RU186344U1

RU186344U1 - Machine for the automated production of logs from logs of a natural form

Info

Publication number: RU186344U1
Application number: RU2018137021U
Authority: RU
Inventors: Лев Владимирович Машковцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СК Дымка"
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2019-01-16

Abstract

Полезная модель относится к станкам для автоматизированного производства срубов из бревен естественной формы.The invention relates to machines for the automated production of log cabins from natural-shaped logs.

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.The technical result of the proposed utility model is to reduce the amount of waste wood; reduction of energy consumption in the manufacture of a log house; obtaining individual longitudinal and transverse joints for each log with a minimum mounting gap; maintaining a dense outer layer of wood, and therefore, increasing the durability of the structure, increasing the thermal resistance of the walls, expanding the technological capabilities of the machine.

Предлагаемый станок представляет собой, по сути, фрезерный станок с числовым программным управлением. 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 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.The proposed machine is, in fact, a milling machine with numerical control. Therefore, for processing natural-shaped logs, the problem of measuring geometric characteristics is preliminarily solved using a log scanner and CAD, CAM software, which automate the design and manufacture of log cabins from natural-shaped logs. The developed log house project is fixed in the software package of the machine. Logs at the disposal of the log manufacturer are removed from the knots and bark. Logs cleaned from bark and knots enter the machine for measuring their geometric characteristics with a scanner integrated into the machine. Having measured a certain number of logs and obtained 3D models, the software package determines their location in the log house on the basis of the “vertex-comel” principle, taking into account their natural geometry and conicity — the natural run of logs, which leads to minimal mechanical processing of the longitudinal and transverse joints of logs in the optimal version for this the log house project and assigns each log its own serial number in the log house. As in manual cutting, only places of its longitudinal and transverse mates with adjacent logs of a log house are machined in a log.

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.

The portal 2 and the movable headstock 11 are set to their initial position - the extreme position on the opposite end of the frame from the stationary headstock. The carriages 12-15, controlled by the program, are located along the frame - between the headstock 10 and 11. The machine is prepared in advance: a log barked with removed branches and branches. Positioned relative to the centers. The log is fixed with the clamping legs of the carriages. At both ends of the logs, CNC-controlled milling holes for the headstock pins are used for both scanning and automated processing of logs. Further, the log is fixed between the headstock. Thanks to numerical software, for one installation of a log in automatic mode, processing of any complexity is performed. To prevent sagging of the log, which can occur due to the small diameter or weakening of the log due to the volume of the selected material, automatically controlled lunettes 22 are provided in the design of the central carriages.

Description

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.A known installation for the manufacture of wooden parts of a log house, comprising a bed with guides, a fixed and movable headstock mounted on the bed with centers, a drive carriage with cutting units providing cylindering operations and longitudinal grooves selection (see USSR Author's Certificate No. 1052382, class. В27С 9 / 04, 1983). The processed log is fed to the machine, installed in the centers and removed from the machine using lifting mechanisms. A disadvantage of the known installation is the use of any lifting equipment both for feeding and removing logs to and from the machine, and for installing it in the centers, which reduces the productivity of the machine and, in addition, does not ensure the accuracy of the installation in the centers.

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.A machine for cylindering and selecting longitudinal grooves is known, comprising a bed with guides, movable and fixed headstock mounted on the bed with centers, a carriage with a drive mechanism for moving along the guides, while cutting mechanisms for cylindering and selecting longitudinal grooves are mounted on the carriage (see. Useful model of the Russian Federation No. 52 760, Cl. B27C 9/04, 2006). In addition, the known machine is equipped with two hydraulic elevators for lifting and installing logs in the centers. Mentioned lifts are placed inside the frame between the rails with the possibility of adjusting the vertical lift under the action of the hydraulic cylinder.

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).The closest in technical essence to the proposed one is a machine for the automated production of log cabins from natural-shaped logs, consisting of a frame part, on which a movable portal with a milling unit mounted on it, a drive and a feedstock are located (see http://stanokgid.ru/ derevo / stanok-dlya-izgotovleniya-sruba.html).

Недостатком этого станка является:The disadvantage of this machine is:

высокий уровень отходов древесины 40-60%;high level of wood waste 40-60%;

изменение естественных напряжений в структуре бревен;change in natural stresses in the structure of logs;

снижение долговечности сруба из-за снятия внешних слоев древесины;reduction in the durability of the log house due to the removal of the outer layers of wood;

ограниченные функциональные возможности из-за конструкционных возможностей станка выполнять только заранее заданные технологические операции.limited functionality due to the structural capabilities of the machine to perform only predetermined technological operations.

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.The technical result achieved is achieved by the fact that the machine for the automated production of log cabins from natural logs, consisting of a frame part on which there is a movable portal with a milling unit mounted on it, a drive - stationary - and fed headstock, is equipped with numerical program control integrated into the design the machine with a scanning device, the movable portal is made in the form of two columns on which a horizontal beam is attached, the portal has the ability to move along the X axis, in the direction For this beam, a milling unit is moved, consisting of a carriage that can move left and right along the horizontal axis Y, a console moving on the Z-axis - the vertical axis is placed on the carriage guide, a milling unit with two degrees of freedom is placed on the console: rotation around the vertical axis C and rotation and rotation around the horizontal axis A, four automatically positioned carriages, headstock and automatically positioned carriages are installed on the inner pair of frame guides, the movable portal is installed detecting at the outer pair of guide frames, mounted on each carriage self-centering hydraulic clamps arranged on the basis of the above carriages, at least on one of the carriages is established automatically controlled lunette.

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.The proposed machine is, in fact, a milling machine with numerical control (CNC). Therefore, for processing natural-shaped logs, the problem of measuring geometric characteristics is preliminarily solved using a log scanner and CAD, CAM software, which automate the design and manufacture of log cabins from natural-shaped logs. The developed log house project is fixed in the software package of the machine. Logs at the disposal of the log manufacturer are removed from the knots and bark. Logs cleaned from bark and knots enter the machine for measuring their geometric characteristics with a scanner integrated into the machine. Having measured a certain number of logs and obtained 3D models, the CAD software determines their location in the log house on the basis of the “vertex-comel” principle, taking into account their natural geometry and conicity — the natural run of logs, which leads to minimal mechanical processing of the longitudinal and transverse joints of logs in the optimal version for of this log house project and assigns each log its own serial number in the log house. As in manual cutting, only places of its longitudinal and transverse mates with adjacent logs of a log house are machined in a log. Due to this, the volume of the used material is reduced by preserving the natural log (conicity) of the log, the amount of wood waste is reduced, the subsequent energy consumption of the production of the log is reduced, the original thickness of the logs is preserved, which increases the thermal resistance of the log walls. The software package, depending on the selected manufacturing technology of the log house, provides an option for processing longitudinal and transverse joints of logs.

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.The configuration of all longitudinal and transverse joints is individual, due to which the outer dense layer of wood is maximally preserved. This ensures the durability of the logs and the tightness of the joints of the log house with a minimum mounting gap. After the log is installed in the machine with numerical control in the log, the longitudinal and transverse joints are automatically made in the version of the software package for this particular log. The regular fixation of the longitudinal axis of the log during its scanning and automated processing is made in the form of 2 headstock equipped with locking elements made in the form of pins protruding from the end surface of the headstock. In this case, the drive headstock is equipped with 2 horizontally or vertically located pins, and the feed headstock is provided with one central one. The transverse axis of the log is determined by the selected base (horizontal or vertical) position of the pins on the drive head, which is provided by the machine software and determines the base position of the log in the machine to start scanning and processing. To reduce the mechanical loads on the pins of the drive headstock, they must be spaced apart as far as possible from each other symmetrically to the longitudinal axis of rotation of the drive headstock. It should be noted that before the operation of scanning the logs and to ensure its rigid fixation, drilling holes for the headstock pins are drilled at its ends. To save the basic position of the log from its initial loading and to determine the basic position and in subsequent downloads, a log position marker can be used, which is additional holes made in the upper end parts of the log.

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.In FIG. 1 shows the proposed machine for the automated production of log cabins from natural-shaped logs; in FIG. 2 shows an automatic carriage; FIG. 3 schematically shows the operation of the movable portal and the milling unit.

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.The proposed machine consists of a frame part 1 on which a movable portal 2 is installed, consisting of two columns 3 and 4, on which a horizontal (transverse) beam 5 is mounted. The portal 2 has the ability to move along the longitudinal axis X. The milling unit moves along the guides of this beam 6 consisting of a carriage 7 having the ability to move left and right (along the horizontal transverse axis Y). On the guide carriage 7 (the guide carriages 7 are not shown in the drawing) there is a console 8 moving along the Z axis (vertical axis). On the console 8 there is a milling unit 9 with two degrees of freedom: rotation around the vertical axis C and rotation and rotation around the horizontal axis A (see Fig. 3). In addition, the machine contains mounted on the frame drive (stationary) 10 and lead 11 headstock, as well as automatically positioned carriages 12-15. Heads 10 and 11, as well as automatically positioned carriages 12-15 (the main purpose of which is to fix and move the log or its parts along the X axis of the frame) are installed on the inner pair of guides 16 and 17 of the frame 1. Movable portal 2 is installed on the outer pair of guides 18 and 19 of the frame 1. On each carriage 12-15, self-centering hydraulic grippers 20-21 are installed, located on the basis of the above carriages. At least one of the central carriages is equipped with an automatically controlled rest 22, which provides automatic linear vertical movement to eliminate slack of the workpiece.

Станок работает следующим образом.The machine operates as follows.

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.The portal 2 and the movable headstock 11 are set to their initial position - the extreme position on the opposite end of the frame from the stationary headstock. The carriages 12-15, controlled by the program, are located along the frame - between the headstock 10 and 11. The machine is prepared in advance: a log barked with removed branches and branches. Positioned relative to the centers. The log is fixed with the clamping legs of the carriages. At both ends of the logs, CNC-controlled milling holes for the headstock pins are used for both scanning and automated processing of logs. Further, the log is fixed between the headstock. Thanks to numerical software, for one installation of a log in automatic mode, processing of any complexity is performed. To prevent sagging of the log, which can occur due to the small diameter or weakening of the log due to the volume of the selected material, automatically controlled lunettes 22 are provided in the design of the central carriages.

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.Reduce wood waste; reduction of energy consumption in the manufacture of a log house; obtaining individual longitudinal and transverse joints for each log with a minimum mounting gap; maintaining a dense outer layer of wood, and therefore, increasing the durability of the structure, increasing the thermal resistance of the walls, expanding the technological capabilities of the machine is the advantage and advantage of the proposed technical solution compared to the prototype.

Claims

A machine for the automated production of log cabins from natural logs, consisting of a frame part on which there is a movable portal with a milling unit mounted on it, a drive - stationary - and headstock, characterized by the presence of numerical control integrated into the machine design by a scanning device, a movable portal made in the form of two columns on which a horizontal beam is mounted, the portal has the ability to move along the X axis, milling moves along the guides of this beam a block consisting of a carriage that can move left and right along the horizontal axis Y, a console moving on the Z axis - a vertical axis is placed on the carriage guide, a milling unit with two degrees of freedom is placed on the console: rotation around the vertical axis C and rotation around the horizontal axis A, four automatically positioned carriages, headstock and automatically positioned carriages are installed on the inner pair of frame guides, the movable portal is installed on the outer pair of frame guides, on each self-centering hydraulic grips are installed on the handle, located on the basis of the above carriages, at least one of the central carriages has an automatically controlled rest.