Реставрация готических соборов с помощью станков с ЧПУ

На фоне старинной архитектуры станки с ЧПУ могут показаться чужеродными. Но стоит вспомнить, что средневековые мастера использовали самые передовые технологии своей эпохи, — и это впечатление исчезает. Чтобы возведение готических зданий в наши дни стало реальностью, а не осталось лишь красивой мечтой, необходимо применять современные инструменты.

Станки с ЧПУ и роботы позволяют сравнительно быстро изготавливать тонкие детали готических храмов. На создание изящных декоративных элементов, на которое опытный резчик прежде тратил месяцы, теперь могут уйти всего несколько дней. Больше не нужно жертвовать красотой, считая её слишком затратной по времени и деньгам: современные технологии помогают возродить подлинную готику во всём её великолепии.

Современные способы обработки камня открывают новые возможности для молодого поколения. Даже если юноши и девушки не владеют молотком и зубилом, они с детства знакомы с компьютерами. Теперь свои знания и умения они могут посвятить более высокой цели — возведению храма во славу Божью.

Что такое станок с ЧПУ

Аббревиатура «ЧПУ» означает «числовое программное управление» (CNC — computer numerically controlled). Компьютер задаёт станку последовательность координат по осям X, Y и Z и управляет его перемещениями. Первые станки с ЧПУ создали для изготовления авиационных деталей. Оборудование для резьбы по камню появилось значительно позже.

В камнерезных станках с ЧПУ обычно применяются алмазные диски и фрезы, а не лазер или струя воды. Алмаз твёрже камня, поэтому инструмент постепенно снимает его слой за слоем. Вода нужна, чтобы охлаждать алмазную оснастку и смывать каменную пыль и крошку, образующиеся при обработке.

Для резьбы по камню, изготовления скульптур и растительных орнаментов обычно используют пятиосевые станки с ЧПУ. Они перемещают инструмент влево и вправо, вверх и вниз, вперёд и назад, а также наклоняют рабочую головку в двух плоскостях. При обработке камня все оси движутся согласованно. Такой способ управления называется интерполяцией: станок комбинирует перемещения по разным направлениям, чтобы добраться до труднодоступного участка или создать нужную фактуру. Например, инструмент может одновременно опускаться и смещаться в сторону, поворачивая головку. Некоторые станки оснащены и шестой осью — обычно это токарное устройство или поворотный стол. Она необходима для работы с крупными каменными деталями, такими как пинакли и статуи. Шестая ось синхронно с остальными вращает и точно позиционирует заготовку, позволяя обработать её со всех сторон. Станок способен работать автономно, без постоянного присутствия оператора, в том числе ночью и в течение длительного времени. Поэтому обычную 40-часовую рабочую неделю он может выполнить менее чем за двое суток, существенно экономя время.

Станки с ЧПУ Prussiani

Монахи-кармелиты работают на станках с ЧПУ компании Prussiani Engineering — итальянского производителя оборудования для обработки камня, расположенного в Бергамо. Италия издавна занимает ведущие позиции в камнерезном искусстве, и современные технологии только укрепили эту традицию. Оборудование Prussiani позволяет монахам создавать детали с уровнем проработки, прежде доступным лишь искусным мастерам-резчикам. При грамотном программировании возможности станков практически не ограничены: они способны выполнять объёмные рельефы, каких раньше невозможно было добиться.

Станки Prussiani известны и своей исключительной надёжностью, проверенной в тяжёлых условиях камнерезного производства. Камень — чрезвычайно твёрдый материал, и для работы с ним требуется прочное оборудование. Вот случай, который наглядно это подтверждает. Через несколько месяцев после начала работы с камнем мы впервые оставили станок с ЧПУ включённым на ночь. Он должен был обработать несколько подоконников длиной около 2,1 метра. Утром нас ждала неожиданная картина: массивные плиты весом в несколько сотен фунтов были разбросаны вокруг, будто по мастерской пронёсся торнадо. Камни раскололись, а обломки разлетелись по всей рабочей зоне фрезерного станка.

Придя в себя, мы стали выяснять, что произошло. Выяснилось, что в программе, которую станок выполнял ночью, была ошибка. После завершения резьбы на каждом подоконнике станку предписывалось снова и снова с силой опускать инструмент на верхнюю поверхность изделия — словно по нему бил огромный кулак. Камень не мог выдержать таких ударов. Сам же станок продолжает работать и по сей день, хотя с тех пор прошло уже более десяти лет.

Как происходит обработка

Резьба по камню на станке с ЧПУ начинается в цифровой среде. Над орнаментами, статуями, горгульями и другими узнаваемыми элементами готической архитектуры сначала работает художник — главный резчик. В программе для 3D-моделирования он создаёт цветы и листья, словно вылепливая их из глины. Такая работа по-прежнему требует художественного мастерства, зато у цифрового моделирования есть важное преимущество: возможность отменить действие. Художник может без труда испробовать множество вариантов и выбрать тот, что лучше всего подходит для конкретного места. А поскольку созданные детали можно рассмотреть в составе трёхмерной модели всего храма, уже не приходится только представлять, как будет выглядеть готовое здание.

Закончив скульптуру, художник передаёт её камнерезам — специалистам, которые программируют станки с ЧПУ. Они загружают трёхмерную модель в CAM-систему (Computer-Aided Manufacturing) и прокладывают траектории движения инструмента. Затем, используя разные инструменты и режимы обработки, постепенно превращают каменную заготовку в готовое изделие, стараясь как можно точнее воплотить замысел художника. В этом они продолжают многовековую традицию: прежде резчики переносили размеры с гипсовой модели на камень с помощью копировального устройства. При подготовке программы нужно учесть множество обстоятельств: подобрать инструменты, обеспечивающие нужную скорость и качество поверхности, надёжно зафиксировать камень и исключить столкновения станка с заготовкой или соседними изделиями, которые обрабатываются одновременно. За процессом требуется внимательно следить, но при правильной настройке результат не заставит себя ждать. Особенно приятно видеть, как команды, введённые с клавиатуры и мыши, превращаются не просто в готовую деталь, а в искусно созданное украшение готического храма — места, где люди будут славить Бога на протяжении веков.

Когда G-code — язык программирования станков с ЧПУ — готов, его передают операторам. Они работают непосредственно с оборудованием: управляют станками и пилами, с помощью которых каменные блоки подготавливают к обработке. Операторы постоянно взаимодействуют с программистами, чтобы все этапы проходили без сбоев. Подготавливая заготовки, они сверяются со схемами раскладки и перечнями инструментов, составленными для каждой детали. Затем задают точки отсчёта, по которым станок определяет положение камня, и наблюдают за ходом обработки. Операторы контролируют процесс, чтобы вовремя заметить возможные неполадки. Работа программистов и операторов тесно связана: успех изготовления каждой каменной детали зависит от слаженных действий обеих сторон.

Операторы также работают на канатных и мостовых пилах. Они распиливают камень на заготовки, которые затем отправляют на сложную декоративную обработку или используют при кладке стен. Канатная пила — более простой станок с ЧПУ, у которого всего две оси. Она вырезает несложные контуры и прямолинейные элементы, например колонны и детали оконного обрамления. Из большой плиты оператор может получить до 20–30 небольших заготовок. Они напоминают фигурное печенье, вырезанное формочками. Такой подход освобождает пятиосевые станки для изготовления сложных декоративных деталей и значительно ускоряет работу.

Современная обработка камня включает множество направлений, и здесь мы рассказали лишь о некоторых из них. Важную роль по-прежнему играют пневматические зубила и ручная резьба, а также другие методы, которые в этой статье не упоминались. Освоить ремесло непросто, а объём предстоящей работы может казаться огромным. Но результат этого труда будет служить людям на протяжении многих столетий.

Источник