Устройство лущильного станка. Лущение представляет собой поперечное резание древесины. Обрабатываемый материал совершает вращательное, а режущий инструмент - поступательное движение в направлении оси вращения материала. В результате этого цилиндрический отрезок древесины превращается в тонкий слой определенных размеров. При этом скорость резания оказывается величиной переменной, так как число оборотов шпинделей станка постоянно, а диаметр чурака в процессе лущения уменьшается. Данная операция выполняется с помощью лущильного станка, основными частями которого являются станина, две шпиндельные бабки, суппорт, передаточные механизмы и система управления. Для детального ознакомления с устройством лущильного станка и взаимодействием его частей можно рассмотреть кинематическую схему станка, изображенную на этом рисунке.

Подлежащий обработке чурак, будучи автоматически установленным между телескопическими шпинделями, зажимается путем осевого их перемещения, осуществляемого с помощью гидроцилиндров. Вращательное движение шпиндели станка получают от главного электродвигателя через клиноременную передачу, муфту сцепления и две цилиндрические передачи, имеющие зубчатые колеса с косыми зубьями. Для быстрого подвода суппорта к укрепленному между шпинделями чураку в станке предусмотрен специальный механизм ускоренной подачи, состоящей из электродвигателя и клиноременной передачи. Передавая вращение суппортным винтам через клиноременную передачу и пару конических зубчатых колес, он заставляет двигаться суппорт.

Дальнейшее движение суппорта выполняется с помощью механизма рабочей подачи, связывающей правый шпиндель и суппортные винты. В указанный механизм входит цепная передача со звездочками, коробка скоростей, цепная передача со звездочками и пара конических зубчатых колес. Для ускоренной оцилиндровки чураков в станке предусмотрена возможность передачи движения от шпинделя к суппортным винтам с помощью кинематической цепи, включающей три цепных передачи со звездочками, а также пару конических зубчатых колес. Управление станком состоит из рукоятки для включения рабочей или обдирочной подач, а также кнопочного управления двигателями, муфтой сцепления, колодочным тормозом, цилиндрами подъема прижимной линейки и т. д.

Устройство суппорта одной из моделей лущильного станка показано на данном рисунке. Основными частями суппорта являются ножевая траверса и траверса прижимной линейки, сидящие на одном валу. На траверсе с помощью болтов и накладки  крепится нож. Изменение его положения по высоте достигается вращением винта. Установка ножа под требуемым углом наклона осуществляется съемной рукояткой, при вращении которой изменяется положение задней части ножевой траверсы. Прижимная линейка (о роли которой подробней будет сказано далее) крепится на траверсе. Положение ее по отношению к ножу регулируется маховичком и специальными винтами, не показанными на рисунке. При вращении маховичка поворачиваются зубчатый сектор и вал. Поскольку последний имеет эксцентричные шейки, свободно сидящая на нем траверса прижимной линейки при его вращении будет перемещаться в горизонтальном направлении, что позволит изменять зазор между ножом и линейкой. Для быстрого подъема линейки во время оцилиндровки чураков в станках современной конструкции предусмотрен специальный пневмоцилиндр.

Рабочие скорости лущильного станка. Главным показателем работы лущильного станка является его производительность, в значительной степени зависящая от рабочих скоростей, величина которых устанавливается по кинематическим связям. На основании использования кинематической схемы рассмотренного лущильного станка составлены формулы для определения его рабочих скоростей - смотрите таблицу.

Размерная настройка лущильного станка. Знание требуемых размеров толщины шпона и наличие кинематической схемы лущильного станка позволяют решать вопрос о его настройке, т. е. установить, какие зубчатые колеса цени подачи суппорта должны быть введены в зацепление, чтобы можно было получить шпон заданной толщины.

Толщина шпона, если ее рассматривать с кинематической точки зрения, представляет собой подачу суппорта, т.е. режущего инструмента, на один оборот шпинделя (обрабатываемого материала). Зависимость между перемещением суппорта и вращением шпинделя станка в общем виде может быть представлена так:

S = t / i

где:

• S- подача суппорта за один оборот шпинделя;
• t - шаг ходовых винтов;
• i - общее передаточное число кинематической цепи, передающей движение от шпинделя к суппортным винтам.

Последнее для любого лущильного станка может быть представлено в виде произведения передаточных чисел двух частей механизма:

первой части, передаточное число которой постоянно i_п

второй части, передаточное число которой может быть изменено i_с.

Для рассматриваемого лущильного станка

i_п = z₄/z₃ * z₈/z₇ * z₁₀/z₉ = 40 / 9

i_c = z_b * z_d / ( z_n * z_n )

Основные технические показатели лущильных станков. К числу главных показателей технической характеристики станков относятся следующие:

1. Наибольшее расстояние между центрами шпинделей, определяющее максимальную длину обрабатываемого чурака. В современных станках оно может быть от 500 до 5000 мм.
2. Высота центров над станиной, определяющая наибольший возможный радиус чураков, которые могут быть обработаны на данном станке. В современных станках указанное расстояние может составлять от 400 до 2000 мм.
3. Число оборотов шпинделей, оказывающее основное влияние на производительность лущильного станка. Лимитируется в основном размерами сырья. При сырье диаметром до 35-40 см число оборотов может доходить до 130 в минуту, при более крупном сырье не превышает 70-80 об/мин.
4. Скорость ускоренной подачи, характеризующая возможные затраты времени на холостые перемещения суппорта. Эта величина лежит в пределах от 40 до 85 мм/сек.
5. Скорость осевого перемещения правого шпинделя, характеризующая возможные затраты времени на предварительный зажим чурака. Эта величина равна 30-70 мм/сек, а в случае применения гидропривода - до 180 мм/сек.
6. Диапазон толщины шпона, определяющий возможность выработки продукции различного назначения. В последних моделях станков диапазон толщины ограничивается пределами 0,05-5 мм.
7. Диаметр кулачков, определяющий размер отхода (карандаша), остающегося после разлущивания чурака. Эта величина зависит от диаметра и длины обрабатываемого чурака и может быть от 45 до 200 мм.
8. Мощность главного электродвигателя, определяющая размеры обрабатываемого материала. Диапазон колебания этой величины от 5 до 70 кет.

Режимы лущения. Лущением чураков преследуется цель получения достаточно плотной и гладкой стружки. Образование трещин и разрывов на ней недопустимо, так как отрицательно сказывается на качестве фанеры.

При лущении шпона режущий инструмент располагается по отношению к чураку, как показано на этом рисунке, в секции а. Если инструмент совершает свободное резание древесины, во время внедрения в нее перед режущей кромкой образуется трещина, направление распространения которой произвольно. Благодаря этому поверхность срезаемого слоя древесины и поверхность остающейся цилиндрической части имеют довольно большие неровности. Кроме того, на левой (т. е. обращенной к чураку) стороне срезаемого шпона из-за незначительной прочности последнего в поперечном направлении образуются дополнительные разрывы, вызываемые перегибом листа в месте внедрения инструмента в древесину.

Этого можно было избежать, если бы нож представлял собой бесконечно тонкую пластинку, расположенную по касательной. Но ввиду того, что прочность такой пластинки оказалась бы явно недостаточной, режущий инструмент необходимо делать в виде клиновидного тела (с углом заострения р) и устанавливать его во избежание трения под некоторым углом а к чураку. Это и является причиной перегиба шпона в указанном месте.

Для предотвращения увеличения напряжений в шпоне угол резания б, представляющий собой сумму углов заострения р и заднего угла а, ограничивается определенными пределами; при лущении шпона из березы и ольхи он равен 19-24°, из твердых пород древесины 24-26°, из хвойных пород 25-27°.

Установку ножа рекомендуется производить так, как указано в этой таблице.

Устройство у лущильных станков наклонных параллелей может считаться оправданным только в том случае, когда необходимо разлущивать чураки большого диаметра.

Как уже отмечалось, при свободном резании древесины на левой стороне шпона появляются трещины и неровности. Для их ликвидации применяют обжим шпона, выполняемый с помощью прижимной линейки. Она должна быть расположена так, чтобы создаваемое ею давление на древесину проходило через режущую кромку инструмента и зазор между ножом и линейкой был меньше расчетной толщины шпона. Возникающий при этом обжим шпона может быть охарактеризован степенью обжима

delta = ( S - S₀ ) / S * 100%

где:

• S - расчетная толщина шпона, мм;
• S₀ - расстояние между ножом и прижимной линейкой, мм.

Для обеспечения хорошего качества поверхности шпона и требуемой прочности степень обжима должна быть выдержана в пределах 10-30%, в зависимости от породы древесины, толщины, шпона и температуры нагрева чурака. Качество шпона при лущении с обжимом зависит также от профиля прижимной линейки. Если древесина отличается однородностью строения, прижимная линейка может иметь профиль.

При лущении древесины, обладающей значительной разницей в плотности весенней и осенней частей годичного слоя (например, сосны), лучшие результаты дает применение линейки, имеющей профиль. Наличие нажимной фаски обеспечивает более плавную деформацию шпона, предотвращая вырывание отдельных волокон древесины.

Установка лущильного ножа и прижимной линейки. Установка лущильного ножа заключается в ориентации его по высоте (т. е. по отношению к оси вращения шпинделей) и придании ему требуемого угла наклона. Отведя суппорт от шпинделей. так, чтобы расстояние от оси вращения шпинделей до лущильного ножа было равно среднему радиусу чураков, нож устанавливают по высоте с помощью высотомера, изображенного здесь.

Из равенства

H = d_k / 2 - h

при известном d_k кулачка и заданном h находят Н, по которому устанавливают ножку высотомера. Нож при ослабленных прижимных болтах ставят затылочной гранью на установочные винты суппорта. Высотомер устанавливают на конец ножа и выдвинутый шпиндель, как показано на рисунке.

Установочным винтом, поддерживающим конец ножа, уровень приводят в горизонтальное положение. Затем прибор переносят на другой конец ножа, который тем же путем устанавливают по второму шпинделю. После этого подвертывают остальные установочные винты и нож окончательно закрепляют на суппорте.

Установка ножа под требуемым углом осуществляется с помощью наклономера. Для этого корпус прибора прикладывают к задней грани ножа, а уровень сектора приводят в положение, соответствующее вычисленному углу

Theta = alpha +- epsilon = alpha +- arctg( ( a + h ) / ( r² - h² )^1/2 )

где:

• Theta - угол, образуемый задней гранью ножа с вертикалью, проходящей через режущую кромку;
• аlpha - задний угол;
• еpsilon - дополнительный угол, образовавшийся вследствие несовпадения касательной АТ к чураку (в месте внедрения в него ножа) и вертикали АС;
• а - величина поднормали;
• h - положение режущей кромки ножа по высоте относительно оси шпинделя;
• r - радиус чурака.

Плюс в формуле должен быть при установке ножа выше или на уровне оси вращения шпинделей, минус - при установке ножа ниже оси вращения шпинделей.

Вращением рукоятки траверсу поворачивают в ту или иную сторону до тех пор, пока уровень на секторе не займет горизонтального положения. Установка прижимной линейки заключается в ориентации ее кромки по отношению к режущей кромке ножа, т. е. в выдерживании расстояний:

h₀ = 0,1 * S

и

S₀ = ( 1 - delta / 100 ) * S

Установку производят с помощью набора пластинчатых щупов или калиброванных пластинок.

Характеристика зон чурака. У чурака следует различать четыре зоны, как показано на этом рисунке:

• первую зону, являющуюся следствием неправильной формы чурака (искривления его оси, сбежистости и эллипсоидальности сечения);
• вторую зону, возникающую в результате неправильной установки чурака между шпинделями станка;
• трутью зону, содержащую полноформатный шпон;
• четвертую зону, представляющую собой остаток древесины после разлущивания чурака.

В начале лущения, когда нож станка срезает древесину, заключенную в первой зоне, форма кусков шпона неопределенна: по ширине куски меньше длины окружности цилиндра, вписанного в верхний торец чурака. Данную зону принято называть зоной рванины. Когда радиус окружности резания станет меньше, с поверхности чурака будут срезаться куски, наибольшая длина которых равна длине чурака, а ширина - меньше длины окружности вписанного цилиндра. Рассматриваемую зону принято называть зоной длинных (деловых) кусков. При дальнейшем лущении чурака наступает момент, когда ширина снимаемых с его поверхности кусков становится равной окружности вписанного цилиндра, благодаря чему со станка начнет сходить непрерывная лента шпона. Эту зону принято называть зоной полноформатного шпона. Так будет продолжаться до момента подхода к самой малой окружности, ограничивающей остающуюся после лущения часть древесины. Эту часть называют зоной карандаша.

Количественный выход шпона. Объем древесины, заключенной в каждой из рассмотренных зон, может быть охарактеризован следующими цифрами: зона рванины 20-23%, зона длинных кусков 4-5%, зона полноформатного шпона 57-59%, зона карандаша 15-17%. Чем больше диаметр чурака, тем больше удельный вес второй и третьей зон.

Объем зон не может быть точно определен теоретическим путем из рассмотрения геометрической формы чурака, так как последняя очень неопределенна. Поэтому для определения объема делового шпона пользуются эмпирическими формулами.

В случае лущения чураков на станке, оборудованном механическим центровочно-загрузочным приспособлением, при полном отборе кускового шпона выход делового шпона из чураков может быть определен по формуле 

q_ш = pi * l / 4 * ( K_в² * d_ч² - d_к² )

где:

• d_ч - диаметр чурака в верхнем отрубе, м;
• d_к - диаметр карандаша, м (смотрите эту таблицу);
• l - длина чурака, м;
• K_в - коэффициент выхода сырого шпона из чурака при сортировке сырья по ГОСТ 9462 - 60 (таблица).

Деловые куски, в зависимости от диаметра разлущиваемого чурака, составляют 13-17% от объема делового шпона.

Подсчеты показали, что разница в выходах шпона из сырья разного сорта составляет между двумя соседними сортами приблизительно 3,5-4%. При известном процентном соотношении сортов в партии сырья средний объемный выход находится по формуле

q_ш = 100 / ( a₁ / q'_ш + a₂ / q''_ш + a₃ / q'''_ш )

где a1, а2, а3 - процентное соотношение между чураками 1, 2, 3-го сортов (а1 + а2 + а3=100%).

Качественный выход шпона. Основным сортообразующим пороком, определяющим качество листа шпона, как известно, являются сучки. Учет их размеров и количества в сочетании с остальными пороками древесины (ложное ядро, обесцвечивание, пятнистость, прорость и т. д.) позволяет решить вопрос об отнесении шпона к тому или иному сорту.