;

Blog

24-01-2020

Obróbka cyfrowa drewnianych elementów konstrukcyjnych

Technologia CNC powstała w połowie XX wieku z inicjatywy amerykańskich naukowców pracujących na uniwersytecie MIT. Miała służyć do obróbki elementów w przemyśle wojskowym, głównie lotnictwie. Tam zapotrzebowanie na szybko, dokładnie i powtarzalnie wykonane elementy było największe. Jak to zazwyczaj bywa, technologia debiutująca w wojsku szybko przeszła do cywila i usprawnia dzisiaj większość przemysłów. Przemysł drewniany oraz budowlany nie stanowią tutaj wyjątku. CNC, czyli maszyny sterowane numerycznie (ang. Computer Numerical Control) w warsztatach ciesielskich tną, wiercą, obrabiają elementy łączące, szczelinują, wymiarują i manipulują materiałem, wykonując wiele działań w jednym czasie. Wykorzystanie tej technologii do obróbki pozwala uzyskać ogromną dokładność i powtarzalność elementów. 

Firma Modulam znając zalety tego systemu oferuje dostawy materiału w maksymalnym stopniu przygotowanego do montażu w technologii CNC. Dzięki oferowanej przez nas najnowszej technologii, duża część prac nad nową konstrukcją jest prowadzona jeszcze w hali producenta, nie na placu budowy. Co nam to daje? Pracę niezależnie od warunków pogodowych, bezpieczniejszą i szybszą. To wszystko znacząco zmniejsza koszty inwestora i skraca czas inwestycji. 

Możliwości i ograniczenia

Maszyny CNC obrabiają materiał szybciej i dokładniej niż człowiek z użyciem metod tradycyjnych.

Jak wszystkie maszyny, tak i maszyny ciesielskie CNC posiadają konkretne możliwości i ograniczenia. Najbardziej uniwersalne dedykowane są do obróbki drewna suchego. Drewno mokre i surowe stawia większe opory pracy co znacznie ogranicza możliwości szybkiej obróbki. Surowy materiał tworzy też lepki pył obniżając jakość pracy sprzętu. Pył taki może zalepiać elementy jezdne w maszynie, prowadnice i szyny. Może także wpływać na działanie czujnika fotokomórki działającego przy obróbce. Do takich zastosowań potrzebne są specjalne urządzenia z mocniejszym silnikiem i odporne na powstający odpad. 

Większość dostępnych maszyn radzi sobie w pewnym zakresie z materiałem nieodpowiednio przygotowanym. Maszyny posiadają powierzchnię zerową, która jest bazą pracy narzędzia. Przykładowo, jeśli planowana praca wymaga krokwi o przekroju 8x18 a producent dostarcza je w widełkach 17,5 - 18,5 maszyna i tak pracuje w odniesieniu do góry krokwi wykonując zaciosy o różnej głębokości by zniwelować różnicę poziomów. Większe problemy mogą sprawiać sami producenci materiału. Często przy drewnie klejonym, zamawianym na wymiar nie ma potrzeby wstępnego przycięcia materiału. Producent nalepia więc naklejkę od czoła, która potrafi się częściowo odkleić i wystawać poza obrys, co wprowadza w błąd urządzenia pomiarowe maszyny i sprawia, że wszelkie prace są wykonywane w złych miejscach. 

Elementy obrobione maszynowo na placu budowy wystarczy tylko złożyć i połączyć ze sobą. Nie wymagają dodatkowej obróbki.

Najbardziej istotne są jednak ograniczenia samych narzędzi do obróbki drewna. Wymiary tarcz piły, średnice frezów i wierteł oraz prowadnic narzucają ograniczenia w głębokościach cięcia, promieniach krzywizn i średnicach otworów.

Możliwości maszyn CNC różnych producentów różnią się między sobą tylko nieznacznie. Dla ułatwienia opisujemy narzędzia i sposób obróbki na podstawie jednego z rynkowych bestsellerów. Na świecie pracuje już ponad 2500 szt. tego modelu. Może on obrabiać drewno budowlane bez pomiarów czy trasowania o przekroju aż do szer. 300 i wys. 450mm, są również większe modele maszyn mogące przyjmować elementy do wys. 1000mm. Maszyna posiada modułową konstrukcję co pozwala na personalizację sprzętu pod wymogi zakładu. Dostępne moduły to na przykład piła tarczowa, pięcioosiowa frezarka i moduł wiertniczy. Mimo, że sama maszyna potrafi dokonywać obróbki teoretycznie nieskończenie długich elementów, to długość stołów prowadzących i odbierających materiał narzuca ograniczenia. Najczęściej jest to 12,0m lub 13,5m czyli długości elementów handlowo – transportowych. Maszyna posiada też zazwyczaj oprogramowanie pozwalające automatycznie ograniczyć ilość odpadów i strat materiału. 

Rodzaje narzędzi

Podstawowym narzędziem jest zawsze piła tarczowa, która docina czoło elementu umożliwiając pomiar i ustawienie materiału. Pozwala dociąć element pod wybranym kątem, wykonuje rowkowania i cięcia koszowe/narożne. Zamontowana piła ma średnicę 800 mm, z kątem obróbki 180st oraz pochyleniem do 60st. Może się ona odchylać od pionu i i obracać w płaszczyźnie poziomej. 

Drugi moduł to pięcioosiowa frezarka. Daje ona prawie nieograniczone możliwości przestrzennej obróbki drewna. Najczęściej używanym jest frez walcowy wykonujący czynności wymagające zebrania materiału. Połączenia na nakładkę murłat, krokwie, kalenice, ścięcia koszowe, fazowanie itp… 

Frez palcowy służy do wykonywania gniazd i innych punktowych obróbek materiału. Na przykład wgłębienia na nakrętki przy połączeniach śrubowych. Można go też wykorzystać do wykonania ozdobnych zakończeń krokwi lub napisów i wzorów w drewnie. Posiada on elementy tnące na części czołowej oraz bocznej, co sprawia, że jest bardzo uniwersalnym narzędziem.

Przykładowe połączenie elementów na jaskółczy ogon

 

Moduł frezerski obsługuje też frez “jaskółczy ogon”, który służy do tworzenia czopów pod łączenia o tej samej nazwie. Najlepsze jego wykorzystanie daje właśnie pięcio lub sześcioosiowy system obróbki. Frezarka czteroosiowa, również dostępna, nie daje pełnej możliwości manewrowania tak złożonym łączeniem.

 

Moduł sześcioosiowego robora frezerskiego jest najnowszym rozwiązaniem i umożliwia jeszcze szerszą obróbkę elementu. Posiada on agregat robota z pięcioma stopniami swobody i zautomatyzowany zmieniacz narzędzi mogący pomieścić aż 16 różnych przyborów. Dzięki wózkom pozycjonującym moduł może obrobić wszystkie 6 stron materiału w jednym cyklu.

Maszyna ciesielska CNC umożliwia dodatkowo obsługę modułu wiertniczego. Dysponuje możliwością wykonania nawiertów odchylonych nawet do 60st wiertłami typu świder oraz niewyrywającymi wiertłami z frezem. 

Dodatkowym modułem może być np. szczeliniarka. Piła mechaniczna tworzy nacięcia pod blachy węzłowe o niewielkich grubościach jak 10 lub 8 mm. Firmy specjalizujące się w tego typu obróbce powinny zainwestować w moduł szczeliniarki z podtrzymaniem, gdyż wersja podstawowa może błądzić i gubić kąt w przypadku grubych materiałów. Moduły szczeliniarek różnią sie od siebie także ustawieniem. Producenci maszyn CNC oferują moduły pionowe i poziome z automatycznym smarowaniem łańcuchów. 

Bardzo pomocnym narzędziem jest rysik do znaczenia tuszem, który umożliwia oznaczenie elementów wg klucza ujętego w dokumentacji projektowej. Można go uzupełnić o moduł drukarki etykiet w końcowej części maszyny. 

Przykłady zastosowania CNC w obróbce ciesielskiej

Maszyny ciesielskie CNC pozwalają wykonać szeroką gamę połączeń ciesielskich.

Tradycyjne połączenia ciesielskie służą do łączenia elementów od najdawniejszych czasów. Obecnie rzadko wykorzystuje się je w konstrukcjach drewnianych przez ich niewielką nośność oraz pracochłonne ręczne wykonanie. Maszyny CNC pozwoliły na powrót do tej technologii. Kształtowanie złączy służy nie tylko jako połączenie nośne ale również jako pomocnicze i montażowe ustalenie miejsc połączenia stycznych elementów. W przypadku niedostatecznej nośności wzmacnia się je łącznikami mechanicznymi takimi jak wkręty ciesielskie, złącza stalowe gwoździowane lub śruby. Do najczęściej stosowanych obecnie obróbek zaczerpniętych z rozwiązań tradycyjnych należą złącza podłużne – nakładki ukośne i nakładki proste oraz złącza poprzeczne – nakładki proste i jaskółcze ogony, czopy i wręby. Wstępne ustalenie pozycji łączonych elementów przyspiesza montaż eliminując np. odmierzanie słupków ściany szkieletowej na podwalinie i oczepie, rozstaw krokwi na murłacie i płatwiach, itp...

 

 

Wykonanie nacięć i wierceń pod łączenia stalowe znacznie przyspiesza i ułatwia ich montowanie.Użycie maszyn ciesielskich w technologii CNC pomaga również w sprawniejszym wykorzystywaniu nowoczesnych technik łączenia elementów drewnianych. Zakłady produkcyjne wytwarzające wiązary kratowe łączone w węzłach na płytki kolczaste z powodzeniem stosują takie maszyny. Precyzyjne dopasowanie elementów wiązara wraz z wprasowaną w węzeł płytką stalową umożliwiają osiągnięcie zakładanej nośności i niezawodności elementu. W nowoczesnych konstrukcjach drewnianych coraz częściej bardzo ważnym wymogiem jest spełnienie odporności ogniowej konstrukcji. O ile sam przekrój drewniany łatwo zaprojektować aby spełniał warunek nośności w trakcie działania pożaru, o tyle trudności sprawiają połączenia stalowe wrażliwe na działanie wysokich temperatur. W takim przypadku stosuje się m.in. połączenia z blachami ukrytymi w drewnie. Obróbka elementu drewnianego wymaga tutaj najwyższej precyzji za pomocą szczeliniarki. Ogromnym ułatwieniem jest także wykonanie wierceń w drewnie.

Maszyny CNC do obróbki drewna sprawiły, że funkcję cieśli pracującego w warsztacie i na placu budowy przejęli projektanci, inżynierowie programujący obróbkę i operatorzy maszyny. Z jednej strony przeniesienie większości prac przygotowawczych i obróbczych poza plac budowy otworzyło wielkie możliwości, ale z drugiej wymaga to kontroli produkcji i przygotowania. Duża dokładność obróbki zakłada minimalny margines błędu. Idealne spasowanie przygotowanych w fabryce konstrukcji wymaga równie dokładnie wykonanych elementów już na placu budowy jak np. żelbetowe podstawy. A więc by korzystać z wszelkich korzyści, które daje nam tak dokładna obróbka, musimy dostosować do niej standardy wykonania reszty elementów. 

 

< Blog