Станок для автоматизированного производства срубов из брёвен естественной формы

Полезная модель относится к станкам для автоматизированного производства срубов из бревен естественной формы.
Известна установка для изготовления деревянных деталей сруба, содержащая станину с направляющими, установленные на станине неподвижную и подвижную бабки с центрами, приводную каретку с узлами резания, обеспечивающими операции оцилиндровки и выборки продольных пазов (см. Авторское свидетельство СССР №1052382, Кл. В27С 9/04, 1983 г. ). Обрабатываемое бревно подается на станок, устанавливается в центрах и удаляется со станка с помощью грузоподъемных механизмов. Недостатком известной установки является использование какого-либо грузоподъемного оборудования как для подачи и удаления бревна на станок и со станка, так и для установки его в центрах, что снижает производительность станка и, кроме того, не обеспечивает точности установки в центрах.
Известен станок для оцилиндровки и выборки продольных пазов, содержащий станину с направляющими, установленные на станине подвижную и неподвижную бабки с центрами, каретку с приводным механизмом перемещения по направляющим, при этом на каретке смонтированы режущие механизмы оцилиндровки и выборки продольных пазов (см. Полезная модель РФ №52760, Кл. В27С 9/04, 2006 г. ). Кроме того, известный станок снабжен двумя гидравлическими подъемниками для подъема и установки бревен в центрах. Упомянутые подъемники размещены внутри станины между направляющими с возможностью регулировки подъема по вертикали под действием гидроцилиндра.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является станок для автоматизированного производства срубов из бревен естественной формы, состоящий из рамной части, на которой расположены подвижный портал с закрепленным на нем фрезерным узлом, приводной и подводимой бабок (cм. http://stanokgid.ru/derevo/stanok-dlya-izgotovleniya-sruba.html).
Недостатком этого станка является:
высокий уровень отходов древесины 40-60%;
изменение естественных напряжений в структуре бревен;
снижение долговечности сруба из-за снятия внешних слоев древесины;
ограниченные функциональные возможности из-за конструкционных возможностей станка выполнять только заранее заданные технологические операции.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение количества отходов древесины; снижение энергозатрат при изготовлении сруба; получение индивидуальных продольных и поперечных стыков для каждого бревна с минимальным монтажным зазором; сохранение плотного наружного слоя древесины, а следовательно, увеличение долговечности строения, увеличение термосопротивления стен, расширение технологических возможностей станка.
Поставленный технический результат достигается тем, что станок для автоматизированного производства срубов из бревен естественной формы, состоящий из рамной части, на которой расположены подвижный портал с закрепленным на нем фрезерным узлом, приводная - стационарная - и подводимая бабки, снабжен числовым программным управлением, интегрированным в конструкцию станка сканирующим устройством, подвижный портал выполнен в виде двух колонок, на которых крепится горизонтальная балка, портал имеет возможность перемещаться по оси X, по направляющим этой балки перемещается фрезерный блок, состоящий из каретки, имеющей возможность перемещаться вправо-влево -по горизонтальной оси У, на направляющей каретки размещена консоль, перемещающаяся по оси Z - вертикальной оси, на консоли размещен фрезерный узел с двумя степенями свободы: вращение вокруг вертикальной оси С и вращение и вращение вокруг горизонтальной оси А, четыре автоматически позиционируемые каретки, бабки и автоматически позиционируемые каретки установлены на внутренней паре направляющих рамы, подвижный портал установлен на внешней паре направляющих рамы, на каждой каретке установлены самоцентрирующиеся гидравлические захваты, расположенные на основании вышеуказанных кареток, как минимум, на одной из центральных кареток устанавливается автоматически управляемый люнет.
Предлагаемый станок представляет собой, по сути, фрезерный станок с числовым программным управлением (ЧПУ). Поэтому для обработки бревен естественной формы предварительно решается задача измерения геометрических характеристик с применением сканера бревен и программного комплекса CAD, САМ, которые позволяют автоматизировать процессы проектирования и изготовления срубов из бревен естественной формы. Разработанный проект сруба фиксируется в программном комплексе станка. Бревна, имеющиеся в распоряжении изготовителя сруба, подвергаются снятию сучков и коры. Очищенные от коры и сучков бревна поступают в станок для измерения их геометрических характеристик сканером, интегрированным в станок. Промерив определенное количество бревен и получив 3D модели, программный комплекс CAD определяет их местоположение в сруб по принципу «вершина-комель» с учетом их природной геометрии и конусности - естественного сбега бревен, что обуславливает минимальную механическую обработку продольных и поперечных стыков бревен в оптимальном варианте для данного проекта сруба и присваивает каждому бревну свой порядковый номер в срубе. Механической обработке в бревне, как и при ручной рубке, подвергаются только места его продольного и поперечного сопряжений с соседними бревнами сруба. За счет этого снижается объем используемого материала путем сохранения естественной сбежности (конусности) бревна, уменьшается количество отходов древесины, уменьшается последующая энергоемкость изготовления сруба, сохраняется исходная толщина бревен, что увеличивает термосопротивление стен сруба. Программный комплекс в зависимости от выбранной технологии изготовления сруба выдает вариант обработки продольных и поперечных стыков бревен.
Конфигурация всех продольных и поперечных стыков индивидуальная, за счет чего максимально сохраняется наружный плотный слой древесины. Это обеспечивает долговечность бревен и герметичность стыков сруба при наличии минимального монтажного зазора. После установки бревна в станок с числовым программным управлением в бревне автоматизировано изготавливаются продольные и поперечные стыки в варианте программного комплекса для данного конкретного бревна. Штатная фиксация продольной оси бревна при его сканировании и автоматизированной обработке выполнена в виде 2-х бабок, снабженных фиксирующими элементами изготовленных в виде штырей, выступающих из торцевой поверхности бабок. При этом приводная бабка снабжена 2-мя горизонтально или вертикально расположенными штырями, а подводимая бабка - одним центральным. Поперечная ось бревна определяется выбранным базовым (горизонтальным или вертикальным) положение штырей на приводной бабке, что обеспечивается программным обеспечением станка и определяет базовое положение бревна в станке для начала сканирования и обработки. Для снижения механических нагрузок на штыри приводной бабки их необходимо разнести на максимально возможное удаление друг от друга симметрично продольной оси вращения приводной бабки. При этом нужно отметить, что перед операцией сканирования бревна и для обеспечения его жесткой фиксации в его торцах высверливаются посадочные отверстия для штырей бабок. Для сохранения базового положения бревна от его первоначальной загрузки и для определения базового положения и в последующих загрузках может быть использован маркер положения бревна, представляющий собой дополнительные отверстия, выполненные в верхних торцевых частях бревна.
На фиг. 1 показан предлагаемый станок для автоматизированного производства срубов из бревен естественной формы; на фиг. 2 показана автоматическая каретка, на фиг. 3 схематично показана работа подвижного портала и фрезерного блока.
Предлагаемый станок состоит из рамной части 1, на которой установлен подвижный портал 2, состоящий из двух колонок 3 и 4, на которых крепится горизонтальная (поперечная) балка 5. Портал 2 имеет возможность перемещаться по продольной оси X. По направляющим этой балки перемещается фрезерный блок 6 состоящий из каретки 7, имеющей возможность перемещаться вправо-влево (по горизонтальной поперечной оси У). На направляющей каретки 7 (направляющие каретки 7 на чертеже не показаны) размещена консоль 8, перемещающаяся по оси Z (вертикальной оси). На консоли 8 размещен фрезерный узел 9 с двумя степенями свободы: вращение вокруг вертикальной оси С и вращение и вращение вокруг горизонтальной оси А (см. фиг. 3). Кроме этого станок содержит установленные на раме приводную (стационарную) 10 и подводимую 11 бабки, а также автоматически позиционируемые каретки 12-15. Бабки 10 и 11, а также автоматически позиционируемые каретки 12-15 (основным назначением которых является фиксация и перемещение бревна или его частей по оси X рамы) установлены на внутренней паре направляющих 16 и 17 рамы 1. Подвижный портал 2 установлен на внешней паре направляющих 18 и 19 рамы 1. На каждой каретке 12-15 установлены самоцентрирующиеся гидравлические захваты 20-21, расположенные на основании вышеуказанных кареток. Как минимум, на одной из центральных кареток устанавливается автоматически управляемый люнет 22, обеспечивающий автоматическое линейное вертикальное перемещение для исключения провиса обрабатываемой заготовки.
Станок работает следующим образом.
Портал 2 и подвижную бабку 11 устанавливают в исходное положение - крайнее положение на противоположном от стационарной бабки конце рамы. Каретки 12-15, управляемые программой, располагаются вдоль рамы - между бабками 10 и 11. В станок подают заранее подготовленное: окоренное с удаленными ветвями и сучьями бревно. Позиционируют относительно центров. Бревно фиксируется зажимными лапами кареток. На обоих торцах бревна, под управлением ЧПУ фрезеруют посадочные отверстия для штырей бабок, используемые как для сканирования, так и для автоматизированной обработки бревен. Далее, бревно фиксируется между бабками. Благодаря числовому программному обеспечению, за одну установку бревна в автоматическом режиме производится обработка любой сложности. Для предотвращения провиса бревна, который может произойти по причине малого диаметра или прослабления бревна из-за объема выбранного материала, в конструкции центральных кареток предусмотрены автоматически управляемые люнеты 22.
Уменьшение количества отходов древесины; снижение энергозатрат при изготовлении сруба; получение индивидуальных продольных и поперечных стыков для каждого бревна с минимальным монтажным зазором; сохранение плотного наружного слоя древесины, а следовательно, увеличение долговечности строения, увеличение термосопротивления стен, расширение технологических возможностей станка является достоинством и преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.