Construye una caja de música mecánica programable
Si alguna vez has visto esas pequeñas cajas de música que terminas o tocas, y tocan una pequeña melodía una y otra vez con un pequeño tambor metálico de notas, pero desearían que hicieran más que tocar la misma melodía de 10 segundos una y otra vez ¿para la eternidad? Si tan solo pudieras cambiar la canción y escribir tu propia música ... Ahora hay una idea.
Después de un año de diseño y trabajo, completé mi Re-Programmable Music Box / Mechanical Synthesizer / Organ Grinder Thingy. Tiene muchos nombres y es 100% no eléctrico. Solo madera, metal y buen poder de la gente.
Comencé este proyecto como una especie de prueba de concepto, diseñando algo desde cero sin mucho en qué basarlo y muchos problemas de ingeniería para resolver. Además, realmente no sabía lo que estaba haciendo. Estaba destinado a ser una experiencia de aprendizaje y resolución de problemas. Y fue muy divertido.
Si le gusta mi trabajo, vote por él en el concurso de carpintería a partir del 3 de octubre.
Video de demostración
Paso 1: diseño y planificación
Como este proyecto comenzaba completamente desde cero, necesitaba hacer un diseño perfecto con el que se pudiera trabajar fácilmente, y un buen diseño siempre reduce el desperdicio. Decidí usar roble, y a $ 60 por tabla de 10 pies no quería desperdiciar ninguno. Además, su precisión y complejidad bastante complejas es extremadamente importante para que todo funcione correctamente.
Comencé con la idea: un cilindro de madera grande contendrá clavijas de metal. Girará y forzará a las clavijas a arrancar dientes de metal, que están afinados a notas específicas.
Seleccioné 12 notas, ya que parecía un número muy flexible de notas y me permitió llenarlo con una escala simple de 8 notas en el medio, con algunas notas extra altas y bajas. También podría sintonizar pisos o objetos punzantes si quisiera algunos específicamente, o obtener casi toda una escala cromática. Seleccioné 32 notas "alrededor" del cilindro, porque eso es lo que necesitas para tocar Pop Goes The Weasel, o cualquier 8- Canción de bar con notas de cuarto.
El cilindro está hecho de madera blanda, de 8 "de diámetro, que recogí de un carpintero cercano de forma gratuita. Encontré un cinturón que se ajustaba cómodamente para usarlo junto con algunos engranajes y un cinturón para el mecanismo de arranque.
El material del diente se cortó de las puntas de un rastrillo de jardín. Esto funciona muy bien porque es flexible pero se ajusta de nuevo en su lugar. El diseño del soporte de púas estuvo en el aire hasta que se terminó el resto de la máquina, para que pudiera hacer las pruebas. Los diseños iniciales eran demasiado complejos y pequeños, pero el diseño final (imagen 3 a continuación) es lo más simple posible, creo.
Originalmente quería usar casi toda la madera para este proyecto, pero resultó que la madera no iba a ofrecer la precisión que necesitaba para las púas. Terminé haciéndolo con un CNC en mi universidad. En el Paso 7 planteo la hipótesis de cómo se podría lograr sin herramientas tan caras.
Al diseñar el marco de madera, intente colocar las piezas para obtener la menor cantidad de bordes expuestos posible. Los bordes que tiene, intente alinearlos para que creen bordes y aún se vean atractivos a la vista.
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Paso 2: materiales y herramientas
- Tablón de roble (10 pies de largo por 8 pulgadas de ancho por 3/4 "de espesor es con lo que comencé)
- Cilindro de madera de 8 "de largo por 8" de diámetro
- Plato de aluminio
- Stock de aluminio de 1 "de ancho y 1/4" de grosor
- 100 clavijas de acero
- 384 imanes de 1/8 "de diámetro por 1/8" de largo
- Rastrillos
- Cinturón de goma de 8 "
- Cinturón más pequeño
- 3x engranajes
- Perno de carro y tuerca
- ~ 12 "de largo 1/4" varilla de acero
- Clavija de madera de 1/4 "
- Galletas
- Mazo de instrumentos
- Sierra de mesa
- Sierra de banda
- Taladro de banco
- Conjunto de taladros numéricos
- Juego de taladro fraccional
- Pegamento de madera
- Abrazaderas
- Brocas
- Cortador de galletas
- Cepillo
- Sierra de 1 "
- Sellador de poliuretano para madera
- Alicates
Paso 3: carpintería
Así que es difícil encontrar madera en las formas que deseas en la tienda de madera, así que compré una pieza de 10 pies de largo que solo tenía 8 "de ancho. Mi solución fue cortarla en tres segmentos de 3.3 pies y pegarlos para formar un 2 pie por 3.3 pies de tablero de roble.
Primero, corta la tabla en tres pedazos pares. Luego, alinéelos a 1/2 "de grosor, ya que 3/4" es demasiado grueso para un proyecto tan pequeño. Luego, corte las muescas de las galletas con el cortador de galletas y péguelas en su lugar. Asegúrese de marcar las ubicaciones de los bizcochos para que pueda planificar alrededor de ellos para que no sean visibles después de hacer los cortes.
Sujételo y déjelo secar durante 24 horas.
Mida la circunferencia del cilindro y divídala por 32. Marque 32 líneas alrededor del cilindro. Ahora, marque 12 agujeros a lo largo de cada línea para cada nota. Debería haber 384 puntos para perforar ahora.
Para perforar el cilindro, coloque un tornillo de banco en la cama de la prensa de taladro y coloque algunos trapos dentro de las mordazas abiertas para que la madera no se dañe. Use un peso en una cuerda para verificar que la línea de agujeros que está perforando sean verticales verticales. Encuentre un taladro numérico que sea unas milésimas de pulgada más grande que 1/8 "y taladre los agujeros exactamente 1" de profundidad usando el control de profundidad en la prensa.
Luego, pegue un imán en el fondo de cada agujero. Esto es para evitar que las clavijas se caigan cuando el tambor las mantiene boca abajo. La mejor manera de hacer esto es colocar un imán en el extremo de una clavija de acero, ponerle una gota de pegamento y empujarlo cuidadosamente hacia el interior del agujero. Debe sobresalir del orificio en 1/8 ". Luego, golpéelo suavemente con un martillo para asegurarse de que esté en contacto adecuado en la parte inferior.
Paso 4: Carpintería, Pt II
Vuelve a la computadora y diseña un medio para obtener las dimensiones de tu forma en papel. Puede exportar imágenes 2D desde su software de diseño e imprimirlas a escala, o simplemente leer las dimensiones y marcarlas en la madera con un lápiz y un cuadrado. ¡Cuando coloque cosas sobre la madera, recuerde mantener los bordes visibles lejos de las galletas! Ayuda si su diseño está en cortes separados para que pueda jugar con el posicionamiento para maximizar el rendimiento de la madera. Recuerde que la hoja de sierra de mesa consumirá aproximadamente 1/8 "de madera, así que deje espacios entre sus piezas.
Me gustaría hacer una nota de seguridad. Las sierras de mesa son máquinas horribles, ridículamente peligrosas. Si no le tiene mucho miedo a la sierra, NO la use. Necesitas una cantidad muy saludable de miedo, para que tomes todas las precauciones cuando lo uses, o perderás tus pulgares. Lo digo en serio.
Una vez que se cortan las piezas, hay algunos agujeros para perforar. Taladre los agujeros para el eje sobre el que girará el tambor y los agujeros del puerto de sonido en la pieza frontal. No taladre los agujeros en las piezas octogonales que entrarán en el tambor todavía, ya que necesitará encontrar el centro correctamente una vez que estén en su lugar. Ahora comience a sujetar y pegar. Lo admito, tenía un horario apretado en ese momento y tuve que hacer estas partes en unas pocas horas, así que hice trampa y usé una pistola de clavos. Fue una idea terrible, las pistolas de clavos causan divisiones en la madera dura, ¡así que no lo hagas! Tómese el tiempo para usar el pegamento y las abrazaderas correctamente.
Para hacer la manivela, corte un pasador de 1.5 "y un pasador de 2". Corte un pedazo de roble sobrante en un pedazo de 2 "por 1/2". Taladre un orificio de 1/4 "de profundidad cerca de un extremo en un lado, y otro orificio en el otro extremo en el lado opuesto. Pegue una espiga en cada orificio. La espiga de 2" entrará dentro de la máquina, y 2 "puede ser más larga de lo necesario para que pueda reducirse en consecuencia.
La forma en que se me ocurrió pegar las piezas finales en el tambor de madera fue así; Primero, coloque pegamento de madera alrededor del exterior del primer octágono y colóquelo sobre la mesa. Luego, coloca el barril encima para que encajen. Asegúrate de que estén alineados correctamente y limpia cualquier exceso de pegamento. Espera a que se seque. Luego tome una herramienta de búsqueda de centro * y ubique el centro de este lado del tambor. Perfore un 1/4 "para alcanzar el diámetro de su eje. Ahora, haga lo mismo con el segundo octágono, pero esta vez, para asegurarse de que todo esté plano y el octágono no esté demasiado adentro del barril, empújelo con un barra o clavija a través del orificio en el extremo opuesto. Una vez que el pegamento esté seco, encuentre el centro del segundo lado y taladre un segundo orificio. ¡Todo debería ser perfecto!
Corte una varilla de acero sólido de 12 "de longitud y 1/4" para el eje en el que girará el tambor. Lime los extremos para que estén suaves.
* Un gran Instructable para una herramienta de búsqueda de centros es //www.instructables.com/id/Make-a-Center-Finder/
Paso 5: Mecánica
Ahora tenemos que comenzar a trabajar en los enlaces mecánicos y la manivela para el movimiento del tambor. Dado que colocar la manivela justo al nivel del tambor provocaría que la manivela golpeara la mesa, tuve que idear algunos mecanismos de transferencia para permitirme colocarla más arriba.
Encontré algunos engranajes de plástico que encajaban correctamente con el cinturón de goma de 8 "que tenía para el tambor. Pegué dos de los engranajes juntos y pegué un perno largo en un agujero que taladré a través del lado de la caja. En el extremo de la caja, Taladré un agujero y pegué una tuerca en él. Esto me permitiría insertar un tornillo de máquina con una armadura cautiva, que sujetaba un engranaje en el extremo. Esto me permitiría tensar una correa de transferencia para evitar el deslizamiento de las correas y engranajes pero aún así hacen que la manivela sea fácil de girar.
El resultado fue lo que ves en la imagen a continuación. El sistema funciona bastante bien, y no creo que pueda haber una manera mucho más fácil de hacerlo sin fabricar engranajes personalizados.
Una cosa importante para pensar es el espacio que tiene. Solo había una pulgada de espacio libre entre la pared interna y el tambor, por lo que el espacio era limitado.
Paso 6: acabado de la madera
Decidí terminar la mayor parte de la madera temprano porque no iba a poder seguir trabajando en el proyecto durante los próximos cuatro meses, y no quería que se ensuciara o cambiara la forma del agua en el aire. Acabo de recubrirlo con unas pocas capas de poliuretano Minwax para que brille y resalte un poco más el color de la madera.
Después de que el poliuretano esté seco, apriete la correa de 8 "en el borde del tambor. Corté la correa por la mitad porque era demasiado ancha y cubría la primera fila de agujeros. Si no se mantiene en su lugar solo por fricción, usted puede usar clavos de acabado para pegarlo en su lugar.
Paso 7: la mecánica musical
Este fue un gran desafío de ingeniería durante bastante tiempo. Tenía algunos diseños que eran un fracaso, eran demasiado pequeños para ser prácticos. Terminé destilando las ideas en lo que creo que es lo más simple posible.
El diente, que es una pieza de acero de un rastrillo de hojas, se intercala entre dos placas de aluminio. El diente está doblado en la punta y tiene aproximadamente la longitud que necesita, más la longitud suficiente para sostenerlo firmemente en las placas. Esto se asegura con dos tornillos pequeños que pasan a través de la placa superior y dentro de los agujeros roscados en la placa inferior. La placa inferior se asienta sobre una gran placa de aluminio con ranuras mecanizadas. En la parte inferior hay ranuras más grandes con tuercas cautivas en ellas, mantenidas en su lugar contra la parte superior de la caja de música. Un tornillo pasa a través de un orificio en la segunda placa y dentro de una de las tuercas para que su posición pueda controlarse deslizándola hacia arriba y hacia abajo en la ranura.
Usando este método, la longitud del diente se puede ajustar a la nota apropiada, y luego el soporte del diente se puede mover hacia los pasadores en el barril y alinearlo para obtener la cantidad justa de fuerza de punteo.
Para construir los soportes de los dientes, utilicé un material de aluminio de 1 "de ancho y 1/4" de grosor. Como solo tenía 15.3 mm de espacio por diente, corté las piezas a 15 mm de ancho y luego a segmentos de 15 mm y 30 mm de largo.
Los dientes se pueden cortar del rastrillo con una sierra para metales o una amoladora angular. Sin embargo, reducir su longitud es un juego de adivinanzas impredecible. Dependiendo de su ancho, grosor y composición, sus características de resonancia cambiarán enormemente, por lo que no puedo dar una lista de longitudes predeterminadas. Tendrá que cortar algunos y experimentar para encontrar lo que funciona para sus dientes. Las puntas se pueden doblar con dos pares de alicates.
Utilicé un CNC para cortar la placa de aluminio. Ahora, sé que usar un CNC está fuera del ámbito del 99% de los lectores, pero tenía los recursos y era la mejor forma lógica de hacer el diseño que había creado.
Si tuviera que hacerse usando herramientas simples, diría que juntando piezas de madera para formar las ranuras, o use un cincel para tallar las ranuras para las nueces, y un taladro y una lima para hacer el resto.
Paso 8: ensamblaje final y ajuste
La sintonización es un proceso doloroso que demora una o dos horas. Los dientes se pueden ajustar a muchas escalas diferentes, pero seleccioné un conjunto simple de notas del piano. Son:
A3
B3
C4 (C medio)
D4
E4
F4
G4
A4
B4
C5
D5
E5
El resultado es una muy buena gama de notas que funciona para muchas pequeñas canciones como Mary Had A Little Lamb, Hot Cross Buns y Pop Goes The Weasel.
Para afinar, comience ordenando todos los dientes por longitud, y luego colóquelos firmemente en los soportes de los dientes. Monte todos los soportes en la placa de aluminio, pero no cerca del tambor. Apriete hacia abajo para que resuenen bien. Usando un piano o un piano virtual (como //www.virtualpiano.net/) toque la nota que desea sintonizar. Golpee el diente correspondiente con un mazo de plástico. Si es demasiado alto, afloje los dos tornillos que sujetan el diente y mueva el diente más hacia afuera. Si es demasiado bajo, empújelo más. Una vez que las notas suenen bien (y sabrá cuándo), puede apretar el diente lo más fuerte posible para que no se deslice. Luego, deslice el soporte de dientes hacia el tambor y coloque una clavija cerca de él. Desea que la clavija apenas toque el diente cuando se levanta, y luego lo desprenda. No desea que el diente se doble hacia arriba más de unos pocos milímetros. Demasiada fuerza podría romper los dientes con el tiempo o hacer que los engranajes y las correas se resbalen.
Repita este proceso hasta que todos los dientes estén afinados. Configure un "patrón de prueba" colocando clavijas en líneas diagonales a través del tambor, de modo que toque la escala cuando se gire. ¡Pruébalo! Si suena bien, prueba una o dos canciones. Debería poder usar música escrita para grabadora, eso debería funcionar bien en esta máquina. Los acordes son posibles, pero los elaborados pueden requerir más torque para arrancar de lo que la manivela permitirá.
Paso 9: mejoras y consideraciones
Admito que, después de todo el tiempo y el esfuerzo que puse en el buen diseño de este proyecto, no resultó tan bien como esperaba. Parte del problema es la precisión insana requerida para hacer esto correctamente, lo que nunca podría lograrse con madera. Si alguna vez intentara construir algo como esto nuevamente, tendría que estar hecho completamente de metal.
Aparte de eso, no creo que el diseño tenga fallas importantes. Me encantaría ver algunos comentarios sobre mejoras y mejoras para el futuro.
Espero que hayas disfrutado leyendo, muchas gracias.
