К использованию современных средств автоматизации проектирования в условиях машиностроительного производства многие уже привыкли. Здесь CAD/CAM системы занимают достойное место при выполнении проектирования различных деталей, их проверке на технологичность, разработке технологии и собственно изготовлении. Этот процесс освоен пользователями в достаточной мере и зависит, пожалуй, только от функциональных возможностей применяемой системы и сложности ее освоения.
Но давайте посмотрим на проблему использования CAD/CAM систем в других областях – в создании художественных изделий, их дизайнерской проработке и получении моделей перед их физическим воплощением. Конечно же, здесь не обойтись без применения всего многообразия средств и методов проектирования, применяемых на практике, таких как твердотельное и поверхностное моделирование, создание сборок, проектирование обработки и др. Кроме этого необходимо выбрать наиболее оптимальный способ изготовления изделия, исходя из его серийности. Поэтому часто художник должен обладать навыками инженера-проектировщика и технолога в одном лице.
При выборе системы проектирования для решения поставленных задач хотелось бы выделить ряд важных моментов. Во-первых, не будем рассматривать мощные и дорогие системы именно в силу их высокой стоимости, хотя они, несомненно, могут применяться и применяются в промышленном дизайне. Во-вторых, следует отдавать предпочтение СAD/CAM решениям, поскольку любой проект без возможности его последующего воплощения в материале сильно теряет свою привлекательность, хотя некоторые решения чисто конструкторских систем являются весьма необходимыми при проектировании.
Как было сказано выше, наиболее предпочтительным является применение СAD/CAM систем среднего класса, наиболее доступных как отдельным художникам-дизайнерам и инженерам-художникам, так и небольшим творческим коллективам. Поскольку наибольший опыт в моделировании художественных изделий и проектировании технологии их изготовления авторами накоплен в системе ADEM, остановимся именно на ней.
Наличие в системе мощных средств твердотельного и поверхностного моделирования позволяет применять систему для моделирования различных художественных изделий из металла, дерева, пластмасс и других материалов. Художественная ковка, создание и изготовление различного рода гербов и эмблем, проектирование стеклянной и пластмассовой тары и прессформ для их изготовления, проектирование посуды, игрушек - вот неполный перечень областей, в которых успешно используется система ADEM. Кроме того, можно отметить использование системы в учебном процессе при подготовке студентов, например, в ТПИ (г. Томск) при учебно-производственном изготовлении резных изделий из дерева и в Ижевском ГТУ по специальности инженер-художник. В частности, выполнено моделирование и изготовление различных значков и эмблем, созданы модели охотничьего и туристского снаряжения (рис. 1 и 2).
Рис 1. Примеры студенческих работ ИжГТУ, созданных в системе ADEM
После создания модели изделия и его дизайнерской проработки важнейшим моментом является выбор технологии изготовления. Либо это чисто ручная индивидуальная работа инженера-художника, для которой созданная объемная модель является важным подспорьем, либо изготовление с применением современного механообрабатывающего оборудования, что особенно важно при изготовлении небольших серий. Примером этому является проектирование и изготовление охотничьих топоров.
Существующие технологии изготовления топоров с применением машинной или ручной ковки, литья или механической обработки ориентированы на массовое производство простых по конструкции и внешнему виду изделий. Каких-либо рекомендаций по расчету потребительских характеристик топоров в литературе нет, недаром существует поговорка «Просто как топор». Существующие эксклюзивные образцы, представленные на выставках охотничьего снаряжения, и являющиеся плодом труда мастеров-ружейников или мастеров художественной ковки, могут быть использованы при моделировании как художественный образ, но не как точное изделие заданного объема, геометрии и распределения масс. Поэтому весьма важно при расчете и разработке конструкций топоров различных модификаций иметь возможность моделирования, при котором все массовые характеристики, необходимые в дальнейших расчетах кинематики и балансировки, вычисляются автоматически (рис. 2).
Рис 2. Модель среднего охотничьего топора и автоматический расчет масс-инерционных характеристик модели.
Одна из моделей среднего охотничьего топора созданная в системе ADEM, представленная на рис. 2, может изготавливаться серийно из предварительно откованной и вальцованной заготовки с последующей обработкой на фрезерном станке с ЧПУ, заточкой и отделкой. Отделка может быть выполнена методом лазерной или механической гравировки с последующим нанесением краски в образовавшиеся углубления и окончательной полировкой.
Следует отметить, что возможности системы ADEM не ограничиваются только проектированием и изготовлением самих изделий. Богатый опыт использования системы для оформления охотничьих ружей накоплен на государственном предприятии «Ижевский механический завод». До последнего времени, при изготовлении эксклюзивных образцов и мелких серий оформление ружей выполнялось только граверами-художниками, что значительно увеличивало сроки изготовления и их стоимость. В настоящий момент на заводе освоена технология, позволяющая сократить долю ручной гравировки, а в некоторых случаях вообще обойтись без нее.
Рис 3. Варианты машинной гравировки охотничьих ружей.
Первая попытка использовать оборудование с ЧПУ для машинной гравировки завершилась неудачей, поскольку технологи пытались напрямую скопировать ручные рисунки. В результате нескольких экспериментов были выделены элементы орнаментов, применимые при такой гравировке, однако рисунки получались достаточно простыми и односложными. С применением CAD/CAM ADEM удалось добиться большей сложности и насыщенности орнаментов. (Рис. 3).
Полученные результаты вдохновили специалистов завода на освоение традиционно ручных видов оформления изделий. В оружейном производстве очень часто применяется так называемая «обронная гравировка», требующая значительных ручных затрат. Именно этот вид гравировки удалось выполнить машинным способом. Спроектированная управляющая программа выполняет черновую выборку материала на гравюре. После этого, гравер-художник вручную слегка дорабатывает рисунок, оживляя его (рис. 4). Таким образом, время нанесения «обронки» сокращается в несколько раз, при этом качество полученных гравюр практически идентично ручным образцам.
Рис 4. «Обронная» гравировка в CAD/CAM ADEM.
В настоящий момент на заводе разрабатывается и внедряется новая технология нанесения покрытия на детали и их последующей обработки, имитирующая гравировку по золоту или серебру. Этот метод допускает создание двухцветных орнаментов (рис. 5). Все работы выполняются на лазерном комплексе ЛТН-103 позволяющем наносить рисунки любой сложности на материалы, применяемые в ружейном и пистолетном производствах, не нарушая твердость основного тела детали. Кроме гравировки система ADEM используется для обработки деталей спускового механизма ружей, фрезерования посадочных мест для установки элементов инкрустации из драгоценных металлов на элитные экземпляры охотничьих ружей. Следует отметить, что используя генератор постпроцессоров системы ADEM, в течение нескольких дней были разработаны постпроцессоры для лазерного комплекса и двух фрезерных станков, обеспечив оперативную подготовку управляющих программ.
Рис 5. Двухцветные гравюры.
Данные примеры позволяют сделать вывод о том, что СAD/CAM ADEM обладает всеми необходимыми средствами для того, чтобы применяться как основа для конструирования, дизайна и производства художественных изделий, обеспечивая сквозной цикл их производства.
авторы статьи: Казаков А.А., Горбунов В.Н., Красильников А.А.