I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ПОИСК ЭКОНОМИЧНОГО СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ КООРДИНАТНО-ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА ПО ДЕРЕВУ И ПЛАСТМАССЕ.
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Существует разные типы ручных фрезеров, однако самым используемым и универсальным можно назвать ручной погружной фрезер. Пластичное, совершенное по своей эстетичности дерево но для его обработки отсутствует координатно- фрезерный станок. Поэтому мы решили сосредоточиться на создании данного станка.
В связи с технологической необходимостью изготовление относительно точных фрезерованных изделий возникла идея создания координатно- фрезерного станка по дереву и пластмассе. В результате поставленной цели были выделены главные задачи которые необходимо было решить в реализации данного проекта.
1 Изготовление из общедоступных и легкообрабатываемых материалов.
2 Минимальная себестоимость
3 Изготовление без специализированного инструментария
4 Надежность из поставленных задач
Гипотеза данного проекта заключается в самой возможности изготовления фрезерного трех координатного станка по дереву с ручным управлением. Было изучено большое количество литературы и информации в интернете.
План исследования заключается в решении поставленных задач.
Вывод : из нашего проекта считаем что задачи решены и проект выполнен.
В продолжении хотелось бы продолжить работу по данному проекту и на его основе изготовить координатный станок с числовым управлением, но к сожалению программное обеспечение стоит дорого.
Основная часть
1 Творческий поиск изделия.
Назначение фрезерных станков по дереву – производство фасонных деревянных деталей. Помимо этого, посредством фрезерных станков по дереву обрабатываются профили профилей (плоскостное фрезерование) или рельефы (объемное фрезерование) изделий.
Основой любого координатно-фрезерного станка служит координатный стол, обеспечивающий перемещение инструмента или детали, (или того и другого) в трех плоскостях – вправо-влево, вперед-назад и вверх - вниз. Самой главной частью координатного стола являются направляющие – именно они обеспечивают точное и легкое перемещение движущихся частей относительно друг друга.
2 Выполнение рабочего чертежа. Исходя из поставленных задач необходимо было выбрать рабочие размеры проекта.
3 Выбор заготовки несущих частей. Несущие деталь конструкции были изготовлены из ДСП и фанеры. Почему фанера? Изначально слово «фанера» произошло от французского fournir (накладывать). Этот уникальный древесный материал представляет из себя несколько наложенных друг на друга и склеенных листов лущеного шпона. При этом каждый лист шпона располагается так, чтобы волокна древесины лежали перпендикулярно предыдущему листу. Именно поэтому фанера обладает такой высокой прочностью и более стабильно удерживает форму по сравнению с обычной древесиной. Фанера применяется, в основном, когда требуется совместить в одном решении хорошую прочность и небольшой вес материала. Именно поэтому фанера так часто используется в строительстве, машиностроении и других сферах производства, где многое зависит от прочности используемых материалов. Станок планируется в основном для пиления, фанеры, пластиков, поэтому столешница тоже изготавливается из ДСП толщиной 15 мм.
Сверление производилось на сверлильном станке.
4.Выбор направляющих. Направляющие – этакие краеугольные камни портального координатно-фрезерного станка. Обычно в практике самодельного станкостроения применяют круглые стержни и скользящие по ним втулки, такие, как например, в матричных и струйных принтерах или сканерах. Но есть немало проблем, подстерегающих каждого, кто решится их использовать. Основная проблема – это износ. Обрабатываемые изделия стружка и пыль которых оседают на смазанных стержнях и попадают под втулки. Со временем зазор между втулкой и стержнем увеличивается, что, несомненно, вызывает появление люфтов. Вторая проблема, с ней придется столкнуться еще на стадии изготовления станка – высокая точность изготовления стержня и втулки, ведь зазор между ними должен быть всего несколько микрон. Можно, конечно, взять направляющую от старого принтера, но там уже очевиден износ и надеяться на получение высокой точности бессмысленно. Поэтому была выбрана конструкция направляющих на подшипниках качения.
Системы линейного перемещения по всем трем осям X, Y и Z выполнены с использованием линейных шарикоподшипников. Линейные шарикоподшипники представляют собой подшипники для неограниченного поступательного перемещения вперед и назад, во время кото-рого шарики постоянно возвращаются в нагруженную зону по возвратным каналам
5. Выбор ходового винта. Стальной стержень был выбран из старого не рабочего принтера и на нем была нарезана стандартная резьба 8мм. Необходимо и нарезать резьбу на всей длине, кроме последних 10 мм(хвостовик). Затем отмерив необходимую длину вала, отрежьте лишний кусок со стороны начала нарезки резьбы. Дело в том, что при нарезке резьбы леркой первые 80-100 мм могут пойти неровно и гайка, накрученная на такой винт, будет вихлять. После 100 мм обычно резьба выравнивается и дальше гайка идет ровно. Вот этот неровный отрезок резьбы и надо безжалостно вырезать. Ходовые винты с двух сторон крепятся в опорных подшипниках. Для них изготавливаются обоймы.
6. Сборка электрической части проекта. В отличие от перфораторов, шуруповертов и дрелей скорость вращения фрезы относительно высока - обычно свыше 10000 об/мин. Это объясняется тем, что чем быстрее вращается фреза, тем чище получается поверхность среза. Однако слишком высокие скорости тоже нежелательны, поскольку обрабатываемая поверхность может обугливаться, а чрезмерно возрастающие центробежные силы - особенно при использовании фрез большого диаметра - привести к поломкам. Электродвигатель был выбран для фрезерования древесины поэтому необходимо было использовать высоко-оборотистый двигатель. Двигатель был найден мощностью 250 ватт и 8000 оборотов в минуту. Электрическая часть заключается в подведении электротока к двигателю и отключение его выключателем, а также использование заземления.
7. Изготовление каретки. Каретка и все, что с ней связано, самая многодельная и трудоемкая часть нашего станка. Одной из основной частью каретки является ходовые гайки.
8. Сборка координатно-фрезерного станка. При сборки одним из самых сложных моментов является обеспечение точности установки направляющих и ходового винта. Они должны быть строго параллельны между собой. Именного от этого зависит плавность хода и рабочая точность изготавливаемого станка.
9.Фрезы. фрезер обрабатывает дерево с помощью специальных фрез, состоящих из цилиндрического хвостовика (чаще встречаются цанги под хвостовики диаметром 6, 8 или 12 мм) и рабочей части с режущей кромкой. Существует огромное количество фрез, различающихся размерами и конструкцией, формой режущей кромки, материалом. Для мягких пород древесины применяются фрезы с ножами из инструментальной быстрорежущей стали, для твердых материалов (дуба, ясеня, бука, алюминия и т.п.) - из твердых сплавов.
10. Подшипники качения. Для передвижения по направляющим использовались подшипники качения 22x8 мм, насаженные на болты М8. болты крепятся к алюминиевому уголку который в свою очередь к каретки.
11. Покраска. Обработка наждачной бумагой. Покрытие серой краской корпуса, покрытие белой краской направляющих.
Технические характеристики .
С учетом всех поставленных задач были реализованы следующие данные координатно-фрезерного станка по дереву.
Мощность электродвигателя 250 ватт 8000об/мин.
Рабочая длинна по оси X 240 миллиметров, по оси Y 160 миллиметров, по оси Z 100 миллиметров.
Габаритные размеры
Длинна - 60 сантиметров
Ширина – 60 сантиметров
Высота – 70 сантиметров
Масса 30 килограмм
Экономический расчет
Металлическая труба 22мм 1 метр стоит 60 рублей было израсходовано: 2,5 метра стоимость составила 150 рублей.
Шариковые подшипники 22x8 1 штука 20 рублей : было использовано 26 штук стоимость составила 520 рублей.
Болты М8 1 штука с гайкой 10 рублей : было использовано 20 штук стоимость составила 200 рублей.
Болты М5 1 штука с гайкой 8 рублей: было использовано 20 штук стоимость составила 160 рублей.
Краска серая 1 килограмм 70 рублей : было израсходовано 250 грамм стоимость составила 17 рублей 50 копеек.
Алюминиевый уголок 20x20 1 метр 100 рублей : было израсходовано 1 метр стоимость составила 100 рублей.
Электродвигатель 250 ватт 8000 об/мин 220 вольт 900 рублей.
Фанера 1,25 м x 1,5м 350 рублей было израсходовано 1м2 стоимость составила 175 рублей.
Итого стоимость составила 2 222 рубля 50 копеек.
Заключение
Координатно-фрезерный станок может использоваться не только для фрезерования. Можно рисовать, сверлить, пилить, строгать, фрезеровать, выжигать. При изготовлении данного проекта использовались различные материалы: фанера, ДСП, металлические трубы, алюминиевые уголки, пластмасс, бронзовые гайки. Также проводилась необходимая обработка по предъявленным требованиям. Достаточная точность и простота обработки и изготовления. В результате производства данного проекта было затрачено 1 год работы. Основные проблемы с которыми пришлось столкнуться это точность изготовления, в результате проб и ошибок цели были достигнуты. Когда начинаешь такой амбициозный проект главное было не потерять желание довести все до логического конца. В результате построения данного проекта был получен большой опыт в проектировании технологической работы, выборе материала, обработки различного материала. И в продолжении данного проекта можно поставить три шаговых двигателя на соответствующие оси. Через контроллеры подключить к компьютеру и тогда получается хорошая возможность изготовления 3D объектов, но эта к сожалению дорогостоящая цель.
Литература
Wood мастер: Журнал. - М.: ООО Фиш-Информ.
Делай сам: Журнал. - Рига: DIENAS ZURNALI.
Дом: Журнал. - М.: ООО Гефест-Пресс.
Домой. Интерьеры плюс идеи: Журнал. - М.: ООО Издательский дом АФС.
Евдокимов В.Д., Полевой С.Н. Знакомьтесь - инструменты. М.: Машиностроение, 1981.
Идеи вашего дома: Журнал. - М.: ЗАО Салон-пресс.
Любимая дача: Журнал. - М.: ЗАО Эдипресс-Конлига.
Майстер: Журнал. - Киев: ООО Телеграаф Мегезинз Украина.
Мастер на все руки: Журнал. - М.: ЗАО Редакция журнала Моделист-конструктор.
Моделист-конструктор: Журнал. - М.: ЗАО Редакция журнала Моделист-конструктор.