НА ГЛАВНУЮ

Обработка скульптурных изделий из древесины на станках с ЧПУ

Черных М. М. д.т.н., Пьянков А.И. к.т.н., Троянов А. В., аспирант

Ижевский государственный технический университет

В статье рассмотрены преимущества и недостатки различных способов изготовления скульптурных изделий из древесины. Проведено экономическое сравнение себестоимости и трудоемкости изготовления одного изделия различными технологиями. Предложена технология, совмещающая преимущества ручной и станочной обработок.

Наиболее сложной техникой выполнения резных работ по дереву является скульптурная резьба. Изделие, выполненное резчиком, представляет собой художественно обработанную со всех сторон объёмную фигуру, полностью или в основной массе оторванную от фона. Готовая скульптура просматривается со всех сторон (рис. 1) [1]. От резчика требуется большой профессиональный опыт, высокое художественное чутьё. В работе мастер использует большой набор различных инструментов (ножи-резаки, косяки и стамески разного размера и профиля). Изготовление изделия ведется медленно. До 25% времени всей работы уходит лишь на выявление основных форм скульптуры из массива древесины. При этом существует так называемый человеческий фактор, связанный с возможным браком.

Рис. 1. Примеры скульптурных изделий из древесины

Готовое изделие, выполненное резчиком по дереву, является неповторимым произведением и относится к разряду эксклюзивного товара, изготавливаемого обычно по индивидуальному заказу и в нескольких. экземплярах. Все изделия ручной работы, даже одной небольшой партии до 10 шт., отличаются друг от друга и имеют характерные художественные черты, подчеркивая высокую эксклюзивность продукции.

Современные технологии изготовления скульптурных изделий из древесины основаны на использовании фрезерного оборудования с числовым программным управлением. При изготовлении скульптуры станки с ЧПУ работают по рабочим программам, составленным технологом в CAM-системах [2, 3].

Траектории движения фрезы при обработке рассчитываются по поверхностям трехмерных моделей, которые создает дизайнер или по моделям, полученным методами трехмерного сканирования.

При непосредственном изготовлении выделяют черновую обработку, выполняющую снятие напуска с заготовки, и чистовую, окончательно доводящую изделие до нужной чистоты поверхности. Чистовая обработка выполняется в несколько раз дольше черновой.

К основным недостаткам использования станков с ЧПУ можно отнести большие капитальные вложения в оборудование, необходимость использования дорогостоящих программных продуктов (особенно CAM-систем), значительное время чистовой обработки, сложность создания трехмерной модели и отсутствие эксклюзивности продукции. Недостатки и преимущества двух сравниваемых технологий изготовления скульптурных изделий приведены в таблице 1.

Таблица 1

Преимущества и недостатки изготовления скульптурных изделий из древесины

	Ручная резьба	Обработка на станках с ЧПУ
Недостатки	1. Большие трудозатраты; 2. Необходимость в высокой квалификации резчика	1. Большие капитальные вложения в оборудование и программное обеспечение; 2. Сложность создания 3D-модели изделия; 3. Высокая стоимость машинного времени; 4. Отсутствие эксклюзивности продукции
Преимущества	Высокая эксклюзивность изделия	Высокая производительность изготовления партии изделий

Таким образом, недостатки и преимущества рассмотренных способов связанны с технологией изготовления. Резчик по дереву не способен в короткие сроки изготовить большую и даже среднюю партию изделий. На станке с ЧПУ это возможно, но все изделия будут идентичны между собой, теряя свою эксклюзивность.

Возникающая потребность в изменении существующей ситуации в отрасли ведет к необходимости совмещения ручной и станочной обработок, что является, по нашему мнению, важным продвижением в области изготовления художественных изделий из древесины.

Проектная технология предполагает первоначальное черновое фрезерование заготовок на станке с ЧПУ с последующей ручной доработкой. Именно черновая обработка позволяет эффективно выделить из заготовки основные формы объемно-пространственного изделия. При этом чистовая обработка, которая для большинства изделий составляет от 2 до 10 часов машинного времени в зависимости от габаритов изделия, полностью исключается. Тем самым намного уменьшается общее машинное время, которое сегодня для механической обработки на станках с ЧПУ оценивается в 5-7 тыс. руб. за час. [4]. К тому же, дизайнеру не приходится создавать точную модель-прототип, необходимую для чистового фрезерования. Модель упрощается, время на ее проектирование снижается.

Резчик по дереву, дорезая «черновую» заготовку вручную, придает изделию художественно-эстетическую законченность. При этом время ручной работы тоже сокращается, так как уже не требуется рутинный труд на первой стадии придания формы изделию.

Нужно отметить, что все изделия в итоге будут различными, т.к. ручная работа неповторима даже на одинаковых изделиях. Тем самым цена продажи изделия, изготовленного комбинированным способом, станет значительнее выше, поскольку может продаваться как ручная работа.

При экономическом сравнении себестоимости одного изделия и трудоемкости его изготовления были рассмотрены три технологии: ручная резьба, фрезерование на станке с ЧПУ «Камея» и комбинированный способ. В качестве опытного образца выбрано изделие «Мамонт» (см. рис. 2), которое изготовили тремя вышеописанными способами. При этом были скалькулированы все статьи себестоимости продукции в условиях действующего производства: основные фонды, общие сводные данные на содержание и эксплуатацию оборудования, общецеховые, общезаводские и внепроизводственные расходы, учтены налоги.

Рис. 2. Изделие «Мамонт»

Выяснилось, что при изготовлении одного изделия минимальная себестоимость единицы продукции получается при использовании ручного труда резчиков и составляет 4922 руб. (рис.3). Это объяснимо, т.к. расходы исключают использование дорогостоящего оборудования. При ручной обработке с увеличением партии изделий до 10 шт. себестоимость изделия снижается, а при дальнейшем увеличении остается постоянной – 2401 руб.

Изготовление партии изделий с использованием станка с ЧПУ требует первоначальных крупных вложений как в оборудование, так и в проектирование, и отладки техпроцесса. Поэтому единичное производство экономически неоправданно. Себестоимость одного «Мамонта» достигает почти 8 тыс. руб. С увеличением же партии изделий до 100 шт. себестоимость снижается до 534 руб. по причине распределения затрат на всю партию продукции (см. рис. 3).

Применение комбинированного способа обеспечивает меньшую в сравнении с ручной обработкой и на станках с ЧПУ себестоимость. При партии изделий 30 шт. себестоимость составляет 664 руб. и более, при размере партии в 100 шт. себестоимость равна 467 руб.

В условиях рынка важное значение кроме себестоимости изготовления изделий имеет срок выполнения заказа. Анализ затрат времени на изготовление изделий показал, что самым малопроизводительным способом изготовления является ручная резьба. Для создания только 3 шт. изделий одному резчику требуется до 120 часов (см. рис. 4).

Станок с ЧПУ выполняет работу гораздо производительнее, но заметим, что на проектирование и отладку всего техпроцесса требуется до 50 часов – время, за которое резчик сможет вырезать одну скульптуру.

При совмещении обработки на станке с ЧПУ с ручной доработкой предполагается полная загруженность станка с ЧПУ. Это условие дает возможность изготовить в месяц до 320 «черновых» заготовок. Один мастер может обработать 48 заготовок, а 6 человек – полностью изготовить эту партию.

Рис. 3. Зависимость себестоимости изделия от партии

I – при ручной обработке;

II – при совмещении обработке на станке с ЧПУ с ручной доработкой;

III – при изготовлении изделия полностью на станке с ЧПУ

Рис. 4. Зависимость времени изготовления от объема партии изделий

I – при ручной обработке;

II – при совмещении обработке на станке с ЧПУ с ручной доработкой;

III – при изготовлении изделия полностью на станке с ЧПУ

Важной задачей в изготовлении изделий по проектной технологии является определение оптимального соотношения времени станочной и ручной обработки. Правильный выбор соотношения может, с одной стороны, значительно облегчить труд резчика, а с другой - снизить себестоимость изделия за счет уменьшения работы оборудования с ЧПУ.

С увеличением припуска на ручную доработку, машинное время работы станка уменьшается, что приводит к снижению себестоимости изделия. Этот экономически объяснимо. Применение высоких технологий проектирования изделия, написание программ обработки, использование квалифицированного персонала – это те факторы, которые повышают себестоимость изделия.

В любом случае при проектировании и изготовлении художественных изделий нужно не только рассчитывать производственные мощности и использовать современные технологии, но и проводить маркетинговые исследования, выясняя необходимость товара в условиях существующего рынка конкретного региона и потребительского спроса на товар.

Что же касается изготовления скульптурных изделий из древесины, то проектная технология в сравнении с традиционной обработкой на деревообрабатывающих станках с ЧПУ обеспечивает повышенную эксклюзивность изделий и цену продаж при меньшем сроке изготовления партии изделий и практически одинаковых производственных затратах.

Таким образом, предложенный способ производства скульптурных художественных изделий из древесины позволяет совместить преимущества станочной ЧПУ обработки (высокую производительность) и ручной обработки (повышенную эксклюзивность).

НА ГЛАВНУЮ