КИТАЙСКИЙ ШАР (ШАР В ШАРЕ) В ФОРМЕ ДОДЕКАЭДРА СВОИМИ РУКАМИ

© Автор: КОНСТАНТИН ГУСЕВ

Эта работа началась с путешествия по страницам книги Manuel du tourneur 1816 г. В ней подробно описываются виртуозные приемы в токарном искусстве, применявшиеся мастерами в XIX веке, а на старинных гравюрах изображены чертежи инструментов и приспособлений, по которым можно сделать выводы об удивительном мастерстве токарей прошлого. Для тех, кто увлекается токарным делом, эта книга представляет настоящий клад информации и невероятных идей.

Особенно меня привлекла одна из гравюр. Если внимательно рассмотреть чертёж, то становится понятно, что эта фигура состоит из 4-х полых сфер помещенных одна в другую по принципу «китайских шаров», но самое главное, что две внутренние сферы имеют взаимное пересечение. А форма выглядит действительно удивительно и совершенно невыполнимой на токарном станке. И все это выполнено из целого куска материала без склейки. Технически взаимосвязанные сферы являются своего рода цепочкой, выполненной из одного куска материала, только звенья этой цепи имеют 3D структуру.

Шаг за шагом мне удалось повторить этот удивительный проект. Работа над ним так увлекла меня, что превратилась в настоящее токарное путешествие в прошлое. Старинная книга, написанная на старофранцузском языке, трудна в переводе, поэтому я искал совета у современных мастеров, в разной степени приблизившихся к решению этой токарной головоломки. В итоге мне не только удалось повторить эту работу, но и значительно упростить рабочий процесс, сделав его более предсказуемым.

ЛЮБОЙ ПРОЕКТ НАЧИНАЕТСЯ С ЧЕРТЕЖА

Внешняя сфера имеет диаметр 102 мм и толщину стенки з мм, на ней расположены 14 больших отверстий (35 мм) и 24 малых (8 мм). Через большие отверстия в дальнейшем будет видно внутренний мир сферы, также они являются технологическими окнами для доступа инструмента. Малые отверстия делают изделие более воздушным и несут исключительно декоративную функцию. Обычно у «китайских шаров» имеется 12 главных отверстий, которые являются гранями правильного додекаэдра. Такое расположение выглядит органичным и является удобным технологически. Но 14 отверстий в данном проекте обусловлены удобством обработки внутренних сфер, в дальнейшем будет понятно, почему именно такое расположение отверстий упростит работу.

Следующая сфера имеет диаметр 93 мм, толщину стенки з мм, повторяет форму внешней и располагается внутри неё. Стоит обратить внимание что пространство между сферами составляет всего 1, 5 мм, и это довольно критичное точки зрения точности изготовления инструментов.

Третья и четвертая сферы имеют диаметр 56 мм и толщину стенок з мм, на каждой из них расположено по 10 отверстий диаметром 25 мм, четыре из них взаимно пересекаются.

Manuel du tourneur 1816 г.
Комплект инструмента, специально изготовленный для этого проекта
Общий вид

Внутренняя большая сфера
Пересекающиеся сферы
Рабочий чертёж

ДРЕВЕСИНА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КИТАЙСКОГО ШАРА

В XIX веке подобные изделия выполнялись из слоновой кости. Ввиду её однородности, твердости и красоты этот материал просто идеально подходит для виртуозных тонкостенных токарных работ. Но в современном мире приходится использовать дерево. По своим свойствам древесина для подобных проектов должна быть максимально похожа на кость и удовлетворять следующим условиям:

• влажность дерева должна быть минимальной,
• древесина должна быть как можно более твёрдой и однородной,
• древесина должна быть максимально светлой,
• древесина не должна иметь трещин, сучков и внутренних изъянов,
• заготовка должна быть из целого дерева без склейки.

Для этого проекта я использовал сувель березы. Это не идеальный материал, но он достаточно хорош для такой работы. Из-за свилеватой внутренней структуры в нём минимальны внутренние напряжения, исключая деформации и трещины на этапе разделения сфер. Также превосходными материалами были бы граб, груша и, конечно, самшит.

Текстура березового сувеля

ЗАГОТОВКА

Нет большого смысла описывать, как выточить идеальный шар из дерева на токарном станке. Для этого существует довольно много способов и приспособлений, однако важным на этом этапе является строгое соблюдение размера и формы шара по всем направлениям. Древесина – материал неоднородный, я не рекомендую использовать шлифовальную бумагу на этом этапе. Шлифование приведет к деформации формы, так как абразивное зерно будет неравномерно стачивать древесину на разных направлениях волокон. Кроме того, часть абразивных зерен неминуемо останется в древесине, что приведёт к быстрому затуплению инструментов при дальнейшей обработке.

При финишной обработке заготовок для шаров я обычно использую циклю. Конструкция её довольно простая, но при этом она позволяет более точно соблюсти геометрическую форму. Принцип циклевания очень простой: шар последовательно зажимается в разных осях и циклей сглаживаются все неровности формы.

РАЗМЕТКА ДЕЛИТСЯ НА ТРИ ЭТАПА

1. На сфере размечаются стороны правильного куба. Центры граней куба – это центры базовых 6-ти главных отверстий. Для определения расстояния между отверстиями используют формулу: S=i02 х 0, 7071 = 72, 12 (где Ю2 – диаметр шара, а 0, 7071 – коэффициент при делении шара на 6 точек). Это расстояние откладывается между остриями разметочного циркуля, далее разметка не оставит труда. Очень важно, чтобы любые две противоположные точки лежали вдоль волокон древесины.

Цикля для обработки деревянных сфер
Работа с циклей
Деление шара на 6 базовых поверхностей
Разметка дополнительных 8 отверстий
Разметка 24 малых отверстий

2. Разметка остальных 8 отверстий. Эти отверстия расположены равноудаленно между любыми тремя точками, отмеченными на первом этапе. Разметочным циркулем чертятся пересекающиеся окружности из этих точек, а места их пересечения и будут являться центрами отверстий. Далее необходимо начертить реальные диаметры будущих отверстий и убедиться, что стенки имеют достаточное расстояние.

3. Разметка 24 малых отверстий. Эти отверстия располагаются по два рядом и равноудаленно между любыми четырьмя соседними отверстиями.

СВЕРЛЕНИЕ

Для последующих этапов понадобится изготовить специальный патрон для закрепления шара в токарном станке. Такая конструкция патрона позволяет надежно удерживать шар при любом положении.

Центровка шара в патроне выполняется следующим образом: шар располагается свободно в патроне, крепежные болты не затянуты, на заднюю бабку устанавливается «живой» центр и подводится на максимально близкое расстояние к поверхности шара. Необходимая точка разметки на шаре совмещается с центром и поджимается задней бабкой. Теперь можно окончательно затянуть крепёжные болты и отвести заднюю бабку.

Патрон для фиксации деревянных сфер
Принцип работы патрона
Этапы сверления главного отверстия. Это отверстие служит базой для многих последующих операций, оно должно располагаться строго вдоль волокон древесины и иметь максимально точную форму

Этапы сверления главного отверстия. Это отверстие служит базой для многих последующих операций, оно должно располагаться строго вдоль волокон древесины и иметь максимально точную форму

Расточка внутренней формы

Рабочий чертеж профильных резцов

Цель: сформировать внутренние полости в будущих пересекающихся сферах. Этот этап, пожалуй, является одним из самых сложных и ответственных во всем проекте.

Подготовка специальных резцов для профилирования внутренней формы

Резец, установленный в подручник
Схема работы со специальным подручником
Все четыре резца для профилирования внутренних форм

Изготовление специального инструмента является необходимым в этом проекте. Лучший способ изготовить профильный инструмент — это использовать гидроабразивную или электроэрозионную резку метала, в этом случае форма получится максимально точной. Мои инструменты изготовлены из стали марки Х12М — это инструментальная штамповая сталь, она прекрасно выдержит ударные нагрузки и работу в тяжёлых условиях.

Сложность работы с этим инструментом состоит в следующем:

• сам профиль имеет довольно сложную форму, которую необходимо с точностью повторить;
• точение происходит в невидимой зоне, поэтому трудно контролировать инструмент;
• точение происходит на большой глубине;
• из-за большой поверхности резания есть риск заклинивания инструмента.

Как максимально облегчить точение:

• использовать минимальные обороты станка (не более 300) ;
• точить вдоль волокон;
• использовать специальный подручник, имеющий поддержку резца на всю глубину и фиксацию подвижности резца по вертикальной оси.

Поверхность трения
Последовательность точения
Проверка формы резцов по чертежу

Окончательное формирование внутренних сфер при помощи поворотных двойных резцов

Работа на специальном подручнике

Некоторое время назад для работы с «китайскими шарами» я сконструировал поворотный суппорт. Это очень удобное приспособление для точной работы с радиусными резцами для различных проектов. Благодаря этому устройству можно использовать очень тонкие резцы, имеющие 2-3 лезвия, и не бояться заклинивания. Радиусные резцы имеют замки, что позволяет с высокой точностью фиксировать их в суппорте. Очень важно установить поворотную голову точно по центру шара. Для этого я использую калибровочную втулку и специальный шаблон с отверстиями и разметкой. Шаблон выточен из 4 мм пластика и имеет диаметр 102 мм, также на нем просверлены три отверстия и нанесена разметка. По этим отверстиям совмещается ось платформы поворотного суппорта с установленной на ней втулкой по центру шара.

Схема работы поворотного суппорта
Поворотный суппорт
Формирование радиусного профиля
Радиусные резцы, имеющие две режущие кромки

Установка основания суппорта по шаблону
Настроечный шаблон
Настройка вылета резца
Установка резца

Рабочий чертёж двойного резца №1

В начале суппорт устанавливается по оси № 1 в шаблоне и происходит проточка резцом № 1 по очереди внутренних сфер одновременно с двух сторон. На этой операции полностью закончен внутренний профиль.

Далее суппорт перенастраивается на ось шаблона № 2 и происходит последовательная проточка двойным резцом № 2 через 14 главных отверстий и разделение сфер.

При этом после обработки каждого отверстия в него вставляется пробка и фиксируется небольшим саморезом. В дальнейшем отверстия от самореза сточатся при последующей обработке.

Теперь пробки можно выкрутить, на этом этапе две внешние сферы полностью отделены и внутри них находится свободный шар.

Последовательность операций следующая:

• -установка сферы на нужную ось точения
• -сверление сверлом 35 мм на глубину 8 мм
• -проточка двойным резцом
• -обработка кромки отверстия фасонным резцом
• -установка пробки

Промежуточная операция: сверление 24 малых отверстий (8мм) на внешних сферах
Рабочий чертёж двойного резца №2

Установка поворотной платформы по центру сферы
Позиционирование сферы в патроне
Сверление отверстий 35 мм
Проточка двойным резцом №2

Обработка кромки отверстия профильной выточкой
Фиксация пробки саморезом
Деревянная пробка
Обточка пробки

Законченная обработка одного из отверстий
Схема установки на станок
Шаблон

ФОРМИРОВАНИЕ ВНЕШНЕГО ПРОФИЛЯ ПЕРЕСЕКАЮЩИХСЯ СФЕР

Это одна из самых необычных операций на токарном станке, необходимо обрабатывать внутреннюю часть изделия через отверстия во внешних сферах, при этом они должны быть неподвижны.

Заготовка крепится посредством тугой посадки на деревянную оправку, имеющую небольшой конус, а внешние сферы фиксируются на люнетах при помощи проволоки. Теперь остаётся очень аккуратно выточить внешнюю форму будущих пересекающихся сфер через отверстия. На этом становится понятно, почему отверстия расположены именно так – при подобном расположении доступ для резца максимально удобный. Для финального контроля формы используется шаблон. На этом этапе токарные работы завершены, все остальные операции выполняются вручную.

Вращается только внутренний шар
Шаблон для контроля профиля
Внешние две сферы зафиксированы неподвижно в люнетах
Обвязка» двух внешних сфер
Проточка внутренних сфер
Схема контроля формы поверхности
Контролирование формы по шаблону
Финальный вид
Финальная форма в разрезе

РАЗДЕЛЕНИЕ ВНУТРЕННИХ СФЕР

Взаимопересекающиеся сферы имеют ю отверстий диаметром 25 мм. Стенки сфер имеют толщину всего з мм, кроме того, 4 отверстия имеют взаимное пересечение, что делает невозможным применение обычных свёрл. Для этой операции используются специальные ручные резцы, правый и левый. Из-за их миниатюрного размера и сложной формы их не просто изготовить, однако они дают прекрасный результат и гарантированно делают отверстие круглым. Перед их использованием центры всех отверстий сверлятся сверлом диаметром 1 мм – это будут

центры установки инструмента, кроме того, в пересекающихся отверстиях фрезой формируются черновые «туннели» для захода резца.

После работы этими инструментами сферы полностью разделены, отверстия прорезаны, но остались небольшие «наплывы» на внутренних стенках. Эти наплывы убираются гравировальной машинкой.

Теперь все изделие можно окончательно отшлифовать наждачной бумагой и покрыть маслом.

Схема работы ручным инструментом по вырезанию . Размеры резца для внутренних отверстий отверстий

Разметка внутренних сфер
Инструменты для высверливания пересекающихся отверстий (правый и левый)
Тестирование, как работает инструмент
Работа инструментом на пересекающихся отверстиях
Работа на открытых отверстиях
Вырезание отверстия

КИТАЙСКИЙ ШАР НА ТОКАРНОМ СТАНКЕ СВОИМИ РУКАМИ – ВИДЕО

---

Ссылка по теме: Китайский шар из дерева своими руками

---

ШАР В ШАРЕ – КАК ВЫТОЧТЬ: ВИДЕО

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МАСТЕРОВ И МАСТЕРИЦ, И ТОВАРЫ ДЛЯ ДОМА ОЧЕНЬ ДЕШЕВО. БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА. ЕСТЬ ОТЗЫВЫ.

Ниже другие записи по теме "Как сделать своими руками - домохозяину!"

---

Подпишитесь на обновления в наших группах и поделитесь.

Будем друзьями!