Приемники и потребители электрической энергии систем электроснаб. 1. Приемники электрической энергии Введение
 Скачать 5.27 Mb.
|
|
2. Потребители электроэнергии 2.1. Оборудование для обработки металла и дерева Вакуумная теплоизоляция Тепловые экраны Вал привода Ввод хладагента Криоротор Криостатор Криостатор Вывод хладагента 61 2.1.1. Оборудование для обработки металла Литье металлов – это один из первых способов обработки металлов. Несмотря на древнее происхождение, он широко применяется и в наше время. Ковка является другим древним способом и относится к обработке металлов давлением. Во все времена кузнецы и их деятельность пользовались авторитетом. В древнегреческой мифологии Гефе́ст – бог огня, покровитель кузнечного дела, сам искусный кузнец. Со временем обработка металлов давлением пополнилась такими новыми способами, как прокатка, волочение, прессование и штамповка. Обработка резанием появилась сравнительно недавно, в эпоху промышленной революции. При этом методе с помощью различного режущего инструмента – резцов, фрез и сверл – с металла удаляется его часть в виде стружки. Понятие кузнечной сварки известно давно, но его следует отнести к одному из приемов ковки. Сварка в современном значении этого термина еще моложе обработки металлов резанием. Наконец, к металлообработке относятся связанные с ней процессы. Самый известный из них – термообработка. После нее металл значительно меняет свои свойства. При медленном остывании он становится мягким, а при быстром – закаливается. Литье металлов и сплавов Литью подвергают практически все металлы, но чаще всего чугун, обладающий многими ценными качествами, в том числе низкой ценой. Также этим способом обрабатывают цветные металлы и пластмассы. Используется литье и в ювелирном деле. Суть метода проста: в предварительно нагретую форму заливают расплавленный металл или пластмассу, дожидаются затвердевания и извлекают из формы. Очевидно, что этот процесс требует значительных затрат тепловой энергии, которую в 62 большинстве случаев получают при сжигании топлива с принудительным наддувом. Древние скульпторы сначала ваяли отливаемую скульптуру из воска, затем ее помещали в специальную смесь из глины и песка, нагревали для удаления воска, а после этого заливали бронзу или другой металл. Подобные технологии сейчас применяются только ювелирами. Для промышленных объемов производства нужны более простые способы. Самым старым считается способ литья в песчаные формы, показанный на рис. 47. Рис. 47. Литье в песчаную форму 1 – ковш с расплавленным металлом, 2 – литник, 3 – песчаная форма Этот способ не может обеспечить высокой точности отливки, но зато прост и дешев. Для изготовления формы в двух заполненных специальной формовочной смесью ящиках, называемых опо́ками, делают отпечатки каждой из сторон образца. После этого ящики соединяют, предварительно сделав литники – каналы для заливки металла. В зависимости от состава смеси, ее затвердевание происходит при нагреве или просто по истечении времени. После этого заливают металл, дожидаются его кристаллизации и извлекают. Такой подход применяется для изготовления достаточно грубых отливок, например станин или различных противовесов. 63 Для получения более качественных отливок применяют литье в ко́киль – многоразовую разборную форму. Перед заливкой металла внутреннюю поверхность кокиля покрывают специальной смесью и нагревают примерно до 300 ˚С. Со временем кокиль начинает коробиться и приходит в негодность, однако для легкоплавких металлов вроде магния этот способ подходит идеально – кокиля хватает примерно на 10 тысяч отливок. Еще лучших результатов позволяет добиться литье под давлением. Суть метода понятна из названия. За счет давления форма заполняется металлом гораздо быстрее, что не только ускоряет производственный процесс, но и обеспечивает более высокое качество поверхности отливки. Это самый распространенный способ изготовления деталей из алюминия и его сплавов. Для отливок, требующих особо высокого качества, например лопаток турбин, применяют метод древних скульпторов с незначительными изменениями – вместо воска используют парафин и формовочные смеси улучшенного состава. В последние годы для таких целей используют литье по газифицируемым моделям. Современные 3D-принтеры могут быстро вырезать из мягкого материала деталь заданной формы. В данном случае деталь изготавливается из пенопласта. Ее помещают в формовочную смесь и заливают расплавленным металлом. Пенопласт при этом испаряется. Распространенным частным случаем литья является изготовление отливок, имеющих форму тел вращения. Форма вращается с достаточно высокой скоростью, и заливаемый металл под действием центробежной силы растекается по ней и кристаллизуется. Качество отливки получается очень высоким. Ковка металлов и сплавов Профессия кузнеца у всех народов пользуется заслуженным уважением. Изготовление из бесформенных кусков металла прочных и красивых изделий всегда требовало от мастера глубоких знаний и незаурядной физической силы. Ручная ковка не нуждается в особо сложном оборудовании. 64 Достаточно горна для нагрева металла, наковальни и молота. Рабочий процесс происходит следующим образом. Металлическую болванку сначала нагревают. Температура зависит от твердости металла, но должна быть достаточно близкой к температуре плавления. Для этого ее медленно, чтобы не образовалось трещин, прогревают с двух концов до красного цвета, после чего проковывают. При этом процессе удаляются раковины и другие дефекты. Такая обработка называется обжимкой, в результате нее болванка превращается в заготовку. Далее из заготовки постепенно, периодически подогревая, выковывают нужное изделие. В заключение с помощью воды удаляют окалину и производят обработку поверхности, например шлифовку или воронение. Некоторые изделия закаливают, опуская в нагретом состоянии в воду. В промышленном масштабе для ковки применяются специальные кузнечные молоты или прессы. Происходящие при этом процессы аналогичны, но обрабатываемые заготовки имеют значительно большие размеры. Для манипуляций с ними применяется специальное грузоподъемное оборудование. Особо стоит выделить художественную ковку – изготовление металлических декоративных элементов для ограждений, решеток и других подобных элементов экстерьера. Это древнее ремесло востребовано и в наши дни. Штамповка Штамповку и ковку часто объединяют в рамках кузнечно-прессового производства. В этих процессах действительно много общего. Видов штамповки существует несколько. Самый простой из них – холодная штамповка листового металла. Лист мягкой стали или другого достаточно пластичного металла помещают между двумя формами, которые совмещают с большим усилием с помощью пресса. В результате получается объемное изделие, причем толщина металла в нем мало отличается от толщины исходного материала. Таким способом можно изготавливать изделия весом 65 от миллиграммов до сотен килограммов, например стрелки наручных часов и элементы корпуса самолета. Горячая объемная штамповка применяется для получения массивных изделий. Для этого металл нагревают до ковочной температуры, то есть до заметного размягчения и сильно сжимают в прессформах. На рис. 48 они находятся в центре. Рис. 48. Пресс для штамповки металлов Металл получает дополнительную тепловую энергию из механической и растекается внутри формы. Различают штамповку в открытых штампах, когда лишний металл выдавливается наружу и в закрытых, когда этого не происходит. Валко́вая штамповка выполняется с помощью роликов или валков, которые создают и осевую, и аксиальную нагрузку. Такой вид штамповки годится только для некоторых изделий. Магнитоимпульсная штамповка заключается в импульсном воздействии на заготовку мощным магнитным полем, которое создается соленоидом, питаемом от мощного источника электроэнергии. Электрическая энергия переходит в механическую и за несколько миллисекунд деформирует заготовку. Прокатка 66 Листовой металл мы видим повсеместно – на крышах домов, в материале ведер, бочек и множества других распространенных вещей. Сюда же можно отнести алюминиевую фольгу и сусальное золото. Кроме металлов, прокатывают пластмассы и другие материалы. Делается все это на прокатном стане. Его основу составляют приводные валки́ – цилиндры, вращающиеся в разных направлениях. Они за счет трения захватывают и затягивают металлическую полосу, превращая ее в полосу листового металла. Простейшая конструкция, поясняющая принцип прокатки, приведена на рис. 49. Рис. 49. Принцип прокатки металлов Валков может быть несколько пар, часть из них может быть пассивными, то есть не иметь механического привода, но это уже нюансы. В качестве источника механической энергии обычно используются асинхронные трехфазные электродвигатели. Такой вид прокатки называется продольным. Кроме листового металла, таким способом изготавливают различные профильные изделия. При поперечной прокатке валки вращаются в одном направлении, а цилиндрическая заготовка располагается поперек прокатного стана. Под воздействием валков она приобретает форму практически идеального цилиндра требуемого диаметра. Поперечно-винтовая прокатка, 67 объединяющая оба рассмотренных выше вида, применяется при изготовлении труб. Волочение Вы не задумывались над смыслом слова «проволока»? Правильно, это от слова «волочение» – названия способа обработки металлов давлением, при котором некоторую длинную тонкую заготовку протягивают через отверстие меньшего диаметра. Причем это отверстие не обязательно должно быть круглым. Так же изготавливают квадратные и шестигранные прутки, разнообразные профильные изделия. Принцип этого процесса иллюстрируется Рис. 50. Рис. 50. Принцип волочения Волочильный станок состоит из воло́ки и устройства для протяжки заготовки. Волока представляет собой достаточно толстую пластину, которая имеет одно или несколько суживающихся отверстий, в которых происходит уменьшение диаметра заготовки. Иногда волока имеет единственное отверстие – в этом случае она называется фильером, но обычно их множество, и волока называется волочильной доской. Для продвижения обрабатываемого металла используют разные приспособления. Если диаметр заготовки достаточно мал, то применяют устройства барабанного типа, а для более толстых требуются более сложные технические решения. Во всех случаях используется жидкая или сухая смазка, облегчающая процесс волочения. 68 Обработка резанием Обработка металлов резанием появилась благодаря новым технологиям в сфере производства, потому что воздействовать на металл можно только более прочным материалом. В старые времена простейшие средства металлообработки, вроде зубила, изготавливали из специальным образом подготовленной, выкованной и закаленной стали. Сравнительно недавно, с появлением твердых сплавов, режущий инструмент стал более совершенным. Появление электродвигателей быстро привело к развитию станкостроения, в том числе в области обработки металлов, породило новые методы изменения свойств металлов и дало мощный толчок развитию смежных отраслей промышленности. В общем виде обработка металлов резанием заключается в удалении твердым инструментом лишнего металла в виде стружки или опилок. Рабочая часть такого инструмента может изготавливаться из высококачественной стали или иметь фрагменты твердых сплавов, например победи́та. Любой домашний мастер сталкивался с этим сплавом при сверлении бетонных или кирпичных стен. Это та небольшая пластинка на кончике сверла, которое предназначено для воздействия на бетон, но этот материал также применяется и при обработке металлов. Известно немало и других твердых сплавов. Для особо ответственных работ применяется даже покрытие поверхности инструмента мелкой алмазной пылью. Резец представляет собой вариант лезвия, которым можно снимать стружку с металла или другого материала при вращении заготовки или линейном перемещении. Применяется в составе токарных станков и некотором другом оборудовании. Как правило, совмещен с механической системой, позволяющей перемещать его в разных плоскостях, а также контролировать величину таких перемещений. Сверло позволяет делать круглые отверстия в различных материалах. Относится к осевым инструментам, то есть вращающимся вокруг оси, совпадающей с направлением движения в ходе работы. 69 Фрезы бывают двух видов – лезвийные и осевые. Лезвийная фреза выглядят как небольшая циркулярная пила, то есть диск с режущими зубьями. При его вращении и одновременном линейном перемещении образуется продольное углубление в заготовке. Осевая фреза похожа на сверло, но создает отверстие не с коническим, а плоским дном. Также перемещается для создания как прямых, так и криволинейных углублений в заготовке. Метчи́к используется для нарезания резьбы в круглых отверстиях, например при изготовлении гаек. Он выглядит как винт из твердой стали, с тремя продольными канавками и небольшим сужением. При вращении внутри отверстия острые края канавок работают как резцы, через них же удаляется стружка или опилки. По такому же принципу устроена плашка – инструмент для нарезки наружной резьбы. Менее известны такие инструменты для металлообработки, как зенкер, развертка, зенко́вка, цеко́вка и другие. Из неметаллических средств металлообработки всем известны ручные и станочные наждаки и другие абразивные инструменты. Первый из металлорежущих станков был изобретен в конце 18-го века французом Жаком де Вокансо́ном. Это был токарный станок с механическим приводом и закрепленным в специальном фиксаторе резцом. Так как в нем закрепленная деталь вращалась, можно было, кроме наружной обточки, выполнять сверление, внутреннюю обработку и другие операции. Поэтому вскоре появились сверлильные и расточные станки. Дальнейший технический прогресс привел к появлению целого ряда других металлообрабатывающих станков, особенно после изобретения электродвигателя. Основные из них – фрезерные, зубообрабатывающие, резьбообрабатывающие – позволяли проводить сложную обработку металлов. Позже этот ряд пополнился станками для обработки поверхностей: шлифовальными, полировальными и доводочными. А в последние десятилетия появились целые металлообрабатывающие комплексы, управляемые компьютерами. 70 На крупных заводах и в мелком производстве можно встретить металлообрабатывающие станки самых разных габаритов и массы – от 1 тонны и менее до 100 тонн и больше. Все они также подразделяются на 5 классов точности – от нормальных до особо точных. Кроме того, станки еще подразделяются по степени универсальности и автоматизации. В приводах станков чаще всего применяются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, однако их возможностей недостаточно. Например, для осуществления главного движения при обработке резаньем требуется изменять скорость в широких пределах. При помощи асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором этого добиться невозможно. Кроме того, в ряде видов обработки возникает необходимость преобразовать вращательное движение в поступательное. Для решения данной проблемы механическое движение от асинхронного двигателя передается к шпинделю или фрезе через кинематическую схему. Для изменения скорости вращения используется многоступенчатый редуктор на зубчатой или ременной передаче. Его применение позволяет значительно расширить диапазон скоростей главного движения. Преобразование вращательного движения в поступательное, если таковое требуется, осуществляется кривошипно-шатунным механизмом. Он приводится в действие тем же редуктором. Если регулирование скорости требуется не дискретное, а плавное, главный привод оснащают двигателем с фазным ротором. В более современных станках применяют частотное регулирование скорости вращения двигателей. 2.1.2. Оборудование для обработки дерева Данные археологических раскопок убедительно доказывают, что в глубокой древности люди повсеместно использовали дерево и умели его обрабатывать. Возводились деревянные хижины, вырезались деревянная посуда и мебель. С годами знания, умения и навыки в этом деле постоянно 71 совершенствовались, и изделия из разных пород дерева становились крепче, изящнее и краше. Сохранившиеся в музеях старинные кареты, лодки и другие транспортные средства также свидетельствуют о высоком уровне развития деревообработки много лет назад. В те времена люди уже задумывались о продлении срока службы деревянных изделий, защите их от гниения, насекомых и других вредных факторов. Стали применяться такие средства, как олифа, жир морских животных, смола. Появились первые краски. Когда деревообработка стала самостоятельной профессией, появились сначала различные приспособления для повышения производительности труда, а затем и деревообрабатывающие станки. Первые образцы таких станков были токарными и приводились в действие ногой мастера, вращающей вал с маховиком. Они позволяли вытачивать посуду и другие изделия, имеющие форму тел вращения. Резцы и другой инструмент для таких станков в виде своеобразных стамесок делали кузнецы. Для склеивания деталей использовали костный клей, получаемый в результате многочасовой варки костей. Очень остроумное техническое решение старые мастера нашли для шлифовки своих поделок. Они использовали кожу живота осетровых рыб, обладающую прочной мелкой чешуей. Именно отсюда и появилось традиционное название наждачной бумаги – шкурка. Современная деревообработка базируется на достижениях электротехники и электроники. Ее возможности гораздо больше, чем у традиционного ремесла. Тем не менее, хохломские матрешки и деревянные ложки мирно уживаются с плодами научно-технического прогресса. Дерево – не просто универсальный, но и очень разнообразный материал. Например, самшит, называемый железным деревом, настолько тверд и плотен, что тонет в воде, а ба́льса почти в 4 раза легче воды, она идеально подходит для изготовления деталей летательных аппаратов. Дуб и бук, обладающие замечательной твердостью, традиционно применяются для 72 изготовления мебели. Для особо прочной и долговечной мебели применяют мореный дуб, то есть пролежавший несколько лет в воде. Резчики по дереву используют податливую липу. Множество применений имеет бамбук – от посуды до изготовления тканей. В средней полосе России и многих других странах наиболее распространенным видом древесины является хвойная. Самый простой продукт деревообработки – бревно. Их подбирают по размеру, очищают от коры и после небольшой обработки используют для строительства домов. Наилучшим считается бревно из так называемой «недо́еной» сосны, то есть из дерева, с которого не сливали смолистый сок – живи́цу. Значительную часть бревен распиливают на доски и брус, которые также нужны при любом строительстве. Необрезны́е доски, полученные сразу после распила бревна, используются, например, для обрешетки крыши – на них потом положат кровельный материал. Обрезные доски имеют очень широкое применение. Для изготовления пола применяют шпунтованные доски, а для обшивки – ваго́нку. Также выпускаются деревянные изделия различного профиля: плинтусы, штапики, уголки и прочее. Дерево, идущее на строительство сарая и на изготовление рояля, различается, кроме природных характеристик, еще и качеством сушки. Для приобретения идеальных свойств дерево могут сушить год и даже несколько. Для этого применяют специальное оборудование. Сушка древесины Если доску после распила бревна оставить где попало, то из-за ветра и солнечных лучей она будет неравномерно сохнуть и в результате приобретет форму пропеллера. Вернуть ее в нормальное состояние после этого будет проблематично. Даже если доски будут сложены в штабель в помещении, все равно по разным причинам в них могут появиться трещины и другие дефекты. Таким образом, правильная сушка древесины является начальным и важнейшим этапом деревообработки. 73 Полное устранение влаги из древесины применяется крайне редко. Для этого ее выдерживают при температуре около 103 ˚С. Такая просушка, как правило, не требуется, зато связана с большими затратами энергии. Обычно качественной считается древесина, содержащая от 8 до 12 % воды. Также нередко продают пиломатериалы с влажностью 15–20 %. Их вполне можно применять, но делать это нужно как можно скорее, пока их не повело. Оборудование для сушки представляет собой оснащенное электрическими нагревателями помещение или камеру, в которой пиломатериалы укладываются в штабель и фиксируются. На рис. 51 показан распространенный вариант сушильной камеры. Рис. 51. Сушильная камера В сушилке обязательно должны быть измерительные приборы для контроля температуры и влажности. В современных сушильных камерах применяется автоматизированное управление процессом. На одной из выставок демонстрировалось запатентованное оборудование для сушки дерева. В камере с плотными дверями также устанавливался штабель пиломатериалов, а тепло вырабатывалось весьма интересным способом. Высокооборотный двигатель мощностью около 50 кВт с помощью воздушного винта нагнетал воздух в камеру, создавая в ней избыточное давление. От давления повышалась и температура. При этом 74 значительные энергозатраты компенсировались многократным ускорением процесса – штабель высыхал до нормы за двое суток. Деревообрабатывающие станки Деревообрабатывающие станки можно классифицировать по множеству признаков: числу обрабатываемых заготовок и их сторон, числу позиций обрабатывающего инструмента, числу шпинделей, компоновке. Нас интересует классификация по технологическому процессу, то есть по характеру выполняемой работы. Око́рочные станки предназначены для удаления коры с бревен. Лесопильные рамы позволяют распиливать бревна на доски и брус согласно настройке. Ленточнопильные станки на производстве делают то, что домашние мастера делают электролобзиком: пилят деревянные изделия по криволинейной траектории. Круглопильные станки распиливают изделия по прямой линии, но обладают очень высокой производительностью. Фрезерные станки проделывают прямые и фигурные канавки, обрабатывают кромки. Для соединения пиломатериалов под углом при изготовлении ящиков и рам традиционно выполняют шипы и проушины с помощью специальных шипорезных станков. Сверлильные станки позволяют проделывать круглые отверстия, как сквозные, так и несквозные. К ним можно отнести и сверлильно-пазовальные станки, предназначенные для проделывания пазов. Назначение долбежных станков понятно из названия. То же можно сказать и о шлифовальных. О токарных станках речь уже шла в начале этой темы. Все современные деревообрабатывающие станки имеют электрический привод. Мощность двигателей обычно составляет несколько киловатт, так как дерево – податливый материал. После спиливания дерево в первую очередь освобождают от сучьев, чтобы его было можно транспортировать. Это делается с помощью той же бензопилы и топора. Затем его отправляют на перерабатывающее предприятие. Первой процедурой деревообработки на предприятии является 75 удаление коры. Это способствует продлению срока службы пил и позволяет хранить бревна до распиловки, не опасаясь гниения. Окорочные станки В эпоху ручной деревообработки кору с бревен снимали с помощью специального двуручного кривого лезвия – скобеля или пользовались топором. Такой способ был малоэффективным. В ходе промышленной революции для снятия коры были придуманы специальные станки, которые получили название око́рочных. По конструкции они бывают трех типов. Самые распространенные – роторные с притупленными короснимателями. Такой станок изображен на рис. 52. Рис. 52. Окорочный станок В них головки, оборудованные шипами, закреплены так, что при движении повторяют поверхность бревна, снимая при этом кору, но не повреждая древесину. Для более толстых бревен используют фрезерные головки. Есть в этой области и более оригинальные технологии – снятие коры струей жидкости или сжатого воздуха. Все описанные станки имеют электропривод. Лесопильные рамы Лесопильная рама предназначена для продольного распиливания бревен и брусьев на доски и другие пиломатериалы. Раньше это делалось двумя пильщиками с помощью длинной двуручной пилы. Кроме того, что 76 такой труд был крайне тяжел, качество распила было низким из-за ручного управления этим процессом. Лесопильная рама, которую также называют пилорамой, работает по такому же принципу, но гораздо эффективнее. Основу ее конструкции составляет совершающая возвратно-поступательные движения рама с натянутыми в ней пилами, показанная на рис. 53. Рис. 53. Основа лесопильной рамы Источником механической энергии для нее является трехфазный асинхронный электродвигатель мощностью в несколько десятков киловатт. Пилы распиливают сразу все бревно, и их количество в раме бывает разным. Подача бревна осуществляется автоматически с помощью вальцов. Ассортимент современных лесопильных рам достаточно велик. Есть одноэтажные и двухэтажные конструкции, в которых еще может быть несколько линий. Они используются на крупных деревообрабатывающих предприятиях. Есть рамы для распиливания коротких бревен – до 3 м. Тарные рамы тонкими пилами распускают бревно на дощечки толщиной 6 мм, из которых делают упаковочные ящики. Для производства временных работ по распиливанию бревен выпускаются передвижные лесопильные рамы. В последние годы для малых частных предприятий с небольшой производительностью выпускаются рамы принципиально другой 77 конструкции. В них бревно фиксируется неподвижно, а двигается каретка с двумя высокооборотными дисковыми пилами. Пиломатериалы изготавливаются поштучно, что требует значительно больше времени на обработку бревна. Однако у таких конструкций есть и плюс – за счет высокой скорости воздействия зубьев на древесину полученные доски и брусья имеют гладкую поверхность. Круглопильные станки Круглопильные станки также называют циркулярными пилами. В них режущим инструментом является дисковая пила, размещенная на станине в виде стола и приводимая в действие электродвигателем. Это очень распространенный станок – им пользуются многие умельцы в гараже, на даче или в частном доме. Необходимо отметить, что это еще и очень травмоопасное устройство, особенно при ручной подаче пиломатериалов. Его внешний вид представлен на рис. 54. Рис. 54. Круглопильный станок Круглопильные станки обычно применяют для раскроя достаточно тонких материалов – ДСП, фанеры и досок небольшой толщины. Как правило, такие станки снабжены регулируемыми ограничителями, что позволяет нарезать доски заданной ширины или длины. В некоторых моделях предусмотрено регулирование угла распила. 78 Пила в станке может быть всего одна, но может быть и несколько. Их расположение может быть как верхним, так и нижним. Механизмы перемещения пил тоже бывают разные, чаще всего маятниковые, то есть перемещающие пилу по дуге, и суппортные, обеспечивающие линейное перемещение. Последние обеспечивают большую точность. При массовом производстве изделий из дерева круглопильные станки могут снабжаться программным управлением. Это повышает точность работы и позволяет избежать ошибок. Ленточнопильный станок Главный недостаток круглопильного станка – возможность пиления только по прямолинейной траектории, что в ряде случаев неприемлемо. Более универсальным является ленточнопильный станок. Как следует из его названия, рабочим инструментом в нем является ленточная пила. Станина имеет вид стола, на котором установлены шкивы, удерживающие режущую ленту. Один из них является ведущим, он через ременную передачу соединен с электродвигателем, размещенным внизу. Практически во всех моделях станков данного типа применяются трехфазные асинхронные электродвигатели небольшой мощности – как правило, около 1 кВт [киловатта]. Вертикальный участок пилы является рабочим. Его высота около 40 см [сантиметров], что позволяет распиливать достаточно толстые заготовки или пакеты листового материала. Ширина пилы невелика, что позволяет пилить по криволинейной траектории. Другими положительными качествами ленточнопильного станка являются его достаточно малые массогабаритные показатели и низкий уровень шума при работе. Учитывая малое энергопотребление, эти станки могут работать практически где угодно, в том числе вблизи жилых домов. Продольно-фрезерные станки Обрезные доски и гладкие бруски часто подвергают продольному фрезерованию с целью придания им определенного профиля. Такие изделия 79 используются при изготовлении дверей, рам, пола. Обычно сначала с помощью фуговального станка строгают доски по ширине, чтобы устранить следы пил. Такой станок является наиболее простым. Вал со специальными ножами вращается со скоростью около 6000 оборотов в минуту. К нему подается вручную или с помощью валков доска. После обработки ее поверхность становится гладкой. Для обработки боковых поверхностей применяется ре́йсмусовый станок. В нем на вертикальном шпинделе закрепляется фреза нужного профиля, которая при продвижении доски создает соответствующий профиль. Обычно обработка ведется с двух сторон разными фрезами, чтобы обеспечить стыковку досок боковыми поверхностями. В качестве примера подобной обработки можно привести доску пола и вагонку. Самыми универсальными в этой категории станков являются четырехшпи́ндельные, которые могут за один проход обработать все четыре поверхности доски или бруса. Они обычно имеют систему подачи обрабатываемой детали и, нередко, программное управление. Устройство такого станка поясняется рис. 55. Рис. 55. Устройство продольно-фрезерного станка Внешне продольно-фрезерные станки представляют собой стол, оборудованный необходимым количеством шпинделей и подающих валков. Двигатель, как правило, трехфазный асинхронный с короткозамкнутым 80 ротором. Ременная передача повышает скорость вращения примерно в два раза. Фрезерные станки Рассмотренные выше продольно-фрезерные станки являются лишь частью более обширной группы фрезерных станков. Главное отличие заключается в том, что фрезерные могут обрабатывать древесину не только в продольном направлении, но и по криволинейной траектории, в том числе в трех измерениях. Внешний вид фрезерного станка приведен на рис. 56. Рис. 56. Фрезерный станок В таких станках используются фрезы различной формы и размеров. Они устанавливаются в шпиндель, приводимый в действие электродвигателем. Как правило, ременная передача обеспечивает повышение скорости вращения в 2 раза и более, что способствует повышению качества обработки. Заготовка фиксируется на специальном столе или в другом устройстве, обеспечивающем движение подачи. В некоторых станках заготовка фиксируется, а фреза совершает как главное движение, так и движение подачи. Модели станков различаются не только характеристиками по обработке деталей, но и степенью автоматизации рабочего процесса. В 81 простых версиях вращается фреза, находящаяся в фиксированном положении, а движения подачи осуществляются вручную. В самых современных фрезерных станках применяется числовое программное управление. Шипорезные станки Мебельные ящики, оконные рамы и другие конструкции, в которых бруски соединяются под прямым углом, имеют одну общую конструктивную особенность – торцы досок обработаны определенным образом. Шипы одной доски входят в проушины другой, что позволяет их соединять без больших зазоров. Если такие соединения хорошо склеить, ящики и рамы служат десятилетиями. Шипы и проушины бывают двух типов: обычные, то есть с параллельными краями шипов и проушин, и так называемый «ласточкин хвост», когда ширина шипа на конце больше, чем в начале. Соответствующий профиль имеют и проушины. Такую обработку досок и брусьев выполняют на шипорезных станках. Шипорезные станки бывают односторонними и двухсторонними, то есть обработка торцов заготовки производится поочередно или одновременно. Основу станка составляет массивная, как правило чугунная станина, на которой закреплены шпиндели для установки фрез и электродвигатель с повышающей ременной передачей. В первую очередь с помощью плоских фрез заготовка обрезается в размер, после чего выполняется удаление лишней древесины. Для простых шипов и проушин применяются обычные фрезы, а для «ласточкиных хвостов» – концевые, закрепленные в вертикальных шпинделях. Внешний вид шипорезного станка представлен на рис. 57. 82 Рис. 57. Шипорезный станок Для повышения производительности труда обработке подвергают не отдельные доски или брусья, а целый пакет. Сверлильные станки Сверление древесины, как и других материалов, производится с помощью специального вращающегося режущего инструмента – сверла, являющегося рабочей частью сверлильного станка. За редким исключением в деревообработке применяются вертикально-сверлильные станки. Такой станок изображен на рис. 58. Рис. 58. Вертикально-сверлильный станок 83 Такой станок состоит из массивной станины с установленным на ней винтом-колонной, который позволяет с помощью рукоятки двигать вверх и вниз верхнюю часть станка. В этой части содержится электродвигатель, передаточный механизм и шпиндель, в котором закрепляется сверло. Если используется сверло с цилиндрическим хвостовиком, то применяется зажимной патрон, а конический хвостовик вставляется в патрон специального типа. Для управления двигателем имеются кнопки «пуск» и «стоп». Электрическая схема – типичная для трехфазного асинхронного двигателя, коммутируемого магнитным пускателем. Сверление осуществляется следующим образом. Заготовку закрепляют на станине и рукояткой опускают верхнюю часть станка с вращающимся сверлом до соприкосновения с поверхностью и далее, исходя из нужной скорости сверления. На сверлильном станке можно выполнять сквозные и несквозные отверстия, например для установки мебельных петель. В этом случае вместо сверла в патрон устанавливается фреза Фо́снера. Также можно проделывать и отверстия большого диаметра, для чего вместо сверла в патрон устанавливается коронка. Еще одной разновидностью сверлильных станков являются сверлильно-пазовальные. С их помощью выполняют продольные углубления в деревянных изделиях. В шпиндель устанавливается торцевая фреза, которая опускается в заготовку на нужную глубину. Далее производится движение подачи с целью горизонтального перемещения заготовки. Подача в старых станках выполнялась вручную, а в современных чаще всего автоматически. Токарные станки Токарные станки являются самой многочисленной группой станков и используются для изготовления изделий круглого сечения – мебельных ножек, балясин, ручек инструмента и тому подобного. В основу их работы 84 положен простой принцип: заготовка вращается, а резец перемещается вручную или автоматически и постепенно снимает лишнюю древесину. Вид станка приведен на рис. 59. Рис. 59. Токарный деревообрабатывающий станок На станине закреплены две бабки: передняя ведущая с зубчатым торцом и задняя, опорная, имеющая свободно вращающийся острый круглый шип. Электродвигатель обеспечивает вращение заготовки, зажатой между двумя бабками. На небольшом расстоянии от нее находится длинный упор – подручник, к которому прижимается резец. Перемещая его вдоль подручника, мастер понемногу снимает стружку, придавая заготовке нужный вид. При этом применяются резцы разной ширины и формы. Любой человек способен вытачивать разные достаточно простые фигуры, а опытный специалист с помощью резцов может сделать очень многое. Тем не менее, для изготовления более сложных изделий в промышленном масштабе требуются токарные станки с автоматикой. Так как дерево является податливым материалом, мощных двигателей для токарных работ по дереву не требуется. Большинство станков имеют номинальную мощность в пределах 1 кВт [киловатта]. Для домашних мастеров выпускаются станки с коллекторным двигателем, что позволяет регулировать скорость вращения заготовки. |