Шипорезный станок: виды, основные характеристики, принцип работы

С давних пор при сборке ящиков, дверей, окон и других рамных конструкций используется соединение «в шип». Чтобы точно и быстро получить такие непростые элементы в деревянных конструкциях, применяется шипорезный станок по дереву.

Данное оборудование используется как в предпринимательской деятельности, так и в широкомасштабном производстве. Оно незаменимо при изготовлении мебели, а также в домостроении и на предприятиях, занимающихся деревообработкой.

Виды шипорезных станков

Станок шипорез является разновидностью деревообрабатывающих станков. На рынке встречаются образцы как импортного, так и отечественного производства. Фиксирующие элементы на нем могут обрабатываться для последующего соединения изделий под углом, а также и для их сращивания (применяются фальцы типа «ласточкин хвост»).

Станки для фрезерования шипов по назначению делят на рамные аппараты и ящичные.

При этом рамные агрегаты бывают:

• односторонние. За один проход обрабатываются шипы на одной стороне заготовки;
• двухсторонние автоматизированные. Устройство шипорезного станка предусматривает размещение суппортов на двух колоннах и, соответственно, обработку заготовки с обеих сторон.

Естественно, производительность двухсторонних шипорезных станков значительно выше, чем их аналогов. Различают несколько видов агрегатов, которые выделяются по длине, при этом они бывают 2, 2,5, и 3 метра.

Режущим инструментом для них являются пилы для торцевания и фрезы (дисковые и концевые) для обработки прямых шипов, проушин на рамах и каркасах разных конструкций из дерева.

Формирование шипов ящичных и типа «ласточкин хвост» делают на специализированных станках, в основном в широкомасштабном и серийном производстве. При этом различают два вида фиксации «ласточкин хвост»: с закругленными и острыми углами.

Первую категорию изготавливают на многошпиндельных шипорезных аппаратах. Такие фигурные выступы обрабатываются одновременно на сопрягаемых поверхностях модульными фрезами. Именно такое соединение дает гарантию долговечности и надежности фиксирующего узла.

При изготовлении наиболее сложных овальных шпеньков (небольших шипов) и с круглой формой применяются автоматические шипорезные станки с числовым программным управлением.

Станки шипорезные для столярно-мебельных производств

Шипы и проушины являются неизбежными элементами практически всех изделий из древесины, поэтому станки для их формирования занимают значи­тельное место в столярно-мебельном производстве.

В таблице 1 показан спектр операций, выполняемых данными станками.

Таблица 1. Работы, выполняемые на шипорезных станках

Шипорезные станки делятся на одно- и двухсторонние. Односторонние станки являются обычно станками позиционного типа. Двухсторонние станки одновременно обрабатывают оба торца заготовки в проходном режиме. По кон­струкции формируемых шипов различают рамные и ящичные станки.

Рамные шипорезы фрезеруют рамные шипы, обычно с 1-2 шипами или проушинами на торцах брусковых деталей, которые затем собираются в изделия типа рамок или коробок. Ящичные шипорезы зарезают шипы по пласти щитовых деталей, ко­торые затем собираются в изделия типа ящиков (например, корпуса радиоаппа­ратуры).

Простейшими шипорезными станками следует считать фрезерные станки с нижним расположением шпинделя, оснащенные шипорезными каретками. Недостатком таких станков является то, что они имеют только один шпиндель, что недостаточно для формирования двойного шипа. К тому же на этих станках отсутствует торцовая пила, необходимая для формирования качественной тор­цовой поверхности.

Для формирования большинства рамных шипов одного фрезерного шпинделя недостаточно. Поэтому классический односторонний шипорез имеет обычно три-четыре шпинделя (рис. 1):

• пильный узел для опиливания торца и получения торцовой поверхности высокого качества;
• верхняя и нижняя ножевые головки для фрезерования заплечиков шипа; — фрезерная головка с дисковой фрезой для формирования проушины шипа.

Рис. 1 Схема одностороннего шипорезного станка: 1 — гидроприжимы; 2 — стол; 3 — пила; 4 — шипорезные фрезы; 5 — винты настройки; 6— дисковая (проушечная) фреза; 7— направляющая; 8— цепь; 9— станина; 10— упор; 11 — заготовка; 12 — подпорный брусок; 13 — каретка; 14 — опорная линейка.

Каретка, на которой жестко фиксируется заготовка, может быть с ручным или механизированным приводом.

В России шипорезные станки выпускают «КОДОС-Станкоагрегат» (мар­ки ШО 16-4М) и Липецкий станкозавод (марки ШОБ-20). Станки позволяют формировать шипы и проушины длиной до 160 мм. Стол станков имеет воз­можность наклона, что позволяет формировать наклонные шипы — до 20° к пласти заготовки. Каретка с закрепленной заготовкой совершает возвратнопоступательное движение от гидропривода. Станки находят основное примене­ние в производстве оконных и дверных блоков. Для брусков оконных створок обычно применяют одинарные шипы, для брусков оконных и дверных коро­бок — двойные шипы.

Шипы можно зарезать также на так называемых угловых центрах для об­работки деталей оконных блоков. Угловой центр представляет собой комбина­ции одностороннего шипорезного станка и фрезерного станка с нижним распо­ложением шпинделя. На таком агрегате выполняется комплекс работ по изго­товлению брусков оконных створок — сначала формируются шипы и проуши­ны на обоих торцах заготовок, а затем выполняется фрезерование профиля при продольном движении заготовки относительно фрез. Здесь же могут быть предусмотрены пилы для отпиливания штапика. После сборки створок на этом же станке выполняют их обгонку по периметру.

Такие угловые центры (многоцелевые обрабатывающие центры) выпус­кают из Ставрополя (модель ЦБР-10) и Липецкий станкозавод (модели МДДЦ-15 и МДЦ-25 — см. рис. 2).

Рис. 2 Многоцелевой обрабатывающий угловой центр МДЦ-25 Липецкого станкозавода

Липецкие агрегаты представляют собой комбинацию одностороннего шипорезного станка ШОБ-20 и продольно-фрезерного СФП-1. Технологиче­ский цикл обработки детали на агрегате складывается из следующих операций:

1. установка заготовки на линейке по бегунку;
2. прижим заготовки;
3. обработка торца пильным шпинделем;
4. обработка торца фрезерным шпинделем — нарезка шипов и проушин;
5. возврат каретки;
6. разжим детали;
7. переустановка детали;
8. далее повтор п. 2-5;
9. подача заготовки для фрезерования кромки,
10. выход обработанной заготовки.

Двухсторонние шипорезные станки предназначены для формирования шипов одновременно на обоих торцах заготовок (рис. 3). Особенно часто они используются в цехах по производству оконных и дверных блоков, так как здесь каждая деталь конструкции имеет прямые шипы. Двухсторонние станки имеют на своей раме один неподвижный агрегат и один подвижный, который позволяет выполнять настройку станка на заданную длину детали. Проходной способ работы обеспечивает система подачи заготовок в виде двух цепных кон­вейеров с упорами.

Рис. 3 Двухсторонний шипорезный станок MX 3825В и схема его работы (V-Hold, Китай)

Станок имеет восемь режущих суппортов, конвейер с бесступенчатым ре­гулированием скоростей подачи, верхние приводные прижимные устройства. Первыми по ходу подачи материала расположены два пильных суппорта для торцовки заготовки. За пильными суппортами расположены два прорезных. Последними по ходу подачи материала расположены четыре вертикальные (верхние и нижние) шипорезные суппорты. Станок легко встраивается в поточ­ную линию изготовления дверей и окон.

Станки, работающие по аналогичной схеме, выпускают также канадская фирма Beaver и тайваньская Leadermac. В станках используются так называе­мые прыгающие фрезы, или фрезы с отскоком, которые позволяют избегать сколов древесины на углах детали. Основная фреза отводится немного в сторо­ну, а формирование шипа заканчивается другой фрезой с обратным направле­нием вращения.

Основная особенность ящичных шипорезов— возможность формирова­ния шипов на деталях большой ширины. Отечественный станок ШПА-40 (рис. 4) имеет рабочую ширину 400 мм и используется в производстве кор­пусов радиоаппаратуры, упаковки для дорогих приборов и прочих товаров.

Рис. 4 Ящичный шипорез ШПА-40 с автоматической подачей: 1 — пульт управления; 2 — электродвигатель; 3 — орган управления гидроприводом; 4 — подшипник рабочего вала; 5— гидрозажим; 6— ременная передача; 7— заготовки; 8 — стол; 9 — гидрошланг; 10 — гидроцилиндр подъема стола.

Станок имеет горизонтальный фрезерный вал. Шипы зарезаются при вер­тикальном перемещении стола с закрепленными на нем заготовками. В нашей стране выпускались также ящичные шипорезы ШЛХ-З для шипов типа ласточ­кин хвост и двухсторонние Ш2ПА для прямых шипов.

Станки итальянской фирмы OMEG для ящичного шипа фрезеруют до че­тырех типов шипов с регулируемым шагом по форме, указанной на рисунке 5. Станочный агрегат может обрабатывать обе части соединения типа ла­сточкин хвост по отдельности или одновременно, в зависимости от установ­ленной оператором программы. Длина обрабатываемой заготовки колеблется от 200 до 1500 мм, а ширина — от 60 до 770 мм в зависимости от марки станка.

Рис. 5 Фреза для формирования проушин типа ласточкин хвост фирмы OMEG (Италия)и общий вид соединения ящичными шипами

Современные импортные шипорезные станки имеют следующие особен­ности:

• удлиненные фрезерные шпиндели, что позволяет устанавливать на них два-три комплекта инструмента для шипов различной конструкции и очень быстро перенастраиваться на другую задачу путем вертикального позициони­рования шпинделя;
• полуавтоматическая или автоматическая установка инструмента (фрез, ножевых головок, пилы) в рабочую позицию;
• цифровая индексация важнейших параметров работы станка.

Помимо прямых шипов, в мебельном производстве требуется формиро­вать шипы наклонные, круглые или скругленные. Для таких целей существуют специальные шипорезные станки, в которых формирование круглых и скруг­ленных шипов происходит в позиционном режиме. При жестком закреплении заготовки режущий инструмент совершает замкнутое движение по контуру шипа (рис. 6). Наиболее широкое применение подобные станки находят в производстве кресел и стульев.

Рис. 6 Станок шипорезный ШДС-1 (Кодос-Станкоагрегат) и эскизы шипов, нарезаемых на этом станке

Станок имеет два стола, работающих в автоматическом попеременном режиме. Значения толщины, ширины и наклона шипа можно перенастраивать без выключения станка.

Аналогичный станок выпускает итальянская фирма Bacci Paolino. Станок позволяет изготовить любой тип мебельного шипа в любой плоскости. Регули­ровка движения шпинделя осуществляется механически и занимает несколько секунд. Стандартная комплектация станка позволяет получать шипы без сколов древесины на выходе инструмента. Толщина, ширина и наклон шипа регули­руются без остановки станка, с помощью выносного регулирующего колеса.

На рынке можно также найти двухсторонние станки с программным управлением для формирования шипов разной формы, в том числе скруглен­ных (рис. 7).

Данный станок имеет систему автоматической загрузки/выгрузки прямо­линейных и криволинейных деталей, а также ЧПУ-настройки всех параметров отдельно для правого и левого агрегатов.

Станки для зарезки зубчатых шипов конструктивно близки к односто­ронним пшпорезным станкам. Отличие заключается в применении специаль­ных фрез, конструкция которых обусловлена нужным профилем шипов. Обыч­но сегодня для сращивания используют минишипы с длиной 10-15 мм. Перед фрезерной головкой устанавливают торцовую пилу для зачистки торца перед его фрезерованием.

Следует различать станки для зарезки горизонтальных и вертикальных шипов. Горизонтальные шипы зарезают по кромке заготовки, а вертикаль­ные — по пласти. Для обоих типов шипов существуют как позиционные, так и проходные станки.

В России станки для нарезки шипов с целью последующего сращивания короткомерных отрезков пиломатериалов выпускают несколько предприятий (в Великом Новгороде, Ставрополе, Липецке, Костроме, Твери). На рисунке 8 показан станок для зарезки минишипов СФШ-005 из Ве­ликого Новгорода.

Рис. 7 Автоматический шипорезный станок с ЧПУ MSZ 2000 (поставщик MS-group-Krasnodar) («Бакаут», Великий Новгород)

Рис. 8 Шипорезный станок для нарезки зубчатых минишипов СФШ-05

Пачка заготовок укладывается кромками на каретку, выравнивается тор­цами по упору, фиксируется пневмоприжимом. Заготовки могут укладываться пластью вниз для формирования горизонтальных шипов или устанавливаться на кромку для получения вертикальных шипов. Затем каретка механически по­дается на режущий инструмент, а после зарезки шипов возвращается в исход­ное положение.

Для формирования шипов на втором торце пачка заготовок разворачивается на 180°, снова базируется по второму торцу и цикл зарезки по­вторяется, при этом стол автоматически смещается по высоте на полшага зуб­чатых шипов (шаг соединения составляет 3-5 мм). Шипорезный станок осна­щен оригинальным узлом подрезной пилы, сокращающим ход каретки, что по­вышает производительность труда. Ширина пакета заготовок — до 400 мм. Скорость подачи каретки регулируется. Минимальная длина заготовки — 200 мм, максимальная — 730 мм, цикл обработки одной пачки —1-2 мин.

Вместо каретки подобные станки могут быть оборудованы столом с по­воротным конвейером, который позволяет сократить время вспомогательных операций и повысить производительность станка. После обработки одного тор­ца снимается зажим заготовок, конвейер поворачивается (вручную или автома­тически), заготовки базируются по противоположным торцам, снова зажимают­ся и происходит опиловка и формирование зубчатых шипов на втором торце за­готовок. Такая конструкция, однако, рассчитана только на короткие заготовки, обычно длиной 0,7—1 м.

Проходной способ фрезерования горизонтальных шипов реализуется в линии, где имеется поперечный конвейер, по краям которого находятся два шипорезных станка. В ходе движения доска сначала базируется и фрезеруется по правому торцу, а затем — по левому (рис. 9).

Совсем иначе обстоит дело при нарезке вертикальных шипов на досках средней и большой длины. В производстве клееных балок длиной до 12 м и бо­лее для сращивания используют вертикальные шипы, поэтому шипорезные станки с кареткой здесь не подходят.

Рис. 9 Линия формирования зубчатых горизонтальных шипов для длинных досок (Weinig, Германия)

Вертикальные профили используются главным образом в конструкциях деревянных сооружений, а также при изготовлении окон и рам. Этот метод га­рантирует наибольшую площадь склеивания, что означает получение самого прочного зубчато-клинового соединения из всех возможных.

В линиях сращивания применяют позиционные станки для поштучной нарезки зубчатых шипов (рис. 10) в которых рабочее движение сверху вниз выполняет фрезерный шпиндель.

Рис. 10 Станок для вертикального формирования зубчатых шипов (Weinig, Германия)

Технические характеристики

Функции оператора при работе на автоматическом станке сводятся к загрузке и переворачиванию заготовок, запуску либо остановке цикла. Важными показателями шипорезных агрегатов являются:

• наибольший размер шпенька;
• наименьшая толщина;
• высота паза;
• ширина;
• максимальный размер заготовки;
• обороты шпинделя;
• мощность двигателя.

Кроме характеристики для классификации станка, указываются параметры режущего инструмента: диаметр пилы, вид и размер фрезы.

Часто на больших поточных линиях такое оборудование устанавливается к потолку. Станки дополнительно фиксируются прижимными устройствами, где заготовки обрабатываются подрезными пилами с последующим формированием шипов на фрезерных суппортах.

Подача регулируется плавно за счет вариатора. Для создания качественной поверхности сопрягаемых элементов скорость шпинделя должна быть около 700 об/мин.

Принцип работы

При образовании шпеньков, как правило, применяется процедура пиления и фрезерования. Для получения поверхностей шипового соединения используется соответствующий режущий инструмент.

Внимание! Какой бы формы шипы ни были, первоначальной операцией является торцевание заготовки.

Для наиболее распространенных моделей, применяющих при обработке фрезерование, станки оснащаются четырьмя шпинделями – тремя фрезерными и одним пильным. Загружаться на стол каретки могут одна или несколько заготовок, при этом они выставляются кромкой по линейке, а торцом – по упорной планке.

Шип образуется в результате торцевого фрезерования. Во время выхода режущего инструмента могут появляться сколы на краях, поэтому для их предотвращения на линейке смонтирован подпорный брусок, а также в некоторых станках предусмотрено нанесение клея на обрабатываемую поверхность.

После включения механизма подачи изделие автоматически фиксируется за счет бокового и верхнего гидравлических зажимов. Каретка с заготовкой начинает движение с определенной скоростью по двум направляющим относительно режущих инструментов.

При этом во время хода каретки на конструкции образуется шип нужной конфигурации, затем устройство, дойдя до упора (концевого выключателя), возвращается на исходную позицию. Здесь происходит замена готового изделия на заготовку, и цикл вновь повторяется.

В случае если станок двухсторонний, процесс формирования шипов происходит с двух сторон заготовки.

Фрезерный станок с ЧПУ для нарезания шипа стульев и столов CNC-200

Назначение:

Предназначен для формирования вертикальных и горизонтальных закругленных шипов на прямых и криволинейных деталях.

Область применения:

Станок применяется в мебельных и столярных производствах, занятых серийным выпуском стульев и столов.

Отличительные особенности:

• Два рабочих независимых стола позволяют добиться левой и правой операции, повысить эффективность работы.
• Используется бесступенчатое изменение скорости подачи, стабильная для каждого вида дерева.
• Направляющие столов прямые и превосходной точности
• Ширина и глубина шипа может быть скорректирована, размер стабилен
• Центральная панели управления, простота в эксплуатации, высокое качество работы.

Конструкция:

Шипорезный станок (с округленной формой шипа) может производить горизонтальные, вертикальные и наклонные шипы. Станок включает основание с двумя фиксированными столами, одну головку (инструмент), которая движется от одного стола к другому посредством специального цикла, описанного ниже.

Точность:

Движение инструмента было специально разработано для возможности обработки шипов с высокой точностью и во избежание каких-либо возможных расщеплений. Данный результат достигается посредством постоянной работы инструмента по направлению волокон и движения таким образом, что если обработка завершена, то инструменту не нужно нагружать уже обработанную часть. Результатом второго перехода может быть недостаточная точность в качестве шипов. Рабочая скорость не снижается за счет данного цикла при правильном расположении инструмента во время передачи с одного стола на другой.

Столы:

В дальнейшем точность гарантируется неподвижными столами. Как известно, чем более неподвижна заготовка, тем более точной является ее обработка. Все настройки стола (высота, поперечный, передний и задний наклон) легко регулируются с помощью маховика либо с помощью регулировочного винта с тем же гаечным ключом, предоставленного в качестве оборудования. Любая настройка имеет отсчетную шкалу и механическую нулевую точку абсолютной точности, которая калибрируется во время сборки станка. Зажим и разблокировка более стандартных настроек осуществляется с помощью рукоятки. Позиционирующее ограждение, размещенное на столе, используется в качестве регулирующего устройства для исполнения шипов под углом 0-45°. Переднее и заднее ограждения укомплектованы исходной точкой для простого исполнения. Пневматический зажимной цилиндр на каждом столе, укомплектованный неповоротным ограждением, размещен так, чтобы не пересекаться с оператором во время загрузки/разгрузки и гарантировать простоту регулировки. Можно настроить два стола, таким образом, чтобы за один проход делать и левую и правую ножку.

Фрезерование шипа:

Благодаря неподвижным столам можно полностью обезопасить движение инструмента, оставляя лишь два небольших отверстия для заготовки, которую необходимо обработать. Это не только защищает оператора от случайных контактов, но также улучшает эффективность пылеулавливающего колпака и снижает уровень шума, производимого станком.

Преимущества:

Специальное исполнительное движение, осуществляемое инструментом и неподвижными столами, гарантирует безупречное исполнение шипов даже на очень длинных заготовках, так как заготовка всегда неподвижна во время обработки. Неподвижные столы позволяют оператору работать в спокойной обстановке без необходимости постоянно двигаться во избежание движений стола и без необходимости использовать соответствующее опорное устройство для длинных заготовок, таких как стороны кровати, скамейки, садовая мебель и прочее. Цикл, предотвращающий расщепление постоянно функционирует и гарантирует хорошее качество без увеличения времени обработки. Напротив, это случается на станках конкурентов, на которых происходит трата времени и ухудшается качество, поскольку инструмент должен повторно деформировать уже обработанную часть.

Самодельный шипорезный станок

Сегодня есть все возможности для предпринимательской деятельности, при этом многие занимаются изготовлением мебели, деревянных дверей и окон, где без соединительных шипов при сборке изделия не обойтись. И поскольку шипорезные станки стоят недешево, на первых порах для получения фиксирующих элементов вполне подойдет самодельный агрегат.

Его несложно изготовить своими силами, что сэкономит большие средства во время организации производства. Причем существуют разные варианты для изготовления таких станков, где базовым элементом может служить стационарный двигатель, болгарка, электролобзик и даже электрическая дрель.

Рассмотрим изготовление шипорезного станка своими руками на основе болгарки с расположением дисковой фрезы в горизонтальном положении.

Как и в заводском станке, здесь, кроме двигателя и режущего инструмента, существуют два комплектующих узла:

• станина;
• столешница.

Станина должна быть прочной и устойчивой, поскольку это базовая часть агрегата, на которой установлены устройство для крепления заготовки и болгарка с фрезой. Эта составляющая часть шипорезного станка может различаться по конструкции и изготавливаться без чертежей. Например, ее можно сделать из металлических уголков, а на них зафиксировать лист ДСП.

Размер столешницы должен соответствовать предполагаемой заготовке. На ней также располагаются струбцины и контрольная линейка.

Направляющие станины должны быть строго перпендикулярны движению столешницы при фрезеровании соединительных элементов. От этого зависит качество соединения шипов и проушин.

Описание

Универсальный шипорезно-долбежный станок по дереву MULTICUT предназначен для автоматизации множества столярных операций при серийном и мелкосерийном производстве мебели, дверей, деревянных деталей интерьера.
Станок выполняет следующие операции:

• Изготовления соединения шип-паз в различных вариациях (одинарный, двойной, многократный, круглый, «Ласточкин хвост», ящичный шип, зубчатые шиповые соединения;
• Фрезерования посадочных мест под врезку замков и навесов;
• Фигурную резку контуров столярных изделий;
• Фрезерования декоративных элементов на деталях столярных изделий.