Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Универсальная платформа с ЧПУ для лазерной и фрезерной обработки различных материалов
НТТМ-2017-1465 | Категория I

Автор:

Бочарников Владислав Александрович

Научный руководитель:
Карзин Виталий Валерьевич
Организация:
ГБУ ДО ЦДЮТТ «Охта»,
Санкт-Петербург
Цель работы
В современном мире деятельность многих учёных и инженеров направлена на рационализации и оптимизацию производственных процессов. Это необходимо для повышения эффективности работы таких производств с целью повышения качества и функциональных характеристик выпускаемой продукции. В центрах детского творчества появляется множество новых научно-технических и спортивно-технических объединений, которые оснащаются современным оборудованием. Проблема в том, что на сегодняшний момент в России существуют всего несколько производителей такой техники и их деятельность связана с перепродажей станков иностранных производителей. Поэтому создание отечественной универсальной обрабатывающей платформы является важной и актуальной задачей, направленной на разумное импортозамещение.
Целью моей работы является разработка функционирующей трёх-осевой универсальной платформы с числовым программным обеспечением с заданными характеристиками.
Основными задачами, которые преследуются в ходе данной исследовательской работы, являются:
- Всесторонний анализ предметной области и выявление тренда в современных средствах автоматизации производств.
- Расчет основных параметров изготавливаемой платформы.
- 3х-мерное моделирование платформы с ЧПУ.
- Апробация изготовленной платформы в процессе создания элементов скоростной радиоуправляемой судомодели и др. деталей.
- Исследование режимов лазерной и фрезерной обработки различных материалов.
В ходе ведения исследовательской деятельности возникают следующие проблемы:
- проблема, связанная с определением технических параметров разрабатываемой платформы: размер рабочей обрабатываемой области; пространства, скорость обработки материала в рамках поставленной задачи.
- проблема, связанная с недостаточностью знаний в области материаловедения и электроники;
- проблема, связанная с невозможностью прямых закупок требуемых материалов и комплектующих на торговых площадках РФ.
Обзор предметной области
На данный момент не существует универсальной (лазерная резка и фрезерная обработка с ЧПУ) платформы для обработки материалов (в ценовой категории до 500 тыс. руб.). В основном это установки направленные на решения конкретной задачи: например станок лазерной резки или фрезерной обработки с ЧПУ. Универсальные обрабатывающие центры производятся в Китае и Германии, но находятся в недоступной для массового потребления ценовой категории (имеется в виду применение в образовательных учреждениях, закупка в условиях экономического кризиса). Также был произведен тщательный анализ информации в интернет-пространстве на международном популярном среди механизаторов и автоматизаторов форуме "Cnczone". Также произведен литобзор современных статей на тему много-осевых систем с ЧПУ. Предыдущими наработками можно считать приборы и устройства, которые стали функциональным узлами данной платформы. Был произведён тщательный анализ работ по материаловедению и технологиям обработки металлов, пластиков и др.
Описание результатов проекта
В ходе работы была спроектирована и собрана универсальная платформа с ЧПУ для обработки различных материалов.
Было проанализировано много различных научно-технических данных на тему станкостроения, которые в последствии помогли выявить тренды в современном станкостроении и автоматизации производств.
После этого была полностью разработана 3Д-модель будущей платформы. Создание виртуальной модели изготавливаемого прибора позволило объективно оценить физические характеристики и процессы, происходящие в этой системе.
Была решена задача прогиба направляющего вала, с помощью которой был подобран материал, из которого был изготовлен вал для направляющих осей, а также его диаметр и длина.
После сборки платформы были проведены опыты, в следствии чего было произведено сравнение расчетных параметров с реальными. Результаты оказались очень хорошими, за счет чего точность станка получилась более высокой.
На платформу была установлена фрезерная головка. Были проведены многочисленные эксперименты по тестированию надёжности станка, а также для подбора режимов обработки. В последствии были составлены сводные таблицы по собранным мною данным.
Также на платформу была установлена лазерная головка и также проведены опыты по выявлению режимов обработки различных материалов. Была разработана система автофокусировки для лазерной обработки. После месячного интенсивного использования никаких проблем с платформой не возникло.
В ходе постройки платформы были использованы различные конструкционные материалы, закупленные в России. Если сравнивать получившийся станок по экономической составляющей с аналогичными (станками с ЧПУ и лазерными резаками), то будет видна явная выгода почти в 2 раза.
Также мною были выделены несколько опасных факторов при работе на трех осевой универсальной платформе, в следствии чего мною были составлены некоторые правила техники безопасности при работе на данном оборудовании.
Подводя итог, хочется сказать, что разработанный технологический процесс постройки универсальной платформы является законченным, и на данном этапе при необходимости имеется возможность серийного производства данной платформы.
Описание применимости
Платформа с ЧПУ является незаменимым инструментом воплощения различных инженерных задумок в любой научно-технической лаборатории. Она резко повышает эффективность и качество производственной деятельности, тем самым выводя изготавливаемую продукцию на новый уровень. Платформа может стать основой для автоматизации таких техпроцессов как упаковка изделий, размещения компонентов на печатных платах и др.
Сводными таблицами, составленными мной в ходе подбора режимов обработки различных материалов, теперь сможет пользоваться каждый желающий, не теряя время на проведение длительных экспериментов.
Также любой желающий сможет воспользоваться чертежами и спроектированной 3Д-моделью получившегося изделия, для того чтобы собрать такую же платформу в своей лаборатории. Спектр применения данной установки очень широкий: возможно её применение в самых разных образовательных учреждениях: общеобразовательные, дополнительные и среднепрофессиональные.
Дальнейшее развитие проекта
Дальнейшее развитие данного проекта связано с повышением функционала платформы с ЧПУ. В первую очередь это, конечно, разработка нового функционального узла - головка для трёхмерной печати. Она может быть создана с помощью данной платформы в режиме фрезерной обработки. Также необходимо разрабатывать устройство (рука-манипулятор) для платформы, для использования её в качестве автоматизированного средства размещения электронных компонентов на печатные платы. Также необходимо в ближайшей перспективе распространить информацию по данной установке в интернете, для того, чтобы её могли использовать в образовательных учреждениях как наглядную технологическую установку. Всегда готов принять замечания и дополнения для совершенствования конструкции платформы и повышения её функциональных характеристик.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ

E-mail: info@konkurs-nttm.ru