Научный доклад на тему "Разработка и изготовление самодельного токарного станка по дереву для решения социальной проблемы по занятости населения"

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

“Средняя общеобразовательная школа №38”

(с углубленным изучением отдельных предметов)

городского округа “город Якутск”

Разработка и изготовление самодельного

токарного станка по дереву

для решения социальной проблемы по занятости населения

Выполнили проект: ученики 10 класса

Макаров Айсен, Николаев Игнатий

Руководитель: Куприянов Михаил Дмитриевич

учитель технологии

г. Якутск.2018

СОДЕРЖАНИЕ

I. Введение:

1. Актуальность, цели, задачи, новизна, практическая значимость

2. История и анализ проблемного исследования

II. Основная часть:

1.  Проектная работа

2. Экономическое обоснование

3.Экологическая экспертиза

III. Заключение.

Список литературы.

Приложение.

I. Введение

1.Актуальность выбранной темы

 В связи с тем, что в нашей школе имеются только модульные станки Unimat1 мы,изучив устройство и принцип действия модульного станка Unimat1,пришли к выводу, что станок Unimat1 имеет ограниченную мощность и модульный принцип работы. Все его возможности раскрываются только при подключении к компьютеру, программное обеспечение которого могут позволить приобрести не все школы. Стоимость его слишком дорога. Поэтому на уроках технологии мы на этих станках работаем как на школьных токарных станках промышленного производства. При этом трудно вытачивать точные изделия. А крупные вообще невозможно. Исходя, из этой проблемы возникла идея создания токарного станка своими силами. Данный малогабаритный станок ввиду своей универсальности и относительной простоты, низкой себестоимости может решать довольно широкий спектр задач, связанных с обработкой древесного материала. Он может быть использованучениками в школах на уроках технологии, умельцами в быту, мастерами деревообработки в частных предприятиях. А также в наших северных условиях, где транспортировка объёмных товаров проблематична, (и дело даже не в деньгах, а в доступности) изготовление по нашему проекту токарного станка из вторичных материалов решит социальную проблему по занятости населения, по восполнению запроса населения на декорирование из древесины. Таким образом, представляем наш технический проект по изготовлению самодельного токарного станка из вторичных материалов.

Цель: разработать и изготовить самодельный токарный станок по дереву из вторичных материалов, который можно широко использовать в быту.

Задачи:1. Изучить механизм и принцип работы токарного станка.

2. Конструировать модель самодельного токарного станка из вторичныхматериалов.

3.Собрать материалы для монтирования станка.

 4.Изготовить токарный станок по дереву.

Объект исследования: устройство и применение токарного станка.

Предмет исследования: изготовление самодельного токарного станка из вторичных материалов

Новизна: разработан самодельный экономичный токарный станок для обработки древесины, который может быть использован в школьных мастерских, в быту, в частных предприятияхмастерами деревообработки.

 Гипотеза: Если изучить техническую характеристику и конструкцию токарного станка, можно изготовить самодельный токарный станок из вторичных материалов, чтобы решить проблему доступности его для массового потребителя.

Практическая значимость: данный малогабаритный станок ввиду своей универсальности и относительной простоты, низкой себестоимости может решать довольно широкий спектр задач, связанных с обработкой древесного материала. Он может быть использован в школах на уроках технологии, умельцами в быту, в частных предприятиях мастерами деревообработки

В процессе работы были использованы:

1.Теоретический метод исследования – обзор специальной литературы.

 2.Проектный метод исследования: была спроектирована конструкция малогабаритного токарного станка с учетом возможности его последующей сборки в домашних условиях. 

3.Экспериментальный метод исследования – сборка токарного станка из вторичных материалов.

4.Практический метод исследования – получение новых умений и навыков: изготовление на самодельном станке спортивного инвентаря.

2. История и анализ проблемного исследования.

История. Использование токарных станков в истории человечества — это долгий путь от примитивных токарных устройств до современных высокопроизводительных станков.

 Еще за несколько тысячелетий до нашей эрыв Египте были изобретены простейшие токарные устройства для обработки деревянных и каменных изделий с цилиндрическими и фасонными поверхностями

 НачалоXVIII века. Выдающийся русский механик и изобретатель Андрей Константинович Нартов одним из первых в мире сконструировал и изготовил токарный станок с механическим перемещением суппорта. Так было положено начало созданию современных токарных станков. Когда появились паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, а затем в конце XIX в. Электродвигатели, ручной привод станка был заменен машинным. В начале XX в. станки начали оснащать более экономичными индивидуальными электродвигателями, параллельно с усовершенствованием привода улучшалось и устройство станков. Развивающаяся промышленность нуждалась в более совершенных станках, обеспечивающих высокую производительность и лучшее качество обработки. В связи с этим для изменения числа оборотов шпинделя станки оснащают ступенчато-шкивным приводом с перебором, ходовой винт соединяют со шпинделем посредством сменных зубчатых колес, который в дальнейшем дополняется коробкой подач. Появляется раздельная передача движений на суппорт от ходового винта для нарезания резьбы резцами и от ходового валика для всех прочих токарных работ. Вместе с темзначительно совершенствуется механизм фартука.

Значительно ускорило развитие токарных и других станков появление в промышленности быстрорежущейся стали (примерно с 1905 г.). Это дало возможность увеличить скорость резания в 4—5 раз по сравнению с ранее применявшейсяинструментальной углеродистой сталью для режущих инструментов. Таким образом машиностроительная промышленность поставила перед конструкторами и станкостроительными заводами основную задачу — создать более быстроходные и точные станки. Токарные станкидля увеличения числа оборотов и различных подач оснащаются сложными коробками скоростей и подач. Подшипники скольжения быстро вращающихся валов и особенно шпинделей заменяются более современными подшипниками качения. Особое внимание уделяется автоматической смазке.

Следующим этапом развития токарных станков является период 30-х годов ХХ столетия, когда получили применение твердые сплавы. Как известно, инструменты, оснащенные твердыми сплавами, могут работать со скоростями резанияболее высокими в 4—5 раз, чем быстрорежущие инструменты.Следовательно, для максимального использования режущих способностей твердых сплавов потребовалось значительное усовершенствование существовавшего в то время парка металлорежущих станков.

Сейчас новые модели отечественных токарных станков, например, 1М620, имеют наибольшую скорость вращения шпинделя 3000 об/мин и верхний предел подач до 4,16 мм/об.

Намного улучшилось управление новыми станками. Применяетсяодно рукояточное управление механическими перемещениями суппорта во всех направлениях, задняя бабка может быть соединена с суппортом для выполнения сверления с механической подачей, значительно сокращено количество рукояток настройки коробок скоростей и подач.

До революции Россия почти не имела собственной станкостроительной промышленности. Обычно станки ввозились из-за границы, и только небольшая часть их производилась несколькими маленькими заводами, принадлежавшими иностранному капиталу.

За годы Советской власти в России была создана мощная станкостроительная промышленность. Современные отечественные станки не уступали лучшим моделям станков иностранного производства, а в ряде случаев намного превышали их по техническому уровню. В настоящее время производство станков и вся станкостроительная промышленность пришли в упадок. Зависимость России от поставок станков из-за рубежа составила в 2006 году 87% По данным Ассоциации «Станкоинструмент» парк механообрабатывающего оборудования, состоящий преимущественно из отечественных станков за последние15 лет практически не обновлялся, сократился на 1 миллион единиц и составляет сегодня около полутора миллиона единиц. Более 70% станочного парка эксплуатируется свыше 15 20 лет и находится на грани полного физического износа.

Развитие станкоинструментальной отрасли – одно из важнейших факторов обеспечения модернизации промышленности России, однако производство новых станков, необходимых для качественного рывка вперед, серьезно отстает от запросов рынка. Крайне низкая доля станков новых поколений, с высокими показателями производительности, точности и чистоты обработки не позволяет российским предприятиям при нынешних резко растущих затратах на сырье и энергию выпускать конкурентоспособную продукцию.

Большая часть из 300 предприятий нуждается в реструктуризации и диверсификации. Конкурентоспособную продукцию станкостроители выпускают только в небольших объемах, это узкая линейка оборудования и достаточно дорогой продукт. Основной доход предприятиям обеспечивают ремонт и модернизация старого оборудования (в среднем 80%), доля собственных новинок несоизмеримо мала.

Проблема. Как видим, современное состояние станкоинструментальной отрасли в России свидетельствует о необходимости поиска новых подходов в производстве собственных станков, так как спрос потребителей не может быть удовлетворен, а импортная продукция дорога и не всегда отвечает нашим условиям.

В Якутии, удаленной от центра, всегда высок спрос на различные станки, инструменты, так как широко развито кустарное производство, особенно в сельской местности.

Например, с развитием предпринимательской деятельности в сельской местности появился интерес к изделиям с национальным колоритом, которые требуют токарной обработки древесины. Однакопромышленные токарные станки стоят от 15000 рублей(китайского производства) и выше, в зависимости от фирмы. Купить станок позволить себе может не каждая семья, особенно в отдаленных уголках нашей республики в условиях безработицы и где даже за деньги купить станок проблематично ввиду транспортных затруднений. В связи с этим мы пришли к выводу, что необходимо изготовить станок своими руками при наличии минимальных технических знаний и инструментов под рукой.

В связи с этим мы ознакомились с конструкцией школьного станкаUnimat 1 – это единственные в мире модульные станки, дружелюбные к детям -“childfriendly” (приложение 1)

 Безопасность достигается за счет низкого напряжения питания 12V, ограниченной мощности привода 35Вт и конструктивными решениями (например, прикосновение пальцем или рукой к пилке работающего лобзика совершенно безопасно из-за малой амплитуды движения пилки -3мм, поэтому кожа просто вибрирует вместе с пилкой, не нанося никаких повреждений). Модульный принцип, заложенный в основу конструкции Unimat 1, позволяет перестраивать один станок в другой за время от 30 секунд до 5 минут.

Конструктор модульных станков UNIMAT 1 CLASSIC (6 in 1) могут использоваться в самых различных целях:

·                      как профессиональный инструмент для макетчиков, ювелиров, радиотехников, изготовителей сувениров и т.д.;

·                      в авиа-, судомодельных и др. клубах;

·                      для обучения и развития технического творчества детей от 8 лет;

·                      как учебное пособие в школах, ПТУ и технических ВУЗах;

·                      в домашнем хозяйстве для ремонта аудио- и видеоаппаратуры, автомобилей, бытовой техники, игрушек и т.д.

Комплектация:

·                      Токарный станок

·                      Лобзик

·                      Шлифовальный станок

·                      Ручная мини-дрель

·                      Ручная мини-шлифмашинка

·                      Токарный станок для обработки металла

·                      Вертикальный сверлильно-фрезерный станок

·                      Горизонтальный фрезерный станок

Затем изучили устройство и принцип работы токарного станка по дереву СТД 120М.

Еще в 6 классе мы проходили устройство и принцип работы токарного станка по дереву. Токарный станок СТД 120М для точения древесины состоит из: (см.Приложение 2):

Станок токарный по дереву настольный учебный. Назначение, область применения.

Токарный станок по дереву СТД-120М предназначен для изготовления малогабаритных деталей из древесины. Учебный токарный станок по дереву СТД-120М предназначен для выполнения легких токарных работ по дереву и в центрах, на планшайбе или в патроне, а также для выполнения несложных сверлильных работ:

·                    точение цилиндрических и профильных тел вращения

·                    торцевание, закругление и отрезание заготовок под различными углами

·                    внутреннее точение по заданному профилю и сверление

·                    профильную и декоративную обработку плоских поверхностей большого диаметра на планшайбе (типа тарелки, чашки)

Исходя из этой проблемы и изучив техническую характеристику данных станков, мы решили сделать свой станок из сподручных материалов и выполнить его без сварочных работ.

Данный малогабаритный станок ввиду своей универсальности и относительной простоты, низкой себестоимости может решать довольно широкий спектр задач, связанных с обработкой древесного материала. Он может быть использован учениками в школах на уроках технологии, умельцами в быту, мастерами деревообработки в частных предприятиях. А также в наших северных условиях, где транспортировка объёмных товаров проблематична, (и дело даже не в деньгах, а в доступности) изготовление по нашему проекту токарного станка из вторичных материалов решит социальную проблему по занятости населения, по восполнению запроса населения на декорирование из древесины. Таким образом, представляем наш технический проект по изготовлению самодельного токарного станка из вторичных материалов.

II. Основная часть.

1. Проектная работа

Как мы видим, школьный станок довольно прост. Наш станок должен был быть тоже простым, так как мы не имеем ни токарного станка по металлу, ни сварочного аппарата. Станину для жесткости решили сделать из цельной доски (размер 1205x195х45). На нем будут размещены все узлы станка. Для продольного перемещения задней бабки, с помощью ручного фрезерного станка сделали сквозной вырез длиной 850мм с расчетом общей длины вытачиваемой детали (например, балясины). Электродвигатель от старой стиральной машины КД – 25 – У4 с оборотом 1350 об/мин(для нас самый оптимальный оборот) и с мощностью 25 W (мощности чуть не хватает, но вполне устраивает в плане безопасности в случае если заклинит заготовку) для прямого привода(будет одновременно служить как передняя бабка), мы установили на станину, отцентрировав его положение по отношению к станине параллельно по плоскости и продольной оси.Затем его закрепили жестко на саморезы и усилили самодельным хомутом из полосовой стали. Кнопочный выключатель оставили от старой стиральной машины, он был соединен с конденсаторами, которые служат как статоры для включения двигателя.На вал двигателя посадили самодельный трезубец, который был сделан из трубы диаметром Ø28, закрепив его болтом.

Заднюю бабку соединили из двух досок, размером 155х110х45 под углом 90° закрепив саморезами и усилив для жесткости металлическими уголками. Снизу для легкого скольжения вдоль станины прикрепили жестяные полоски. Для центровки конуса отмерили высоту центра трезубца передней бабки и по полученной отметке просверлили отверстие на задней бабке диаметром Ø32. На отрезке трубы с наружным диаметром Ø32 запрессовали две гайки. За счет трубы они центрируются идеально. В эти гайки вворачиваем болт длиной 200мм, заранее один конец которого,выточив конусом. Перед этим на болт заворачиваем гайку, которая будет служить нам контргайкой. На задней бабкедля центровки продольного хода, под нижней доской закрепили профиль из отрезка мебельной фурнитуры. Подставив на место заднюю бабку, отмечаем место для крепления и просверлив насквозь крепим его болтом и барашкой.

Для изготовления подручника мы отрезали уголок 20х20 от старой детской кроватки. Отрезав вырез на одном ребре загнули его под углом 90° и просверлив насквозь закрепили заклепкой. На одной стороне уголка болгаркой вырезали продольный вырез шириной 10мм и длиной 600мм, что будет служить нам для регулировки подручника вдоль и поперек по станине при точении. Из такого же уголка отрезали кусок длиной 150мм. Приставив его к стойке подручника, с расчетом что общая высота должна соответствовать к высоте центра передней бабки, просверлили оба уголка насквозь и закрепили их заклепкой. Такое жесткое крепление упора подручника не очень удачен, но в нашем случае он оптимален. Подручник мы закрепили к станине с помощью болта и барашки.

На электродвигатель, так как вал выходит с обеих сторон, с наружной стороны мы поставили точильный круг. На нем мы вытачивали резцы для нашего станка. Также он будет служить как маховик

Весь станок мы установили на стол, предварительно подставив под станину бруски размером 50х50, так как просвет нам будет нужен для регулировок хода задней бабки и подручника с помощью подтяжек болтов барашками.

Все размеры мы приводим на чертеже. (приложение 3)

Для изготовления резцов были использованы старый напильник и отрезок трубы Ø28.Ручки для резцов мы выточили на этом станке. Наш простейший самодельный токарный станок для обработки деревянных заготовок состоит из нескольких основных частей: рамы, передней и задней бабки, ведущего и ведомого центров, электропривода, упора для резца. (см.Приложение 1) Для осуществления проекта решили исходить из того что мы в наличии имеем только электродвигатель от старой стиральной машины. Обычно станки собирают из металлических частей, путем сварки и болтовых соединений. Мы не имеем сварочного аппарата, поэтому нам придется собирать наш станок из деревянных частей.

2. Экономическое обоснование.

Решение любой проблемы должно быть экономически или материально целесообразно. Для того, чтобы оценить его целесообразность, мы должны рассчитать себестоимость изделия и сравнить её со стоимостью аналогичного промышленного экземпляра. Себестоимость изделия - это все затраты, понесённые при его изготовлении. В себестоимость могут входить стоимость использованных материалов, электроэнергии, коммунальные услуги, аренда помещения, амортизация оборудования, транспортные расходы, заработная плата, налоги и другие прямые и косвенные затраты понесённые при изготовлении изделия. В нашем случае проект выполнялся по личному желанию, поэтому затраты минимальные.

  С = Мз + Дз + Эз

1. Затраты на материалы (Мз).

При изготовлении проекта использовались остатки от стройматериала и вторичные материалы (металлолом).

Для станины и изготовления задней бабки потребовалась половина одной доски – 150 рб. Весь металлолом нам достался со свалки – 0 рб.

Для резки металлопроката мы использовали «болгарку». За время работы мы израсходовали 1 отрезной диск, по цене-32рб.

Электродвигатель и конденсатор достались нам бесплатно.

Были куплены двухжильный электрический провод- 3м по цене 25рублей и вилка -32рубля: 5х25+32=157 рублей.

2. затраты на электричество (Эз).

Стоимость 1квт/ч электроэнергии- 4.13рубля. Время работы над проектом 10 часов.4.13 х 10=41.3 рб.

В гараже при свете мы работали 3 часа. Мощность освещения составляет 60 ватт 0.06х 3=0.18 рубля

Время работы на «болгарке» 1час. Её мощностьx- 0,75кВт/ч: 0,75х1=0,75рубль.

Общая стоимость электроэнергии составила 41.3+0,18 +0,75= 42рублей 23копейки.

3. Дополнительные затраты.(Дз).

Мы купили саморезы20шт и барашки 2шт на сумму 80 рублей.

5.7. Находим общую стоимость изделия: С= Мз + Эз + Дз

157+42.23+80=279рублей23 копейки.

3. Экологическая экспертиза.

 В последнее время люди начинают понимать, что будущее планеты Земля во многом зависит от нас. Во всём мире стараются применять такие материалы и технологии, которые не нарушают сложившейся экологической обстановки. Широко используются вторичные ресурсы, отходы производства.

Что касается изготовленного нами токарного станка, то мы постарались соблюсти в нём все эти требования. Материалы, из которых изготовлен станок, экологически чистые.  Для его изготовления мы использовали отходы стройматериала, металлопроката, списанную бытовую технику и детали машин, тем самым способствуем разумному использованию вторсырья и экологической чистоте окружающей природы.

 Таким образом, мы считаем, что наш проект получился экономически, материально выгодным и полезным. Наш станок получился достаточно надежным и удобным для вытачивания небольших и простых по форме изделий. На нём удобно точить небольшие изделия (подсвечники, ручки для инструментов и.т.д.). Ручки для резцов были изготовлены на этом станке. Также первый заказ для нашего школьного зала мы выполнили во время пробного изготовления изделия. Это палки для мас - рестлинга и «тутумэргиир». В последующем на станок планируем изготовить и посадить планшайбу. Тогда возможности нашего станка намного повысятся. ( приложение№5)

III. Заключение.

Нами разработансамодельный экономичный токарный станок для обработки древесины из вторичных материалов. Мы убедились, что даже из сподручных и простых материалов можно изготовить токарный станок, вполне пригодный для бытовых работ. Преимущества нашего станка заключаются:

1. в экономичности и доступности.

2. в малогабаритности.

3. в простоте сборки

4. в технической безопасности.

Все эти условия делают наш станок доступным для широкого круга людей, желающих заниматься деревообработкой в быту. Так же в наших северных условиях, где в отдаленные районы доставляются только товары первой необходимости (а токарные станки имеют большой вес и громоздки, поэтому транспортировка их проблематична) сборка такого станка народными умельцами арктических районов решила бы проблему занятости населения и восполнила бы потребность населения, так как в последнее время возрос интерес к изделиям с национальным колоритом. Безусловно,изделия, выточенные на токарном станке намного привлекательнее плоских декоров из фанеры. Так же в ходе проекта мы научились ставить проблему, конструировать, моделировать и работать на токарном станке собственного производства.

Литература.

1. А.В.Перышкин «Физика», учебник 8 класс. ООО «Дрофа», 2013

2. В.Д. Симоненко «Технология», учебник для учащихся 6 классов общеобразовательных учреждений, М., «Вентана-Граф», 2009

3. В.Д. Симоненко «Технология», учебник для учащихся 7классов общеобразовательных учреждений, М., «Вентана-Граф», 2010

4. В.Д. Симоненко «Технология», учебник для учащихся 8 классов общеобразовательных учреждений, М., «Вентана-Граф», 2010

5. В. Левадный, Ю. Черный «Обработка дерева на станках» Аделант, 2005 год, 384 стр.,

6. Серия профессиональное мастерство. В.И.Метлов «Самодельные деревообрабатывающие станки и работа на них» Феникс, Ростов-на-Дону, «ЦИТАДЕЛЬ ТРЕЙД», Москва 2005

7. Ш. И. Бейлии «Пособие для токарей по дереву» Лесная промышленность, 1964 год, 115 стр.,

8. Интернет сайты, ютуб.

Приложение.

Приложение 1

Технические характеристики

Страна производитель	Австрия
Количество возможных комбинаций	6 видов мини станков
Обрабатываемый материал	дерево, фанера, пластик, металл
Токарный станок	·                     высота центров 25 мм с возможностью увеличения до 50 мм; ·                     расстояние между центрами 135 мм с возможностью расширения до 324 мм; ·                     напряжение 12 В.
Лобзик	·                     амплитуда хода пилы - 4 мм; ·                     размер стола - 90х90 мм.
Шлифовальный станок	·                     диаметр шлифовального диска - 50 мм; ·                     скорость вращения - 2000 или 6000 об/мин.
Ручная мини-дрель	·                     диаметр хвостовика сверла - от 0,5 до 6 мм; ·                     скорость вращения - 2000 об/мин.
Ручная мини-шлифмашинка	·                     диаметр шлифовального диска - 50 мм
Токарный станок для обработки металла	·                     высота центров над станиной 25 мм; ·                     межцентровое расстояние 135 мм.
Вертикальный сверлильно-фрезерный станок	·                     перемещение шпинделя по вертикали - 30 мм; ·                     перемещение стола по оси Х - 50 мм, ·                     по оси Y - 30 мм.
Горизонтальный фрезерный станок	·                     перемещение по осям Y и Z - 30 мм; ·                     перемещение по оси Х - 50 мм.

Приложение 1

Рис. 1. Конструкция токарного станка по дереву:
1 – рама; 2 – привод; 3 – ведущий центр; 4 – заготовка; 5 – упор для резца; 6 – задняя бабка; 7 – ведомый центр (центр-болт); а – высота расположения ведущего центра.

Приложение 2

а – полукруглый; б – плоский.

а – реер; б –мейсель

Приложение 2

Состав токарного станка СТД-120М

1.                 электродвигатель

2.                 кнопочный выключатель

3.                 клиноременная передача

4.                 шпиндель

5.                 передняя бабка

6.                 кнопочный блок

7.                 светильник

8.                 корпус с центром-вилкой

9.                 подручник

10.            защитный экран

11.            рукоятка зажима

12.            ограждение станка

13.            задняя бабка

14.             маховик

15.             станина с направляющими

16.             опорная лапа

17.             закрепляющая гайка

18.             пиноль

19.             центр

20.             рукоятка стопора

21.             держатель (каретка)

22.             двухрожковая гайка

23.             деревянная платформа

24.             опорные бруски

25.             щель для отсасывания отходов

Приложение 3

Чертеж самодельного токарного станка

Приложение 5