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四面刨的分类、选型和四面刨使用工艺

2014-8-9 12:26| 发布者: mgdaoju| 查看: 16879| 评论: 0

摘要: 以四面刨为主要代表的多刀轴成型铣削加工是木材加工中应用最为普遍的一种加工形式,主要用于木制品零部件的各种成型加工。经其加工的木制品零部件可获得精确的宽、厚尺寸,截面形状和表面光洁度。1 分类四面刨的分类通 ...
                 

以四面刨为主要代表的多刀轴成型铣削加工是木材加工中应用最为普遍的一种加工形式,主要用于木制品零部件的各种成型加工。经其加工的木制品零部件可获得精确的宽、厚尺寸,截面形状和表面光洁度。

1 分类
四面刨的分类通常以加工宽度值、刀轴数、进给速度以及切削功率的大小来划分,一般为轻、中、重型三种。衡量四面刨加工能力的主参数,是其加工工件的最大宽度尺寸,其次是进给速度、刀轴数目和切削功率值。

1.1 轻型四面刨
轻型四面刨一般配有4根切削刀轴,其加工宽度为20~180mm。刀轴的布置方式通常为两根水平刀轴,两根垂直刀轴,其中上水平刀轴与左垂直刀轴可相对另外两根刀轴进行移动调整。进给采用滚筒全程牵引或启始端滚筒推进进给。

1.2 中型四面刨
中型四面刨一般配有5或6根切削刀轴,其加工宽度为20~230mm。5轴四面刨前4个刀轴的布置方式和顺序与4刀轴四面刨完全相同,第5根切削刀为可旋转刀轴,主要用作成型铣削加工;或第5刀轴为下水平刀轴,主要用做精确尺寸加工。6轴四面刨是在5轴四面刨的基础上,在所有刀轴的前面加上一个下水平刀轴,装有齿形铣刀,对木材工件的下表面进行2次加工,以获得一个精确的加工基准,保证加工精度。

1.3 重型四面刨
重型四面刨有7或8根切削刀轴,其加工宽度在200mm以上。重型四面刨多是以6轴四面刨为基础改进而来,可根据加工用途的不同,使最后2根刀轴有多种变化,主要目的是为了加工出高精度的基准面或成型面。通常是在6轴四面刨的最后端加上一个旋转刀轴而形成7刀轴四面刨,以2根旋转刀轴进行较为复杂型面的加工;或在6轴四面刨的基础上再加1个垂直刀轴,以垂直刀轴和可旋转刀轴做复杂型面的加工。8轴四面刨一般为2上2下3垂直外加1个旋转刀轴,或是2上2下2垂直和2旋转刀轴,用以加工较大尺寸的成型面或进行精确的截面尺寸加工。少数重型四面刨的最后端装有刮刀盒或砂光辊,其目的同样是为获得精确
尺寸和形状。

1.4 其它形式
在4轴四面刨上,将左垂直刀轴改为水平刀轴,安装一圆锯片做为截边锯,可对宽度尺寸差异较大的板材进行定厚定宽加工;将5轴四面刨的第5根刀轴改造为多片圆锯轴,在前4个刀轴对木材原料进行定厚定宽加工后,由多锯片轴将木材纵剖为板条;在6轴四面刨的基础上,将最后的上下水平刀轴改造为对剖多片圆锯轴,可剖分厚度尺寸较大的工件。

2 选型原则
选用多刀轴成型铣削类加工机床时,主要是选择刀轴的数目和刀轴间的调节范围。一般要根据被加工工件的形状、批量、进料时的方向、定位、加工基准和工件通过刀轴的方便程度等因素来考虑。由于使用环境的条件不同,被加工工件的变化多样,因此选型时并无固定的原则。通常是考虑一个主要的加工方向,兼顾其它各方面的要求,以满足最多的工艺加工需要,花费最小的费用,有简捷方便的操作维护为原则。

2.1 根据被加工工件的截面形状确定加工宽度和刀轴数目
四面刨的加工宽度和刀轴数决定了机床的加工能力、可加工工件的截面尺寸和形状。一般情况下,加工规则截面形状的工件用4刀轴四面刨即可满足要求;加工一个面为型面、其它为平面的线条工件时,用带可旋转刀轴的5刀轴四面刨即满足要求;加工复杂截面形状时,如包括开榫槽、榫头和铣削装饰型面,则要求用6刀轴或7刀轴四面刨。根据可能加工工件的批量选择机床的加工能力四面刨的加工生产能力主要由机床的进给速度、刀轴转速和切削功率决定。其加工生产能力为:
Q=B·t·V·k1·k2·k3 (mm/班)
Q=t·V·k1·k2·k3 (m/班)
式中:B—加工宽度;
t—工作时间;
V—进给速度;
k1—时间利用系数;
k2—机床利用系数;
k3—进给间断系数。
而刀轴的转速和切削功率与进给速度是相匹配的,切削功率为:
N=K·B·h·V (kW)
式中:K—切削比功;
h—切削厚度。
切削力为:
F=N/v=N/2πR·n (N)
式中:v—切削速度;
n—刀轴转速。
一般情况下,当进给速度高时,切削量即切削的宽度和厚度要小,刀轴的转速要增加。当进给速度低时,切削量可以适当增加,刀轴的转速可以相应降低,以满足电机的功率要求。但转速太低,将影响加工工件表面的光洁度。在允许的范围内,转速越高对提高工件表面质量越有利。

2.3 根据被加工工件的尺寸规格和精度,确定机床刀轴的相互位置和进料方式
四面刨加工工件的最大宽度是机床的主参数。工件的截面尺寸、宽度和高度尺寸决定了四面刨上、下水平刀轴和左、右垂直刀轴之间调节的极限范围,以及刀轴的调节定位精度。一般情况下,机床的各刀轴不应处于其可调节范围的极限位置,应当留有一定的余量,否则将影响加工精度。进给方式因影响机床加工时工件的定位和压紧而影响加工精度,通常是薄而长的板料及刚度较差的工件,进给机构各压辊的压紧力要小,而压紧滚筒应相应增加;短方材,刚度较好的工件,进给机构各压辊的压紧力可以增大,压紧滚筒也可以相应地减少。

3 适用的加工范围
3.1 轻型四面刨
用于加工长度尺寸较小、刚度较好的方材,或厚宽比小于1¨4的板材,在长度尺寸小于1m时,毛料可以直接经四面刨加工,也可以用于规格板方材的开榫、开槽加工。

3.2 中型四面刨
用于规格截面形状的方材或成型面的加工。5刀轴四面刨可以加工1个成型面,6轴四面刨主要用于精度要求高的平面或成型面加工,6个刀轴中最前端的2个下水平刀轴对工件进行2次加工,主要是为提高定位基准的精度。

3.3 重型四面刨
分为两种情况:一种是被加工工件具有简单截面形状,加工精度和表面光洁度要求不高,但工件的长度尺寸较大。这类加工所用机床的进给速度很高,加工量大,机床的功率大,毛料经一次切削加工即可达到要求,如车箱板等;另一种是加工高精度和高表面光洁度要求的复杂成型面,此类加工进给速度不高,但刀轴转速高,加工量不大,要求机床至少有1个刀轴可以旋转,如加工木线条、企口地板等。
综上所述,四面刨选用原则和适用的加工范围中最主要的一点,是四面刨适合于大批量的生产加工,如果某种被加工工件不够一定的批量,选用四面刨加工在经济上是不合理的。愈是结构复杂的机床愈适用于大批量生产。

4 主要技术参数
1)加工工件的最大宽度是四面刨的主参数,无论是国产机床还是进口机床,机床型号表达的多数是此值。它体现的是机床的加工能力,取决于左右刀轴间的调节范围。
2)最大加工厚度,决定了上水平刀轴相对于工作台面的调节高度和左右垂直刀轴的调节范围。
3)最小加工工件长度,由进给机构压辊之间的最小距离来决定。
4)工作台长度,决定了保证可靠加工精度的工件的最大长度。
5)刀轴轴径和铣刀外径,决定了配置铣刀的范围和机床留有的工作空间,同时决定了工件通过的方便性。
6)刀轴转速和电机功率,决定了加工时的切削量和可靠的实用加工能力。
5 四面刨使用工艺
5.1 典型工艺方案
四面刨在加工工艺中的主要作用是将木材原料加工成为截面尺寸和形状确定、表面质量符合要求的成品或半成品。由于其制成品的截面形状不同,所以四面刨加工出的成品可分为两类:一类是规则截面形状的板方材,另一类是各种非规则复杂截面形状的线材。主要加工原料为:整体实木材料,实木集成材,胶合层积材和中密度纤维板等。其主要产品有:家具零部件,建筑内装修和居室内装饰用材料。常规的工艺安排有:
四面刨→实木板方材和实木线条
四面刨→双端铣→实木门窗
四面刨→指接线→四面刨→木线条
四面刨→指接线→四面刨→拼宽→四面刨→双端铣→集成地板
四面刨→指接线→四面刨→拼宽→四面刨→热压机→胶合集成材
四面刨→线条包覆油漆线→装饰木线条
四面刨→切角机→装钉机→框类装饰品
根据以上的工艺安排,四面刨在不同工艺加工路线中起不同的作用,可以进行精加工,也可以进行粗加工。

5.2 四面刨加工工艺特点
1)提高加工能力和生产效率。四面刨是一种典型的工序集中式多刀联合机床,与传统多机床组合成的生产线相比,主要是通过缩短辅助工作时间来提高加工能力和生产效率。由于在四面刨一台机床上完成了传统工艺中平刨、压刨、下轴立式铣床等多台机床才能完成的加工,节省了机床间工件的运转时间,提高了单位时间内的产量,进而提高了加工能力和生产效率。另外,减少了机床的台数,不仅缩短了辅助工作时间,还减少了操作工人的数量,减少了车间的占地面积。因此,与传统的多机台工艺相比,四面刨不仅提高了单位时间内的产量,还提高了单位占地面积和单位人员的生产产量。
2)提高木材的出材率。四面刨是一次通过式加工,工件通过一次即可加工出所要求的尺寸、截面形状和表面要求的光洁度,避免了多台机床多次反复加工时,每次必须给出一定的切削用量以保证切削加工时消除进给机构所造成的压痕。
3)提高产品的质量和加工精度。四面刨的加工提高了工件必须的平直度和表面光洁度,为后续工序保证加工精度提供了必要条件。四面刨加工一次完成,减少了工件装夹定位的次数,从而减少了由定位误差而引起的加工精度误差。由于四面刨采用机械连续强制压紧进给,工件切削加工过程中,很少产生跳动和位移,在机床结构方面也为提高加工精度提供了有利的保障。进给速度可以根据被加工木材的材质和切削量的大小做多档调节或无级调速,从一定程度上减少了由于切削用量过大而引起的加工质量缺陷。
4)扩展工艺范围,增加了产品品种。四面刨除可以进行平面加工外,还可以进行开榫、开槽、直线、型面的加工,这是传统的平刨、压刨所无法相比的,在一台机床上进行几种工艺加工,扩展了机床的加工工艺范围,拓宽了机床的加工通用性。在不增加机床的前提下,即可以增加产品品种,又减少机床的购置投入,减少车间的面积,从一定程度上相对减少了产品的成本,提高了企业的生产效益。

6 机床结构对加工性能的影响
6.1 刀轴结构的影响
四面刨中,下水平刀轴和右垂直刀轴是用于加工工件的基准面,其结构对基准面的加工质量影响较大,而基准面质量的好坏直接关系到工件的最终加工质量。两个刀轴都可以分别在水平和垂直两个方向调节,以校正刀轴与工作台和靠尺之间的相对位置。下水平刀轴不仅可以安装圆柱铣刀,还要安装一把修边圆盘铣刀,以提高工件的定位精度;上水平刀轴是进行厚度尺寸加工的,是以下水平刀轴加工出的基准面为基准,把工件加工成为具有一定厚度尺寸的零件。由于上水平刀轴的切削加工用量较大,切削量的变化量也较大,所以配备的电机功率亦较之另几个刀轴电机的功率大。上水平刀轴亦可以在水平和垂直两个方向上调节,所不同的是上水平刀轴在垂直方向上调节的范围较大,其范围即为机床可以加工工件的最大厚度尺寸。
左垂直刀轴的结构与右垂直刀轴类似,刀轴水平方向的调节是为了适应切削加工不同宽度尺寸的工件,垂直方向的调节是为了适应切削加工不同厚度尺寸的工件。在有些四面刨中,此刀轴还可以进行倾斜角度调节。旋转刀轴是四面刨中通用性最强的刀轴,主要用于成型加工。刀轴安装于一个可以旋转和两个方向上可以移动调节的刀架上,由丝杠螺母机构推动其进行两个方向上的移动调节,以便加工时对刀。由一根端头为蜗杆的调节杆带动蜗轮旋转,推动刀轴旋转,完成整个圆周上的调节。此刀轴上可安装各种成型铣刀,对工件的任意一面进行成型铣削加工。
目前,四面刨水平刀轴常用铣刀的最大长度一般为230mm,180mm,120mm;垂直刀轴常用的最大高度一般为125mm,100mm。上水平刀轴垂直方向上可调节的最大距离和垂直刀轴上铣刀的最大高度决定了机床可加工工件的最大厚度尺寸。左垂直刀轴水平方向上的最大调节距离和水平刀轴上铣刀的最大长度决定了机床可加工工件的最大宽度。在保证满足使用的前提下,机床的最大加工宽度和厚度尺寸不宜选用过大,以免造成机床结构过于复杂,引起过大的设备投资,造成无谓的浪费。

6.2 进给机构的影响
四面刨进给机构的主要元件是2种不同结构的滚筒,上水平刀轴前的进给滚筒为带有沟纹的钢滚筒,目的是增大滚筒的进给力,上水平刀轴后的进给滚筒为表面包覆了橡胶的钢滚筒,目的是保护已加工好的表面。滚筒的上压紧有两种形式,分别为弹簧或气缸压紧,两者相比,气缸压紧的性能优于弹簧压紧的性能。
进给滚筒由进给电机经无级变速器调速,调速范围为5~35m/min,一般常用的进给速度为5~20m/min,过高的进给速度一般极少用到。机床使用时,操作者应根据被加工材料的材性、加工切削量和最终质量要求调节进给速度。
进给机构为保证满足加工不同厚度工件之需要,可以作高度方向上的调整。
不同种类四面刨进给机构的调整方式不同,一种是上水平刀轴与进给机构分别调节;另一种是上水平刀轴与进给机构一起调节,还有一种是进给机构既可以相对上水平刀轴单独调节,也可以一起调节。进给机构对加工性能的影响主要表现在以下几个方面:进给元件压紧力的调节和进给机构高度方向上的调节,决定了进给滚筒相对上水平刀轴的位置和进给力的大小,进给滚筒的间距决定了可加工最小工件的长度尺寸,变速机构的调速范围决定了最终的加工质量和功率消耗。另外,多数四面刨的第一个进给滚筒是可以抬起的,加工长料时抬起,加工短料时放下,以提高工件的加工质量。

6.3 工作台和靠尺的影响
四面刨工作台一般分为三段安装在机床的床身上,最前端的进料台和最后端的出料台为可调节工作台,中间一段为固定工作台,进料工作台的调节量就是下水平刀轴的一次切削加工用量,其长度尺寸直接影响到工件的加工精度,特别是长而薄的工件。靠尺既是工件加工时的垂直基准,同时又起引导工件进给的作用,以右垂直刀轴为界,前段为可调靠尺,后段为固定靠尺。靠尺的平直度影响工件的几何精度。

7 结束语
以四面刨为代表的多轴成型铣床在木材加工工艺中起着非常重要的作用,无论是在工艺加工,还是设备造价以及对产品产量和质量的影响方面,多轴成型铣床都有着极为独特的地位。选好、使用好四面刨对一个企业、一条木材加工生产线的生产效率、产品质量、经济效益至关重要。由于目前市场上四面刨的品牌较多,其产品性能和质量又各有千秋,所以,选用四面刨时不仅要根据以上的几条原则,还要依据实际生产加工的需要,具体分析、灵活掌握,使所选的四面刨能发挥最大效益。一般地,多轴成型铣床适用大批量生产,机床的结构愈是复杂,愈不适应小批量生产。在木材加工生产中,除了建筑门窗和胶合木生产的产品批量较大,工件结构较复杂和切削量较大外,其余的多用于家具和装饰装修材料生产中。大多数企业的生产状况是,产品批量和切削量不太大,品种繁多,类型分散。故在我国现阶段,应较为谨慎地选用重型四面刨和结构较为复杂的中型四面刨,而应侧重选用中型偏小和小型四面刨,以最大限度地发挥投资和设备效用.

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