Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

CNC-Tischlerei-Notizbuch

Seit ich das erste Mal gelesen habe, sammelte ich kluge Wege, um flache Ware zusammenzuschlagen Nomadische Möbel 1999, lange vor dem Aufkommen der zugänglichen CNC-Werkzeuge der Hobbyklasse, die heute die Herstellung von Teilen dieser Art recht einfach machen. Jetzt ist die Welt voll von Leuten, die Modelle, Projektgehäuse, Skulpturen, Möbel und andere Arten von coolem Material entwerfen, die aus Teilen zusammengesetzt werden, die mit Laserschneidern und CNC-Fräsern hergestellt werden. Ich erwarte immer, dass ein definitives Buch oder eine endgültige Website auftaucht, die die "Trickkiste" auf eine organisierte Weise abdeckt, aber bisher habe ich es nicht gefunden. Vielleicht kann dieser Artikel als Ausgangspunkt dienen. In jedem Fall denke ich, es ist an der Zeit, mein Notizbuch mit einer CNC-Schalttafel zu teilen.

Bei der Präsentation dieses Materials möchte ich zunächst meinen Respekt vor den etablierten und uralten Tischler-Traditionen der Welt anerkennen. Ich kann mir nicht vorstellen, dass dies alles grundsätzlich neu ist. Ich sehe jedoch ein Bedürfnis, diese Informationen so zu organisieren, dass sie den Bedürfnissen des kleinen CNC-Werkzeugbedieners gerecht werden, der in Flachmaterial, zum Beispiel Sperrholz oder Kunststoffblech, ineinandergreifende, selbstausrichtende und / oder zerlegbare Verbindungen herstellen möchte. Oder nur um sie zu inspirieren.

Ich kann einige Begriffe missbrauchen, ohne es zu wollen, und ich bin froh, von denen korrigiert zu werden, die sich mit der traditionellen Schreinerei auskennen. Im Allgemeinen habe ich versucht, beschreibende Ausdrücke anstelle von „richtigen“ Namen zu verwenden, um Verwirrung zu vermeiden, aber hier und da habe ich mich vielleicht eingeschlichen und eine Rose bei einem anderen Namen genannt.

Um die Dinge zu vereinfachen, betrachte ich zunächst nur Verbindungen zwischen zwei Platten. Der Einfachheit halber habe ich mich auch auf Techniken beschränkt, die durchgehende Schnitte orthogonal zur Ebene des Schaftes verwenden. Um zu erfahren, wie komplex dieses Thema ohne diese Einschränkungen werden kann und wie schnell, sehen Sie sich das 50 Digital Wood Joints-Projekt von Jochen Gros an. Hier ist eine Montage von Teaser-Thumbnails, um Appetit zu machen:

Für diesen Artikel erwäge ich jedoch bewusst einen sehr begrenzten Fall: Zwei (oder auch nur ein) Schnittteile, keine Teiltiefenschnitte und eine Schneidachse, die sich immer um 90 Grad zur Oberfläche des Schaftes befindet. Trotz dieser Einschränkungen sind die Möglichkeiten reich.

Laser vs. Rotary Cutters - das Problem der Innenecke

Laserschneider und CNC-Fräser für Hobbyklassen haben jeweils Vor- und Nachteile. Laserschneider können sehr viel feinere Details schneiden, da sie einen sehr kleinen „Schnitt“ haben. Andererseits sind sie teurer und können nicht teilweise geschnitten oder „getastet“ werden wie ein CNC-Fräser. Sie nutzen auch Wärme, die den Untergrund verbrennen und / oder unangenehme Abgase erzeugen kann. Andererseits kann der Brenneffekt dekorativ genutzt werden. Ein CNC-Fräser kann Bits wechseln und komplexe entlastete Oberflächen schneiden oder Schnitte mit gehrten oder anderweitig profilierten Kanten ausführen. Ich glaube nicht, dass jedes Werkzeug einfach als „besser“ bezeichnet werden kann, und mit einem kleinen Vorbehalt können alle hier vorgestellten Techniken mit einem Laserschneider oder einem Router gleichermaßen verwendet werden.

Aufgrund seines sehr kleinen Schneidkanals kann ein Laserschneider eine Innenecke mit einem scharfen Winkel erzeugen, während ein Rotationsschneider, der ein physikalisches Werkzeug verwendet, auf Innenecken beschränkt ist, die am Radius des Schneidwerkzeugs abgerundet sind:

Die lasergeschnittene Version mit ihren scharfen 90 Ecken eignet sich für den Einsatz in einer einfachen Rand-Überlappungsverbindung:

Die Router-Cut-Version funktioniert jedoch nicht. Die abgerundeten Ecken stoßen aufeinander und die Teilekanten stimmen nicht überein. Sie können jeden Schlitz natürlich etwas tiefer schneiden, und in einigen Anwendungen ist dies möglicherweise in Ordnung, aber dies führt zu einer Lücke in der Mitte der Verbindung und konzentriert die Beanspruchung auf die abgerundeten Ecken. Eine bessere Lösung ist diese:

Jetzt passen sich die Innenflächen der Kanten sauber an. Andererseits sind die runden Aussparungen in der montierten Verbindung sichtbar. Wenn das Sie stört, können Sie es natürlich auch so machen, wenn Ihr Fräser schmal genug ist:

Im Durchschnitt bietet diese Methode den besten Kompromiss, IMHO: Die flachen Bereiche zwischen den Verteilern sitzen fest gegeneinander und die Verteiler selbst sind im Gelenk verborgen.

Um die Darstellung zu vereinfachen, werden die unten dargestellten Fugen mit einem idealen "Laser Cut" in den Ecken dargestellt. Alle sollten jedoch leicht an das Rotationsschneiden angepasst werden können, indem die oben gezeigte Divot-Methode verwendet wird.

Vorspannungen

Viele dieser Verbindungen sind symmetrisch und können auf mehrere Arten montiert werden. Die Verbindung oben kann beispielsweise auf zwei verschiedene Arten montiert werden (vier, wenn Anflüge von unten zulässig sind). Welches ist richtig?

Häufig ist es möglich, diese Symmetrie absichtlich zu brechen, so dass die Teile nur auf eine oder zumindest weniger oder mehr offensichtlich richtige Weise zusammengefügt werden können. Jetzt kann die Verbindung immer noch falsch zusammengebaut werden, aber die ungünstigen Orientierungen sind offensichtlicher falsch, da sich die Teilkanten nicht mehr ausrichten.

Dieser Trick kann bei komplexen Konstruktionen, insbesondere bei Bausatzteilen, sehr nützlich sein, um zu verhindern, dass Endbenutzer das Gelenk rückwärts zusammenbauen. Ich nenne ein Gelenk, dessen Symmetrie auf diese Weise absichtlich gebrochen ist, als "voreingenommen".

Kreuzverbindungen ("X")

Hier ist eine Version der einfachen geschlitzten "Randüberlappung", bei der eine Seite über eine integrierte Schnappverbindung verfügt. Die Karabinerhaken sind vom Gelenkende aus zugänglich. Setzen Sie einen kleinen Schlitzschraubendreher ein, hebeln Sie ihn ein wenig, und sie können sich lösen und das Gelenk wieder öffnen.

Bewegen Sie jedoch den Haken und den Haken von den Rändern des Schaftes, und die Schnappverriegelung wird "irreversibel". Beachten Sie, dass beide Teile des Schaftes vorhanden sindkönnte umfassen sowohl Haken als auch Haken. Ich zeige aus Gründen der Übersichtlichkeit nur "einseitige" Schnappverbindungen.

Ersetzen Sie den Haken durch eine Ausbuchtung, und der Schnappverschluss wird zur Arretierung: Das Teil "haftet", kann aber mit ausreichender Kraft entfernt werden.

Die Arretierung könnte sich in einer oder mehreren Positionen verfangen.

Hier ist eine ungewöhnlichere "X" -Verbindung, die eine radiale Verriegelungsbewegung verwendet, um das Geschäft abzuschließen.

Eine voreingenommene Version ist ebenfalls möglich. Hier ist eine ähnliche Verbindung, bei der die gebrochene Symmetrie zerlegt (links), in bevorzugter Ausrichtung (Mitte) und in „ungünstiger“ Ausrichtung (rechts) montiert ist.

Sperren oder Arretierungen können dem stationären Element hinzugefügt werden, wie oben gezeigt…

… Und / oder zu dem gedrehten Element, wie hier gezeigt. Beachten Sie in diesem Fall, dass es egal ist, ob das Profil des Riegels eingehakt oder abgerundet ist: Wenn der Riegel in den Schlitz einrastet, ist es sehr schwer, ihn zu verlassen. Schieben Sie für die umkehrbare Version den Schlitz und den Riegel an den Rand des Schaftes.

Wenn bei einem X-Gelenk ein Element schmaler als das andere ist, wird eine geschlitzte Anordnung in voller Breite möglich:

Solche Verbindungen können insbesondere für Regalböden oder andere aufrechte Anwendungen nützlich sein, bei denen die Schwerkraft genutzt werden kann, um die Teile in Eingriff zu halten, und sie können wie die unten beschriebenen "T" -Verbindungen vorgespannt oder auf andere Weise modifiziert sein.

T-Stücke ("T")

Hier ist eine einfache Verbindung vom Typ "Nut und Zapfen". Wir können "Einsteckschloss" und "Zapfen" in zwei Schlitze und Registerkarten (oder in beliebig viele Schlitze und Registerkarten) aufteilen. Wenn wir die Symmetrie der Schlitze und Laschen durchbrechen, wird die Verbindung vorgespannt. Wenn wir die Lasche um ein kleines Stück über die Dicke des Schafts hinaus erstrecken, können Sie einfach Einrastungen oder Arretierungen hinzufügen, die auf der anderen Seite des geschlitzten Teils einrasten.

Jetzt können Befestigungen in der Ebene eines der Stücke eingeführt werden. Diese unverlierbare Vierkantmutter-Verbindung ist bei einer Reihe kommerzieller Produkte mit CNC-geschnittenen Teilen zu sehen, beispielsweise dem Phlatformer-Vakuumformer-Kit und mehreren bekannten 3D-Druckersätzen:

Diese spezielle Konfiguration war vor nicht allzu langer Zeit Gegenstand einer Nomenklaturdebatte hier im Blog, obwohl ich nicht glaube, dass irgendeine Art von Konsens erzielt wurde. Zu den interessanten Möglichkeiten zählen "Captive Nut Joint", "Bedframe Joint" und "Pettis Joint" (das ist mein persönlicher Favorit, da es das Stiglersche Gesetz einhält).

Es gibt höchstwahrscheinlich andere clevere Wege, Metallbefestigungselemente oder andere gebräuchliche Hardware in diese Art von Tischlerei einzubauen, die ich bisher noch nicht gesehen habe und / oder noch nicht erfunden habe.

Eckverbindungen ("L")

Diese Anordnung von ineinandergreifenden Laschen und Schlitzen in einem Winkel von neunzig Grad ist natürlich uralt und rudimentär. Die meisten Leute nennen es ein "Box-Gelenk". Auch dies kann durch Brechen der Symmetrie beeinflusst werden.

Und es ist genauso gut für die verschraubte unverlierbare Mutteranordnung geeignet.

Schräge ("V") Gelenke

Obwohl die unverlierbare Mutter nicht wirklich funktioniert, wenn die beiden Teile nicht rechtwinklig zueinander stehen, können die L-Gelenke im Allgemeinen auch für spitze oder stumpfe Winkel gedrückt werden.

Die Böden der Schlitze sind nicht mehr eng an der Oberfläche des Schaftes ausgerichtet, aber wenn die Glieder auf andere Weise in Ausrichtung gehalten werden, beispielsweise durch Klebstoff oder durch Einbringen einer dritten Platte (wie rechts gezeigt), ist dies möglicherweise nicht der Fall Angelegenheit.

Eine interessante Variante dieser Methode, bei der die Finger abgerundet sind, wurde von Sebastien Wierinck in seinem Chair Modell 01 verwendet, wie gezeigt:

Ich glaube, Sebastien verwendet Stifte, die längs der beiden Gelenksätze längs durch beide Fingersätze laufen, was einen Bohrvorgang außerhalb der Ebene erfordert, der nach unseren Regeln technisch nicht zugelassen ist. Aber diese Verbindungen könnten durchaus geklebt werden. Bei Verwendung von Klebstoff können jedoch die abgerundeten Finger, durch die sie besser aussehen, die für den Klebstoff verfügbare Oberfläche einschränken.

Koplanare ("ich") Gelenke

Hier ist zum Beispiel das klassische Finger-Gelenk, das zum Verbinden von Elementen in derselben Ebene zum Verkleben verwendet wird.

Diese ineinandergreifende Version mit "Bulbed" -Verformung hängt nicht von der Stärke der Spannung ab. Wenn sie nicht verklebt sind, erfordern diese flachen Verbindungen natürlich einige Mittel, um die beiden Teile in der gleichen Ebene zu halten, wenn die Verbindung verwendet wird. Hier ist eine Variation des "Bulb" -Verbindungsgelenks, die ein Scharnieren in der Ebene ermöglicht:

Ich möchte dies ein "Kanelba-Scharnier" für George S. Kanelba aus New York nennen, dessen Projekt "Cube Desk" im Popular Science-Buch von 1984 veröffentlicht wurde 67 Preisgekrönte Sperrholzprojekte ist der einzige Ort, den ich je gesehen habe.

Kanelba-Scharniere können zu „Schlangen“ verkettet werden. Die einzelnen Scharniere können natürlich auch in anderen Winkeln als 90 ° „angehalten“ werden.

Biegungen

Obwohl es sich nicht unbedingt um "Fugen" handelt, gibt es eine Klasse kluger CNC-Tricks, die unsere Kriterien für die Aufnahme erfüllen (zwei oder weniger Mitglieder, durchgängige Schnitte um 90 Grad), die die natürliche Elastizität des Systems ausnutzen Plattenmaterial selbst, um lebende Scharniere, Federn und andere dynamische Biegeelemente zu erzeugen. Wir haben das Thema integrale Biegungen bereits oben mit unserer Erörterung von Fängen und Sperren angesprochen.

Dies ist eine in der Ebene liegende Feder oder ein lebendes Scharnierelement, das in etwa wie das Durchbiegen von Kerben aussieht, jedoch mit Durchschneidungen. Wenn diese Funktion nicht auf die Bewegung in der Ebene beschränkt ist, ist eine solche Funktion ziemlich instabil. Hier ist eine Version, die besser für das Biegen außerhalb der Ebene geeignet ist:

Dies ist die etwas berühmte Snijlab Living-Scharnier-Technik (von der ich glaube, dass sie als "Sninge" bezeichnet werden sollte), ein Akkordeon-Schnittmuster, das stabile Biegung außerhalb der Ebene ermöglicht. Es wird meistens mit gelasertem Sperrholz ausgeführt, aber es gibt keinen Grund, dass es nicht mit einer CNC-Fräse und / oder anderen Materialien geschnitten werden kann, obwohl ein Fräser mit Schnitten länger sein muss, um das gleiche Maß an Flexibilität zu erreichen als lasergeschnittene Version, da die Fräserschächte wesentlich breiter sein müssen.

Schließlich ist hier eine seltsame, frei hängende Spiraltechnik, die von den guten Leuten bei PlasmaCAM zur Verfügung gestellt wurde. Die Spirale wird mit einem CNC-Plasmaschneider aus einem Stück Stahl herausgeschnitten, aber dieselbe Idee könnte auch mit einem Laserschneider oder einer Mühle in einem anderen Material arbeiten.

Abschließende Gedanken

Dies ist offensichtlich ein riesiger Bereich, und dieser Pfosten - so schwer er auch ist - kratzt nur die Oberfläche. Bei der Zusammenstellung kamen mir immer wieder neue Variationen und Ideen in den Sinn, von denen ich vermute, dass sie es für Sie tun werden. Die Spielregeln sind wiederum einfach: Durchgehende Schnitte, 90 Grad zur Oberfläche des Schaftes, nur ein oder zwei geschnittene Teile. Welche cleveren Tricks habe ich vermisst? Lass es mich unten wissen.

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