Дерево легко поддается обработке. Используя простые инструменты, можно создавать вещи удивительной красоты и функциональности.
Отдельно стоит отметить изделия, имеющие форму фигур вращения: ручки для инструмента, балясины лестниц, кухонную утварь. Для их изготовления недостаточно топора или стамески, необходим токарный станок.
Купить подобное устройство – не проблема, вот только хороший станок стоит дорого. Обзавестись столь полезным инструментом и сэкономить несложно, ведь можно сделать токарный станок по дереву своими руками.
Зачем нужен и как он устроен
Токарный станок предназначен для изготовления деревянных изделий, имеющих цилиндрическую или близкую к ней форму. Это незаменимая вещь при ремонте загородного дома с деревянной лестницей, резным крыльцом, но не только.
При наличии некоторого опыта токарный инструмент позволит не просто сэкономить на покупных элементах декора, но и заработать, ведь деревянные изделия ручной работы высоко ценятся.
Необходим ли в домашней мастерской такой станок, решать самому мастеру.
Конечно, если нужны несколько ручек для стамесок, их проще купить, но если есть желание изготовить цельнодеревянную лестницу, то комплект балясин выльется в очень крупную сумму. Гораздо дешевле изготовить их самостоятельно. Кстати, даже не придется тратиться на покупку оборудования – простенький станок можно изготовить в собственной мастерской, используя подручные материалы.
Принцип работы токарного станка по дереву не отличается особой сложностью. Цилиндрическая заготовка фиксируется вдоль оси вращения. На нее передается крутящий момент. Подводя к заготовке различные резцы или шлифующий инструмент, ей придают желаемую форму.
Основные части токарного станка:
- станина, на которой закреплены все составные части;
- электрический привод;
- передняя бабка;
- задняя бабка;
- подручник.
Для удобства работы используют схемы изменения скорости вращения. В профессиональном оборудовании это настоящая коробка передач, система шестерен, позволяющая регулировать обороты в очень широких пределах. Это сложно, самодельный токарный станок по дереву достаточно оборудовать ременной передачей с несколькими шкивами разного диаметра.
Скорость вращения шпинделя и подачи фрезерно-гравировального станка с ЧПУ: как её выбрать?
При составлении технологической карты токарной или фрезерной обработки специалисту нужно найти оптимальный баланс между производительностью станка и требованиями к чистоте поверхности готовой детали. Основные параметры, на которые он может повлиять — это частота вращения шпинделя и скорость подачи. Выбор режимов обработки проводится расчетным или опытным путем.
Сложность работы на портальных фрезерно-гравировальных станках состоит в их многозадачности. В одной управляющей программе может быть несколько видов обработки: контурная резка, фрезерование пазов и сквозных отверстий, гравирование. При этом материалы — дерево, пластик и композиты, различаются сопротивлением резанию и структурой. Многие начинающие операторы сталкиваются с такими неприятными моментами как прижог, недостаточная чистота обработки, преждевременный износ режущей кромки. Ниже мы постараемся дать общие рекомендации о настройке скорости шпинделя и подачи без сложных расчетов.
Что такое скорость вращения шпинделя и подача?
Скорость вращения — один из основных параметров шпинделя. Он выражается в оборотах в минуту (об/мин) или герцах (Гц). В портальных станках с ЧПУ не используется сложных по конструкции механических коробок передач и скорость регулируется электронными компонентами. С увеличением скорости вращения растет производительность станка и снижается ресурс режущего инструмента. Последнее связано с выделением избыточного количества тепла, которое не успевает рассеиваться. В результате перегрева падает твердость режущих кромок, и они теряют свою остроту.
Изготовление станины
Станина – рама, которая объединяет все части станка в единое целое. От ее надежности зависит прочность конструкции в целом, потому лучший материал для рамы – стальной уголок. Также можно использовать профильную трубу прямоугольного сечения.
Прежде всего, намечают размеры будущего агрегата. Данный показатель во многом зависит от того, для каких именно изделий нужен станок. Средний размер станины домашнего токарного станка – 80 см. С помощью болгарки с кругом по металлу отрезают две одинаковые заготовки.
Подкладывая деревянные бруски, угольники полками вверх и внутрь, укладывают на ровную поверхность, их верхние грани должны создать идеальную плоскость. Между ними выдерживают одинаковое расстояние, примерно 5 см. Чтобы правильно их сориентировать, используют рейку соответствующей толщины.
Продольные детали основания фиксируют струбцинами. Из такого же угольника делают поперечины. Их три. Две крепят на краях конструкции, третью, являющуюся опорой для передней бабки, примерно в двадцати сантиметрах от левого края. Точные размеры зависят от типа используемого двигателя и параметров шкива, который удалось найти.
Остается сварить станину в единое целое. Шов должен быть надежным и качественным, варить можно ручной сваркой или использовать автомат.
Важно сразу определиться, как будет использоваться станок. Возможна настольная установка или изготовление автономного агрегата. Во втором варианте необходимо предусмотреть ножки. Их можно изготовить из того же угольника, а можно вырезать из бруса подходящей толщины. Применение деревянных ножек позволит сэкономить на материале, кроме того, станок можно будет сделать разборным.
Основные детали
Технология токарного дела долго развивалась, приобретая новые навыки и повышая уровень мастерства. Благодаря этому сегодня все деревянные изделия отличаются гладкой поверхностью, лаконичностью и завершенностью. А их внешний вид не оставит равнодушным никого.
Все образцы токарных работ по дереву подразделяются на несколько деталей:
- параллелепипед;
- конус;
- пирамида.
Почти все эти фигуры можно получить методом точения. Перед тем как положить часть древесины на токарный станок, с нее предварительно снимают кору и зачищают трещины. Чтобы обработка была проведена правильно, подготовленный цельный кусок надежно закрепляют на устройстве специальными приспособлениями. После того как все работы были завершены, мастера делают на изделиях выразительную роспись по древним традициям (о ее великолепии можно судить по знаменитой хохломе и русским матрешкам).
Электродвигатель для станка
Основа привода токарного станка – двигатель. При выборе данного агрегата важно обращать внимание на его основную характеристику – мощность. Для домашнего станка подойдут модели мощностью от 1200 до 2000 Вт. Важен тип подключения, бывают однофазные и трехфазные двигатели.
В настольном токарном станке небольшой мощности можно использовать двигатель от стиральной машины. Он вряд ли справится с обработкой крупной заготовки, но поможет изготовить мелкие элементы декора и кухонную утварь.
Прямой привод или ременная передача
Существует несколько способов передачи вращения на заготовку. Самый простой – прямой привод. В данном случае заготовка крепится непосредственно на вал двигателя. Отличительная особенность данной конструкции – простота. При всем при этом прямой привод имеет ряд существенных недостатков.
Прежде всего, станок с прямым приводом не позволяет регулировать скорость вращения, что критично при работе с твердым материалом. Также стоит учитывать нагрузку на электродвигатель, особенно при работе с заготовками большой массы. Как бы хорошо ни была она центрована, без вибрации не обойдется. Подшипники двигателя не рассчитаны на продольную нагрузку и будут часто выходить из строя.
Чтобы обезопасить двигатель от поломок и обеспечить возможность регулировки скорости вращения заготовки, стоит рассмотреть ременную передачу. В данном случае двигатель располагается в стороне от оси вращения заготовки, а крутящий момент передается посредством шкивов. Используя блоки шкивов разных диаметров, несложно менять скорость в довольно широких пределах.
Станок для дома желательно оборудовать шкивами с тремя и более ручьями, что позволит с одинаковым успехом обрабатывать древесину любых пород, а при необходимости работать с мягкими сплавами.
Режимы резания при токарной обработке
При токарной обработке с заготовки за определенное число проходов снимается лишний металл, называемый припуском. В результате получается изделие заданной формы с требуемыми размерами и классом шероховатости поверхностей. В общем виде операция точения детали на токарном станке выглядит следующим образом: резец последовательно перемещается с заданной подачей вглубь металла вращающейся заготовки, при этом его режущая кромка за каждый оборот удаляет с заготовки заданную толщину металла.
Режимы резания при токарной обработке определяют на основании ряда технических показателей, среди которых самые значимые — это подача инструмента и частота вращения детали, закрепленной в шпинделе станка. Правильный выбор и применение режимов обработки гарантируют не только геометрическую точность и экономичность изготовления, но и сохранность детали, инструмента и оборудования, а также безопасность станочника.
Основные параметры
Одна из главных задач технологической подготовки производства при токарных работах — это определение рациональных режимов резания. При их расчете должны учитываться особенности обрабатываемого изделия и возможности станочного парка, а также наличие соответствующего инструмента, приспособлений и оснастки. Компоновка узлов и агрегатов токарного станка позволяет реализовать два определяющих вида движения, которые формируют заданную конфигурацию поверхностей детали: вращение заготовки (главное движение) и перемещение резца вглубь и вдоль поверхности детали (подача). Поэтому основными технологическими параметрами для токарного оборудования являются:
- глубина резания;
- подача и обороты шпинделя;
- скорость резания.
Существует взаимовлияние режимов резания и основных элементов производственной экономики. Среди них самые значимые — это:
- производительность оборудования;
- качественные показатели производства;
- стоимость выпускаемых изделий;
- износ оборудования;
- стойкость инструмента;
- безопасность труда.
Понятие о режимах резания
Точение на предельных режимах повышает производительность токарного оборудования. Однако такая работа станков не всегда возможна и целесообразна, т.к. существуют ограничения в виде предельной мощности главного привода, жесткости и прочности обрабатываемых изделий, а также технологических параметров инструмента и оснастки.
Еще одним ограничением являются характеристики отдельных материалов. К примеру, титан и нержавеющая сталь для токарной обработки являются одними из наиболее сложных материалов и требуют особого подхода при определении параметров технологической операции.
При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.
Глубина
Припуск — это толщина металла, удаляемого токарным резцом с заготовки до достижения ею чистового размера. При обточке и расточке он удаляется поэтапно за заданное число резов. Толщина металла, удаляемого за единичный проход резца, в механообработке носит название глубина резания и измеряется в миллиметрах. В технологических расчетах и таблицах этот параметр обозначают буквой t.
При операциях обточки она равна 1/2 разности диаметров перед и после обточки детали и вычисляется по формуле:
где t – глубина резания; D — диаметр заготовки; d – заданный диаметр детали.
При операциях подрезки — это размер слоя металла, удаляемого с торца заготовки за единичный проход резца, а при проточке и отрезке — глубина канавки.
В идеальном случае на удаление припуска требуется один проход резца. Но в реальности токарный процесс, как правило, включает в себя черновой и чистовой этап обработки (а для поверхностей с повышенной точностью – и получистовой). При хороших характеристиках и форме заготовки обе эти операции выполняются за два-три прохода.
Передняя и задняя бабка
Обрабатываемая заготовка зажимается между двумя устройствами, называемыми передняя и задняя бабка. На переднюю передается вращение от двигателя, потому она является более сложным узлом.
Конструктивно передняя бабка самодельного токарного станка представляет собой металлическую П-образную конструкцию, между боковыми гранями которой на подшипниках установлен вал и один или несколько шкивов. Корпус данного агрегата можно изготовить из толстой стали, для сборки его в единое целое подойдут болты достаточной длины.
Важная часть передней бабки, как и станка в целом – вал, шпиндель с тремя или четырьмя штифтами, предназначенными для фиксации заготовки. Данный вал пропускают через подшипник одной из щечек П-образного корпуса, далее на него насаживают шкивы. Для их крепления используется шпонка или средство для фиксации цилиндрических деталей, последней надевается вторая щечка, конструкция надежно стягивается болтами.
Задача задней бабки – поддерживать длинную заготовку, позволяя ей свободно вращаться. Можно купить готовую деталь заводского станка, а можно использовать патрон мощной электрической дрели, закрепленный на угольнике подходящей длины. В сам патрон зажимается вал с заостренным концом.
Передняя и задняя бабка устанавливаются на станину. Важно понимать, что оси вращения обоих валов должны полностью совпадать. В противном случае вероятна поломка заготовки, выход станка из строя, а возможно, и травма токаря.
Выбор способа передачи
В большинстве самодельных токарных станков по дереву рабочий привод обеспечивается двумя самыми популярными способами – прямой передачей или посредством ремней. Обе схемы отлично подходят для малогабаритных токарных станков с примитивными устройствами зажима заготовки из дерева в виде трезубца и конуса.
Прямая передача
Кроме этого, прямая передача не позволяет делать регулировку числа оборотов. Если двигатель выдает 1425 об/мин, значит, и заготовка будет вращаться также, увы, для точения древесины твердых пород этого явно недостаточно.
Ременная передача
Конструкция передней бабки с использованием ременной передачи значительно расширяет возможности токарного станка. Даже если используется шкив одного диаметра, это дает возможность повысить скорость вращения вала и уберечь электродвигатель от больших нагрузок, заклинивание в этом варианте ему точно не грозит.
Если на рабочем валу закрепить многоручьевой шкив, а двигатель на подвижных салазках, то получается возможность регулировать скорость вращения вала – перебрасывая ремень с меньшего диаметра на больший. Это самый лучший вариант, он дает возможность обрабатывать дерево самых разных пород.
Опора для инструмента: подручник
Подручник – столик, на который опирается инструмент во время работы. В принципе, он может иметь любую конфигурацию, выбирать мастеру, основной критерий – удобство. Одним из лучших вариантов подручника является трапециевидный поворотный столик из толстой стали, закрепленный на платформе, позволяющей перемещать его во всех направлениях. Он позволит обрабатывать любые заготовки, изготавливать изделия различного размера и формы.
Самый же простой подручник для токарных работ – угольник, приваренный к основанию. Высота его верхней кромки должна соответствовать уровню оси бабок.
Резцы по дереву
В качестве режущего инструмента для токарного станка используются резцы. Купить подобный инструмент можно практически в любом строительном магазине. В продажу поступают отдельные резцы и целые наборы.
Если поблизости нет магазина, но есть возможность и желание, можно сделать необходимый инструмент самому. Для этого понадобится металлорежущий станок, а также полотно инструментальной стали, его можно заменить старым инструментом. Токарный резец высокого качества может получиться, к примеру, из старого советского напильника.
Мини-станок для мелких работ
Часто возникает необходимость выточить несколько мелких деревянных деталей, в этом случае вовсе не обязательно изготавливать полноценный станок, можно обойтись токарным мини-станком по дереву. Его изготовление не потребует много труда и не займет много времени.
Устройство такого станка отличается крайней простотой. В качестве электрической составляющей отлично подойдет двигатель от старого магнитофона, запитанный от внешнего блока питания. Станиной мини-станка послужит отрезок доски необходимой длины.
Двигатель необходимо закрепить. Конечно, для маленького станка ременная передача не годится, заготовку придется крепить на вал двигателя. Лучшее приспособление для этого – планшайба. Корпус привода – П-образная пластина, в центре которой просверлено отверстие под вал. Двигатель в корпусе с помощью саморезов крепится на станине.
Основная часть станка готова, остается только изготовить заднюю бабку. Ее корпус изготавливается из бруска подходящего размера. В нем точно по высоте двигателя сверлится отверстие для вала, в качестве него используют дюбель-гвоздь подходящей длины. Бабка крепится с помощью клея и нескольких саморезов.
Используя источник питания с возможностью регулировки выходного напряжения, можно создать станок с переменной скоростью вращения. Регулировать обороты удобно с помощью педали ножного управления. Конструкция данного устройства может быть самой разнообразной, все зависит от имеющихся деталей.
История развития
Считается, что первые токарные станки начали применять египтяне ещё в 1300 г. до н. э. В 650 г. до н. э. римляне с их помощью производили луки и стрелы, которые предназначались для воинов-защитников империи. Процесс этот требовал неимоверных титанических усилий.
В 14-15-м веках токарные работы по дереву выполнялись на станках уже с ножным приводом, аналогичным педали на швейных машинках 20-го столетия. К тому же они были оснащены металлическими деталями, что давало возможность обрабатывать более сложные материалы. Точеные деревянные изделия оказывали большое влияние на развитие человечества: от производства простой домашней утвари, сельскохозяйственных орудий, морских деталей (например, шкивы для блоков и снасти) до мебели, музыкальных инструментов, спортивного оборудования, средств измерений и т. д.
В 18-м веке русский ученый-механик Нартов А. К. разработал первый в мире винторезный агрегат с зубчатыми колесами и механизированным суппортом. Такое изобретение позволяло создавать изысканные барельефы.
В настоящее время это производство полностью автоматизировано. Современные технологические устройства дают возможность изготавливать самые разнообразные изделия токарных работ по дереву.
