Деревообрабатывающие станки

ПилаДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ служат для обработки дерева и в большинстве случаев осуществляют процессы резания. Резание может совершаться: 1) в торец дерева, т. е. в плоскости, неперпендикулярной к направлению волокон, 2) в плоскости волокон параллельно их направлению и 3) в плоскости волокон перпендикулярно их направлению.

Деревообрабатывающие станки по роду обработки дерева м. б. распределены на следующие основные группы: лесопильные, строгальные, фрезерные, токарные, фанернорезальные и круглолущильные, сверлильные, долбежные, щепальные, дровокольные и шлифовальные.

Пила - многорезцовый инструмент; при равномерной подаче каждый зуб снимает стружку толщиной a = t·S/v , где t – деление пилы в мм, s и v - скорости подачи и резания в м/мин. Значительное влияние на сопротивление резанию, а следовательно, и на потребление мощности пильным станком, оказывают не только геометрическая форма зубьев, но и скорости резания и подачи. Из многочисленных опытов выяснилось, что зубья с прямолинейными очертаниями режущих кромок не уступают по производительности таковым с криволинейными зубьями. Угол зубьев пилыНаивыгоднейшее значение угла γ (фиг. 1) для всех пород дерева лежит около 15°; угол β при этом надо сделать настолько малым, насколько это допускает прочность зубьев, т. к. с уменьшением его падает потребление мощности N (фиг. 2); Мощность резания пилыв том же направлении действует и заострение ε зубьев (фиг. 1). Наивыгоднейшее значение угла α около 40— 45°. Практически, начиная с некоторого значения этих углов, которое должно определяться путем опыта, выгода, получаемая от уменьшения расхода энергии, уравновешивается необходимостью более частой точки пил и их более скорым износом. Разводка s = b—a (фиг. 1) до известной величины (для сухого дерева ~ 1 мм, для сырого немного больше) уменьшает расход мощности пилой, ослабляя трение полотенца пилы о бока пропила; при дальнейшем увеличении разводки мощность начинает снова расти в виду увеличения ширины пропила. Площадь выреза зуба F и шаг доказывают весьма заметное влияние на потребление энергии, так как с их увеличением облегчается сход стружки с острия зубца. Предел увеличения этих последних величин определяется тем, что распил становится все более и более шероховатым, что не всегда желательно. Значительное уменьшение расхода мощности было достигнуто удалением некоторого числа зубьев по окружности пилы (например, через 3 зуба удаляли 1); причина этого явления еще пока не выяснена с точностью. Мощность, расходуемая на подачу, падает линейно с увеличением быстроты резания, а потребление мощности на резание растет с увеличением скорости подачи, но несколько медленнее, чем увеличение площади распила, достигаемого этим. Таким образом, общий коэффициент полезного действия повышается при распиловке с большими скоростями резания и подачи. Пилы разделяются на круглые, ленточные и имеющие переменно-возвратное движение.

Круглая пила, применяемая для опиловки и распиловки круглого лесаКрепление пилыКруглая пила, применяемая для опиловки и распиловки круглого леса, для распиловки досок, для пропиливания пазов и четвертей и вообще для разнообразных столярных работ, состоит из станины е (фиг. 3), стола cm, в прорез которого проходит стальная пила п, закрепленная на горизонтальном валу гайкой г и двумя железными или чугунными шайбами ш (фиг. 4) с тонкой свинцовой прокладкой. Распиливаемое дерево помещается на столе и продвигается вручную по направляющей линейке л (фиг. 3). Предельная толщина распиливаемого дерева зависит от диаметра пилы: h ≤ R—г, где R - радиус пилы и г - радиус шайбы; наивыгодиейшая величина превышения диска пилы над распиливаемым брусом ≈ 5 мм. Высота h пропила может быть изменяема вертикальным передвижением опор вала пилы или вертикальным передвижением стола; последнее достигается вращением маховичка м. Для удобства распиловки наклонных поверхностей стол может вращаться около горизонтальной оси, для чего служат опоры о,о' и зажимные винты в,в1.

Для опиловки кромки досок применяют сдвоенные круглые пилы с автоматической подачей (фиг. 5); скорость резания 60 м/сек, а подача 40—75 м/мин. Перестановка расстояния между пилами производится с помощью ручного рычага, что позволяет устанавливать каждый раз наиболее выгодную ширину и таким образом доводит до минимума количество отбросов. Многократные круглые пилы, часто снабженные механической подачей, применяются также при поперечной распиловке долготья на мелкие дрова.

Для поперечного распила применяют маятниковую круглую пилу, вал которой укреплен на качающейся раме р (фиг. 6). Здесь распиливаемое дерево остается неподвижным, упираясь в два угольника у, пила же, которою рабочий управляет при помощи ручки рч, перемещается по мере пропила вместе с рамой. Для опиловки кромки досок применяют сдвоенные круглые пилы с автоматической подачейДля поперечного распила применяют маятниковую круглую пилу, вал которой укреплен на качающейся рамеДиаметр круглых пил, в зависимости от рода работ, делается до 1,5 м, окружная скорость достигает 45—65 м/сек. Для распиловки кряжей на доски круглые пилы хотя и применяются, но они невыгодны, так как толщина круглой пилы превышает в два раза толщину полотенца пил вертикальной лесопилки, что ведет к большой потере материала и относительно большой затрате движущей силы. Потребные для работы круглых пил мощности, в зависимости от модели (диаметра пилы), колеблются от ~ 2 НP (300 мм) до ~ 14 БР (1200 мм).

Ленточная пила применяется как для распиловки кряжей на доски, так и для разнообразных столярных работ и представляет собою бесконечную ленту, которая охватывает два шкива ш и ш' (фиг. 7). Вращением одного из шкивов ленточной пиле сообщается движение со скоростью в 20 — 40 м/сек. Диаметр шкивов выполняется в ~ 1000 раз большим, чем толщина полотенца; при этом соотношении напряжение ленты от ее изгиба все же достигает 25 кг/мм2, к этому числу надо прибавить напряжение растяжения 5—6 кг/мм2 (доходящее иногда до 20 кг/мм2). Для большей эластичности и для увеличения сцепления с пилой рабочую поверхность шкивов покрывают кожей. Опоры о оси верхнего шкива м. б. перемещаемы в вертикальных направляющих н; требуемое натяжение ленточной пилы достигается грузом гр или натяжением опорных пружин. Распиливаемое дерево помещается на столе с. Наклон стола м. б. изменяем до 30°, что необходимо при опиловке наклонных поверхностей. Под столом и над столом устанавливаются деревянные направляющие б для полотенца пилы. Толщина пилы для столярных работ ≈ 1 мм, ширина - от 10 до 40 мм. Потребные мощности - в зависимости от максимальной толщины распиливаемого бруса от - 2 НP (375 мм) до ~ 3,5 НР (600 мм). В деревянном судостроении, вагоностроении и производстве земледельческих машин приходится часто опиливать тяжелые брусья под различными углами, причем последние постепенно изменяются по всей длине бруса. Эта работа весьма облегчается применением ленточной пилы, изображенной на фиг. 8. Вся станина этой пилы вместе с обоими шкивами может принимать различные наклоны относительно неподвижного стола, причем изменение наклона может производиться во время работы пилы.

Ленточная пила

Ленточная пила

Строгальный станок гл. обр. служит для продольного строгания. Он снабжается двумя или четырьмя резцами, укрепленными на ножевом валу. Окружная скорость резца - до 40 м/сек, число оборотов ножевого вала от 1500 до 6000 в мин., скорость подачи от 0,5 до 2 м/сек. Угол резания α при 4 резцах приходится выполнять более 45°, т. к. резец должен выступать над головкой; в большинстве случаев α = 55—60° и β = 15—20°. В последнее время широкое распространение получили круглые головки (фиг. 9), Головка строгального станказначительно менее опасные в работе, т. к. расстояние между режущей гранью ножа и цилиндрической поверхностью головки настолько незначительно, что случаи тяжелых ранений почти невозможны. Строгальный станокКаждый резец строгального станка срезает стружку по цилиндрической поверхности, но так как хорда срезанной цилиндрической поверхности при 4 резцах нормально не превышает 0,5 мм, то выстроганная поверхность получается достаточно ровной. Длина резца b должна быть несколько больше ширины обрабатываемой поверхности. Толщина снимаемого слоя зависит от установки плоскости стола по отношению к ножевому валу в (фиг. 10). Стол с может быть перемещаем по наклонным направляющим н, н вращением махового колеса м. Передняя и задняя части стола перемещаются независимо друг от друга. Высота передней части стола, по которой перемещается еще не остроганная поверхность доски, устанавливается ниже задней части стола на толщину снимаемой стружки. Специальное предохранительное приспособление на закрывает ножевой вал. Стол снабжается направляющей линейкой.

На строгальном станке помимо строгания можно производить работы по выборке шпунтов, пазов, калевок и другие аналогичные работы; в этом случае плоский резец с прямолинейной гранью заменяется резцом соответствующего профиля. Подача - или от руки или автоматическая, питающими валиками. Потребная мощность при одном ножевом вале (в зависимости от длины ножа) приблизительно 2—4 НР.

Кривые расхода работыМощность, потребляемая строгальным станком для снятия определенного объема древесины в минуту, зависит главн. обр. от величин скоростей резания и подачи. Опытами установлено, что расход работы, затрачиваемой на снятие 1 см3 дерева, уменьшается вместе с увеличением скоростей резания и подачи, т. е. расход этот тем меньше, чем крупнее снимаемая стружка. Граница ставится допустимой для данной обработки степенью шероховатости поверхности. На фиг. 11 представлены кривые расхода работы в НР сек. на 1 см2 площади поперечного сечения стружки шириной 16 см при различных значениях скоростей резания и подачи. Для увеличения производительности строгальные станки выполняются с двумя горизонтальными и двумя вертикальными ножевыми валамиДля увеличения производительности строгальные станки выполняются с двумя горизонтальными г, г' и двумя вертикальными в, в' ножевыми валами (фиг. 12) для одновременного строгания всех четырех сторон доски. Высота верхнего горизонтального ножевого вала г' по отношению к плоскости стола устанавливается, в соответствии с толщиной обрабатываемой доски и толщиной снимаемой стружки, вращением маховичка м, насаженного на конец ходового винта стола. Для получения требуемой толщины слоя,  снимаемого нижним ножевым валом г, передняя часть стола перед валом г может быть перемещаема по наклонным направляющим вращением маховичка м'. Расстояние между осями вертикальных ножевых валов в, в' устанавливается, в зависимости от ширины обрабатываемой доски, вращением маховичка м2. Питание - автоматическое; оно осуществляется двумя питающими рифлеными валиками р. Необходимый для захвата дерева нажим регулируется натяжением пружин п. Для предотвращения приподымания доски над нижним ножевым валом г устанавливается нажим н. Питающие валики получают движение от ступенчатых ременных шкивов; величина питания может быть изменяема и доходить до 12 м/мин. Некоторые станки снабжаются еще и дополнительным неподвижным плоским ножом для получения совершенно ровной выстроганной поверхности. Станки с четырьмя ножевыми валами также м. б. применяемы для выполнения фасонного профиля. Потребные мощности, в зависимости от ширины и толщины обрабатываемых досок и от числа ножевых валов, - от 7 до 10 НР.

Фрезерный станокФрезерный станок служит для образования фигурных поверхностей, например, карнизов, филенок, а также для производства разнообразных шипов, шпунтов, пазов и других аналогичных работ. По расположению фрезерного вала различают горизонтальные и вертикальные фрезерные станки. На фиг. 13 изображен фрезерный станок с двумя вертикальными фрезерными валами в, в1, на конические концы которых насаживаются фрезеры. Зубья фрезера имеют форму, соответствующую требуемому профилю; угол резания рабочей кромки фрезера делают ≈ 45°. Фрезерные валы имеют вращение от ремня, охватывающего шкивы ш, ш1. Расстояние между валами по горизонтали м. б. изменяемо вращением маховичка м; вдоль своей оси валы могут перемещаться при помощи ходового винта х. Стол станка имеет направляющие пазы п для правильного продвижения обрабатываемого дерева.

Шипорезный станокШипорезный станок (фиг. 14) для нарезания шипов одновременно по всей ширине доски имеет фрезеры ф, укрепленные на вертикальных шпинделях ш, разделенных на группы; шпиндели одной группы связаны между собою шестернями ше и приводятся во вращение от отдельного шкива шк, сидящего на общем рабочем валу. Обрабатываемая доска зажимается в салазки с горизонтально или вертикально, в зависимости от того, нарезаются ли шипы или гнезда. Размер фрезеров зависит от толщины обрабатываемых досок; для каждой толщины доски требуется соответствующий фрезер. Потребная (в зависимости от ширины досок) мощность равна приблизительно 2,5 НР (до 225 мм)-4 НР (до 600 мм ширина досок).

Станок для изготовления круглых стержней и палокСтанок для изготовления круглых стержней и палок (фиг. 15) по роду работ принадлежит к группе станков, в которых резание происходит в плоскости волокон, перпендикулярно к их направлению . Нарезанные (обыкновенно призматические) бруски дерева 2 рифлеными питающими валиками в подаются в полый шпиндель, который имеет ножевую головку г. Шпиндель вращается в шариковых подшипниках от ремня, охватывающего шкив ш. Обработанное дерево, имеющее чистую цилиндрическую поверхность, захватывается двумя желобчатыми валиками в1. Нажим валиков в, в1 осуществляется грузами гр и гр1. Валики в, в1, будучи соединены зубчатой передачей з и з1 с питающим валом станка, приводятся во вращение от ременного шкива ш1. Расстояние между осями питающих валиков в, как и между осями желобчатых валиков автоматически устанавливается грузами гр и гр1. Скорость питания до 30 м/мин. Для каждого размера (диаметра) обрабатываемого цилиндрического стержня требуется отдельная ножевая головка. Число об/мин. ножевой головки до 6000. Потребная мощность, в зависимости от диаметра обрабатываемого дерева (до 80 мм),  - ~ 6 НP.

Сверлильный станокСверлильные станки строят горизонтальные и вертикальные (фиг. 16). Шпиндель с закрепленным в нем сверлом с вращается от шкива ш; поступательное движение шпинделя производится обычно или от руки или нажатием ножной педали п. Дерево помещается на столе cm. Сверление является сложным резанием, совершающимся по различным направлениям относительно волокон дерева, так как резание происходит одновременно как в плоскости, перпендикулярной к оси сверла, так и по боковой цилиндрической поверхности отверстия. Следовательно, сверло д. б. приспособлено для двоякого резания одновременно -  в плоскости волокон и в торец. Средняя скорость по окружности сверла - от 1 до 2 м/сек. Наибольший диаметр машинного сверления не превышает 100 мм, нормально же он не больше 50 мм. Число об/мин. Сверла - от 1000 до 2000. Кроме описанного сверлильного станка, строят иногда сверлильные станки, в которых сверло кроме вращательного и осевого поступательного имеет еще боковое поступательное движение. На таких сверлильных станках можно высверливать продолговатые отверстия или гнезда; в этом случае сверла центров не имеют, так как центр затруднял бы боковое перемещение.

Щепальный станок для драниЩепальный станок для драни (фиг. 17) служит для производства штукатурной, коробочной и другой драни, толщиной 1/3-5 мм, шириной от 16 мм и длиной до 1500 мм. Стол с станка дает возможность укреплять на нем брусья диаметром до 500 мм. В ножевике укреплен плоский щепальный нож, перед которым расположены особые делительные ножи. Расстояния между делительными ножами устанавливают но ширине драни. После каждого хода стола ножевик с помощью эксцентриковой тяги m и храпового колеса х опускается соответственно толщине драни. Изменение эксцентриситета э влечет за собой изменение величины опускания ножевика. Для привода станка требуется мощность 3 НР.

Шлифовальные станки производят шлифовку дерева наждачной бумагой, натянутой на вращающийся диск или барабан. Строятся также шлифовальные машины, в которых шлифовальная масса нанесена на бесконечную ленту. На фиг. 18 изображен шлифовальный станок с барабаном  б, на который натянута наждачная бумага. Обрабатываемое дерево помещается на столе cm, шириной 1,65—2 м; подача осуществляется тремя подающими валиками в, обтянутыми резиной. Нажим валиков осуществляется грузами гр. Вращением маховичка м подающие валики могут быть перемещаемы вертикально, в зависимости от толщины дерева. Шлифовальный барабан совершает 600 об/мин. Для перемены наждачной бумаги стол раздвигается и дает доступ к барабану. Станок требует для работы 3—4 НР.

Шлифовальный станок

Техника безопасности. Причинами повышенной опасности деревообрабатывающих машин являются большие скорости и острота работах инструментов, преобладание ручной подачи при исполнении основных операций, особенности структуры обрабатываемого материала (сучки, защепины, задирины и прочие неровности), нарушающие равномерность подачи. В виду этого необходимо обращать особое внимание на снабжение этих машин рациональными предохранительными устройствами.

Помимо общих требований техники безопасности, защитные приспособления на деревообрабатывающих станках должны удовлетворять следующим условиям.

При круглых пилах с ручной подачей станки следует снабжать клином, верхним ограждением и обшивкой под столом

Пилы. При круглых пилах с ручной подачей станки следует снабжать клином (перекрытие задней части пилы), верхним ограждением и обшивкой под столом (фиг. 19). Острый край клина д. б. удален от зубьев пилы не более как на 10 мм, а его верхушка д. б. не более чем на 20 мм ниже самого высокого очертания зубьев пилы; толщина клина должна быть тоньше развода зубьев не более чем на 1—2 мм. Верхнее ограждение д. б. изготовлено из прочного листового железа или из круглого железа с прочной предохранительной сеткой и не должно препятствовать рабочему следить за пропилом. Нижние ограждения под столом д. б. так установлены, чтобы нельзя было прикасаться к пиле во время хода. Расстояние обшивок друг от друга не д. б. больше 10 см, и обшивки должны опускаться по крайней мере на 5 см ниже зубьев пилы. Вместо одной боковой обшивки допускается сплошная обшивка всей нижней части пильного стола. В круглых пилах, которые режут своей нижней частью, вся верхняя часть пилы должна быть снабжена обшивкой. В горизонтальных круглых пилах зубья д. б. закрыты за исключением режущей части.

В маятниковых пилах следует перекрыть колпаком всю верхнюю часть пилы

В маятниковых пилах (фиг. 20) следует перекрыть колпаком всю верхнюю часть пилы, насколько допускает высота пропила. После распиловки пила должна автоматически возвращаться в начальное положение, т .е .за задний опорный край рабочего стола, и оставаться там. В радиальных пилах, режущих сверху вниз, пила во время бездействия д. б. совершенно закрыта колпаком, который во время распиловки ложится на распиливаемый лес. В радиальных пилах, режущих снизу вверх, следует обшить со всех сторон нижнюю часть стола вокруг пильной рамы. Во время распиливания пила д. б. перекрыта сверху (фиг. 21). Высота стола не д. б. меньше 75 см.

Во время распиливания пила д. б. перекрыта сверху

Конструктивное выполнение верхнего ограждения круглой пилы изображено на фиг. 22. В том случае, когда работает лишь передняя часть пилы (например, поперечный распил тонких кругляков), то задняя часть ее перекрывается неподвижным колпаком, а ограждение передней части делается автоматически поднимающимся при подаче леса (фиг. 23).

Конструктивное выполнение верхнего ограждения круглой пилы

Jграждение передней части делается автоматически поднимающимся при подаче леса

Опасность ленточных пил заключается в значительной скорости движения не только пильного полотенца, но и вращающихся пильных шкивов, а в особенности же в возможности разрыва пильного полотенца. Поэтому для предупреждения несчастий следует перекрывать не только оба пильных шкива, но и прямолинейно движущиеся части пильного полотенца, причем нережущую часть - на всем протяжении, а режущую - до того места, где оно входит в распиливаемое дерево. Обшивка обоих пильных шкивов (фиг. 7) состоит из легких деревянных щитов или же из рамки с проволочною сеткой. Вместо неподвижных предохранительных щитов, пильные шкивы можно оградить жестяным листом, прикрепленным к спицам. Далее, крайне необходимым является устройство над верхним пильным шкивом железной предохранительной полосы, удерживающей в случае разрыва пильного полотенца его части и предупреждающей т. о. не только причинение увечья рабочим, но и дальнейшую порчу самого полотенца. Тормоз также можно причислить к необходимым предохранительным приспособлениям. Следует, наконец, иметь в виду, что на ленточных пилах с ручною подачею при распиловке высоких дощечек, направляемых по линейке, причиною увечий часто служит опрокидывание доски или падение ее, вследствие чего рабочий может попасть рукою под зубцы пилы. Для предупреждения подобного рода случаев следует устроить надежные направляющие (фиг. 24).

Ограждение зубцов пилы

Строгальные станки. По правилам НКТ СССР в строгальных станках допускаются лишь круглые валы. Ограждение рабочей щели выполняют в виде неподвижного щитка или же в виде щитков, автоматически возвращающихся в первоначальное положение под действием пружины или груза (фиг. 25).
Для ограждения инструментов употребляются сетчатые колпаки, кольца, щитки, ободкиДля поддерживания коротких и тонких дощечек употребляется специальная колодка, предохраняющая руку от повреждения в случае выбивания обрабатываемого предмета из рук.

Ограждение рабочей щели выполняют в виде неподвижного щитка или же в виде щитков, автоматически возвращающихся в первоначальное положение под действием пружины или грузаФрезерные и шпоночные станки. Быстро вращающиеся инструменты (у шпинделя 6000 об/мин. и выше) могут вылететь при плохом укреплении; кроме того, их может коснуться рука рабочего во время подачи или вследствие толчка. Для ограждения инструментов употребляются сетчатые колпаки, кольца, щитки, ободки (фиг. 26). Верхний конец шпинделя при тяжелых работах должен поддерживаться особой деталью. Необходимо следить за надежным и прочным укреплением режущих инструментов, а также за хорошей балансировкой вращающихся частей.

Сверлильные и долбежные станки должны иметь ограждения инструментов; патроны не должны иметь выступающих винтов и других частей.

В заключение следует отметить необходимость устройства местной вентиляции с отсасыванием опилок и стружек непосредственно от режущих инструментов деревообрабатывающих станков и подачей их по трубам в котельную.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.