявляемых к поверхностям детали. Она может быть определена по номограмме. При фрезеровании твердых пород скорость подачи должна быть снижена в 1,5 раза по сравнению с мягкими. При фрезеровании по кольцу обычно скорость подачи на 25-40% ниже, чем при фрезеровании по линейке.

Для механизации процесса фрезерования на фрезерных станках с нижним расположением шпинделя иногда ниже фрезы на шпинделе концентрически устанавливают звездочку, приводимую самостоятельным электродвигателем через редуктор. На кромке шаблона, по которому производится обработка, закрепляется втулочно-роликовая цепь с шагом, равным шагу зубьев звездочки; Когда шаблон прижимается к кольцу, зубья звездочки входят в гнезда цепи и проталкивают шаблон, осуществляя таким образом подачу. Шаблон может прижиматься к кольцу с помощью суппорта, перемещаемого в пазах стола, имеющего ось для установки шаблона, или роликовыми прижимами.

Заготовку базируют на столе станка по линейке и упору. В зависимости от требуемого размера отверстия выбирают цепочку и линейку. После установки линейки с цепочкой на суппорт регулируют рабочий ход суппорта относительно стола с учетом нужной глубины отверстия или гнезда. Прижимную линейку стола устанавливают так, чтобы цепь располагалась на нужном расстоянии от боковых поверхностей заготовки. С помощью боковых передвижных ограничителей и упора регулируют величину перемещения стола, определяющего длину изготавливаемого гнезда и его положения относительно торца заготовки.

Изготавливаемые на цепно-долбежном станке гнезда имеют закругленные углы дна. Чтобы обеспечить плотность соединения шипа с таким гнездом по периметру, необходимо гнездо выбирать с запасом в глубину не менее чем на величину радиуса концевого ролика направляющей линейки плюс толщина фрезерной цепочки по кромкам резания. Наименьшие размеры гнезд, изготавливаемых с применением фрезерных цепей и направляющих линеек, ограничены минимальными звеньями фрезерных цепей 40X6 мм. Наибольшие размеры гнезд, выбираемых за одну установку, по ширине определяются шириной цепочки, а по длине величиной возможного перемещения стола станка, примерно 400 мм. Одно гнездо или отверстие в заготовке выбирают, применяя один упор. Два одинаковых гнезда, расположенных в заготовке в одну линию, можно выбирать за две установки, меняя положение упора. Эту работу можно выполнить и за одну установку при двух позициях заготовки, применяя два упора. Базируя заготовку по левому упору, выбирают правое гнездо; перемещая заготовку вправо до правого упора, выбирают левое гнездо. Работа таким образом проще, но точность положения гнезд по длине детали будет ниже, потому что выборку гнезд ведут с разных установочных баз по левому и правому торцу заготовки. Погрешности длин заготовок будут отражаться на погрешностях расположения гнезд.

При работе на цепно-долбежном станке следует соблюдать следующие основные правила: подача цепи должна быть плавной; за один прием не следует выбирать глубину более 70 мм; длинные гнезда следует фрезеровать сначала в одном конце, затем в другом так, чтобы при работе цепи в промежутке между этими проходами резание осуществлялось восходящей ветвью фрезерной цепи; для предотвращения сколов при выходе цепи необходимо применять подпорный брусок; не допускать излишнего натяжения и слабины фрезерной цепи. Оттяжка цепи от линейки не должна быть в средней ее части более 8 мм; цепь и звездочки должны иметь ограждения.

Цепнотдолбежные станки достаточно производительны и обеспечивают необходимую точность для изготовления строительных изделий. Существенным недостатком их являются частые сколы в месте выхода фрезерной цепи. По этой причине они не могут использоваться при выборке гнезд малых размеров в облицованных деталях. Для этой цели используют сверлильно-пазовальные станки. Для выборки пазов (гнезд) используется сверло или концевая фреза соответствующего диаметра. Режущий инструмент имеет кроме вращения осевую и боковую подачи относительно заготовки.

При выборке пазов (гнезд) на сверлильно-пазовальном станке с помощью спирального сверла и концевой фрезы важным моментом является необходимость ограничения размера паза последовательным высверливанием отверстий по его концам, а затем, высверливая отверстия торцовой режущей гранью спирального сверла, последовательно удаляют материал в промежутке между крайними отверстиями; после этого, не вынимая сверла, поперечными движениями расчищают все гнездо. При работе спиральным сверлом необходимо следить, чтобы усилие резания распределялось на режущие торцовые кромки симметрично. Если симметричность сил резания нарушить, то возникнет изгибающий сверло момент, который приведет к поломке сверла. Работа концевой фрезой может выполняться иным порядком, поскольку она имеет боковую режущую кромку. Выборка паза при этом может производиться перемещением фрезы от второй позиции к первой при заглублении фрезы не более чем на два ее диаметра. Боковые стенки паза при работе концевой фрезой формируются фрезерованием, а при работе сверлом - сверлением с последующим скалыванием образующихся при этом выступов. По этой причине качество поверхности боковых стенок паза при фрезеровании концевой фрезой значительно лучше. Производительность работы с концевыми фрезами выше, чем со спиральными сверлами, которые требуют значительно большего количества проходов с затратами времени на холостой ход. Применение концевых фрез обеспечивает повышение производительности в 1,2-1,5 раза по сравнению с применением спиральных сверл. Осевая подача на один оборот сверла и концевой фрезы зависит от твердости древесины от 0,1 до 2 мм. При боковой подаче при фрезеровании торцовой фрезой от 0,5 до 0,65 мм на оборот, меньшие значения для малых диаметров.

Сверлят круглые отверстия на универсальных одно- или многошпиндельных вертикально-сверлильных станках или многошпиндельных специализированных, или агрегатных, с использованием сверлильных силовых головок. При сверлении круглых отверстий используют спиральные сверла различных видов.

На вертикальном одношпиндельном сверлильном станке круглые отверстия в заготовках можно сверлить по разметке, упору, шаблону и кондуктору. Сверление по разметке требует затрат времени на разметку центров отверстий на каждой детали. Центры отверстий должны соответствовать пересечениям линий, определяющих координаты отверстия относительно базовых поверхностей. Размеченную заготовку располагают на столе станка так, чтобы ось сверла и центр отверстия совмещались. При этом могут быть погрешности при разметке и при сверлении. Более производительно сверлить отверстия по предварительно установленным упорам, базирующим заготовку относительно оси вращения сверла. Такое базирование обеспечивает одинаковое и более точное положение отверстия у всех заготовок.

Окончательная обработка щитов. Для получения готовой детали в форме щита щитовые заготовки после облицовывания окончательно обрабатывают. В состав стадии окончательной обработки щитов входят следующие технологические операции: опиливание щитов по периметру для удаления припуска и обеспечения взаимозаменяемости по размерам; фрезерование кромок по периметру для обеспечения требуемой формы сечения кромок и периметра; сверление отверстий и пазов, необходимых для сборки изделия и установки метизов; зачистка поверхностей для удаления дефектов предыдущих операций и подготовка детали к отделке.

Необходимость и последовательность этих операций зависит от конструктивных особенностей детали. Основными конструктивными моментами, обусловливающими различие в последовательности технологических операций по окончательной обработке щитовых заготовок, являются: форма щита, форма и метод оформления его кромки. По форме щиты могут быть прямоугольными или со сложной формой периметра.

Перечисленные операции окончательной обработки в зависимости от условий могут выполняться в различной последовательности, а некоторые из них даже могут быть опущены. При этом возможно укрупнение операции путем обобщения их и выполнения на одном рабочем месте с использованием специализированных устройств. В мебельном производстве используются поточные линии, осуществляющие окончательную обработку щитов. Имеются поточные линии, сформированные из станков общего назначения путем соответствующих устройств, обеспечивающих технологическую связь между этими станками. Линии различаются по охвату технологических операций обработки щитов. На мелких предприятиях удобно организовать поточные линии, дифференцируя окончательную обработку щитов на участки: механическая обработка кромок щитов в размер; облицовывание кромок или приклейка обкладок; сверление присадочных отверстий; шлифование.

Такое деление на участки удобно для компоновки оборудования. Длина каждого участка невелика. Их можно располагать в разных местах имеющихся производственных помещений. Наряду с такими механизированными участками окончательной обработки щитов имеются полуавтоматические и автоматические линии, осуществляющие весь комплекс работ по окончательной обработке облицованных щитовых заготовок для изготовления мебели. Трудности в организации таких поточных линий заключаются в том, что необходимо синхронизировать исполнение различных по принципу технологических операций. Например, механическая обработка по периметру и оформление кромок, сверление отверстий и шлифование. Решить эту проблему стало возможным для прямоугольных щитов благодаря применению новых прогрессивных материалов и технологических приемов: термопластичные клеи, кромочные облицовочные материалы, возможность облицовывания проходным методом, применение многошпиндельных присадочных станков и др.

При организации поточных линий по окончательной обработке облицованных и ламинированных щитовых заготовок необходимо было решить ряд сложных технических проблем. При опиливании и фрезеровании облицованных тонким слоем щитов на их поверхности могут образовываться сколы. Для их устранения при опиливании щита было предложено использовать специальные резцы, устанавливаемые перед пильным диском неподвижно и касающиеся так, что при подаче щита к пильному диску резец подрезает облицовочный слой на глубину чуть более его толщины. Специальная подрезная пила, работающая по принципу попутного пиления, образует неглубокий пропил без сколов. При работе основной пилы из-за этого предварительного пропила в облицовочном слое не будут появляться сколы.

В настоящее время имеются кромочные материалы с отделанной лицевой поверхностью. Применение подобных материалов исключает последующее шлифование кромок и их отделку. В некоторых случаях еще используют для облицовывания кромок полоски строганного шпона или листового кромочного материала. Применение строганного шпона требует в дальнейшем его шлифования и отделки. Это усложняет весь технологический процесс и устройство поточных линий, но технически решено и применяется на практике.