автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06
диссертация на тему: Разработка и реализация математических моделей изготовления художественных орнаментов на изделиях из древесины

Полный текст автореферата диссертации по теме "Разработка и реализация математических моделей изготовления художественных орнаментов на изделиях из древесины"

На правах рукописи

Ложкин Юрий Валериевич

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ОРНАМЕНТОВ НА ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Специальность 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск 2004

Работа выполнена в Ижевском государственном техническом университете.

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор Черных Михаил Михайлович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

- доктор химических наук, профессор

Крашенинников Александр Иванович - кандидат технических наук

ГЪрельцеВ Александр

Удмуртский государственный университет

Защита диссертации состоится 23 декабря 2004 года в 12 часов на заседании Диссертационного Совета Д 212.119.04 в Московской государственной академии приборостроения и информатики по адресу: 107846, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГАПИ

Автореферат разослан

2004г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, д.т.н., профессор

М.Л. Соколова

Актуальность исследования. В последние годы в России и за рубежом устойчиво растет спрос на продукцию деревообработки, особенно на художественные изделия из древесины. Наиболее сложными и трудоемкими в изготовлении элементами художественных изделий - наличников, фризов, карнизов, декоративных панно и др. являются орнаменты. Ручные способы обработки орнаментов не могут удовлетворить растущую потребность. Переход от ремесленного производства к современному станочному позволяет не только повысить производительность труда и снизить затраты производства, но и улучшить дизайн и качество изделий. В крупносерийном производстве успешно применяется обработка орнаментов на станках с ЧПУ, лазерная обработка и другие прогрессивные технологические процессы. Однако характерное для большинства художественных изделий производство малой и средней серийности до настоящего времени либо является ручным (с использованием электроинструмента или без применения такового), либо реализуется на универсальных токарных и фрезерных станках с большими затратами времени.

Повысить качество и снизить трудоемкость изготовления геометрических орнаментов на плоскости позволяют способы обработки, основанные на использовании дополнительных приспособлений и устройств, которыми оснашают универсальные станки (Гликин М.С.). Но и в этих случаях доля ручного труда (на разметку орнамента, переналадку приспособлений после оформления каждого элемента орнамента) остается значительной, а достижение заданной точности и качества требует высокой квалификации рабочего.

Причем отмеченные способы реализованы на особом типе станков -настольном станке «Универсал», который, в отличие от промышленных деревообрабатывающих станков, имеет вертикальный суппорт.

Отсутствие исследований затрудняет реализацию способов на промышленных станках.

Поиск путей повышения производительности труда при оформлении орнаментов на изделиях из древесины,

I рос. НЛЦМОИАДЬКЛЯ

повышение их качества является

БИБЛИОТЕКА Л

¿гзда

Цель исследования - улучшение дизайна и повышение эффективности производства художественных изделий из древесины, содержащих геометрические орнаменты на плоскости, за счет совершенствования технологических процессов станочной обработки орнаментов с использованием дополнительных устройств.

Основные задачи:

1. Разработка алгоритма проектирования дополнительных устройств и

технологических процессов для обработки орнаментов.

2. Разработка классификации геометрических элементов орнаментов.

3. Создание математических моделей орнаментов.

4. Практическая реализация математических моделей.

Научная новизна заключается в том, что:

- обоснован алгоритм проектирования дополнительных устройств и технологических процессов изготовления орнаментов для серийных токарных и фрезерных станков;

- разработана классификация геометрических элементов орнаментов на плоскости по их форме;

- на основе классификации и с учетом выбора рациональных способов обработки орнаментов созданы математические модели наиболее распространенных типов орнаментов;

- установлены зависимости между геометрией орнаментов и кинематическими параметрами устройств и предложена методика расчета их кинематических параметров.

Практическая значимость определяется тем, что:

- существенно расширены возможности станочной обработки орнаментов, позволяющей повысить эффективность производства художественно-промышленных изделий;

- предложены конструкции устройств для изготовления изделий типа

и розеток на серийно выпускаемых станках,

А-«г«:'«л > ) ^

снизить трудоемкость изготовления орнаментов и

? 4

*»» (*

требования к квалификации рабочих, повысить качество и улучшить дизайн изделий;

- предложенная методика расчета кинематических параметров устройств доведена до уровня инженерных расчетов.

Апробация материалов: результаты исследования докладывались на IV Международной научно - технической конференции « Информационные технологии в инновационных проектах» (г. Ижевск, 2003г.), V и VI Всероссийских научных конференциях по направлению 656700 «Технология художественной обработки материалов» (г. Ижевск, 2003г., г. Киров, 2004г.), Всероссийской научно-технической конференции «Наука - производство -технологии — экология» (г. Киров, 2003 г.), научных семинарах кафедры «Технология промышленной и художественной обработки материалов» ИжГТУ. Результаты исследования внедрены в учебный процесс подготовки специалистов по технологии художественной обработки древесины.

Достоверность полученных результатов и научных выводов обеспечивается исходными положениями, использованием взаимодополняющих методов исследования и практической проверкой.

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, библиографии и приложения. Работа изложена на 119 стр. машинописного текста, содержит 83 рисунка и 24 таблицы. Список литературы состоит из 93 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, формулируются цель и задачи исследования, раскрывается его научная новизна и практическая полезность.

В первой главе рассмотрены основные виды орнаментов, влияние материала на орнамент, а также история развития орнамента и способы изготовления орнаментов на изделиях из древесины. В России с обилие лесов

5

всегда обуславливало широкое применение древесины в быту и производстве. Многие изделия из древесины - наличники, кар'низы, двери, посуду украшали орнаментами. Орнаменты оформляют различными способами - вручную с использованием ручного или электроинструмента, на универсальных токарных и фрезерных станках, а также на специализированных станках и станках с ЧПУ. Способам художественной обработки древесины посвящены работы Афанасьева А.Ф., Бурикова В.Г., Власова В.Н., Ильяева М.Д., Барадулина ВА, Барташевича А.А., Романовского А.М., Лисенко Л.М. и др. Из станочных способов наименее изученными и, на наш взгляд, наиболее перспективными для мелкосерийного производства художественно-промышленных изделий являются способы, основанные на использовании универсальных деревообрабатывающих станков, оснащенных дополнительными устройствами (Гликин М.С.).

Во второй главе предложен алгоритм проектирования дополнительных устройств и технологических процессов изготовления орнаментов (рис. 1).

Выбор способа обработки орнамента

Разработка математической модели орнамента

I ~

Разработка кинематической схемы устройства

Расчет кинематических параметров устройства

1 ~

Проектирование конструкторско-технологической документации

Рис. 1. Алгоритм проектирования дополнительных устройств к серийным деревообрабатывающим станкам

б

Реализация предложенного алгоритма требует систематизации элементов орнаментов. Разработана классификация геометрических элементов орнаментов по форме элементов (рис. 2).

Рис. 2. Классификация геометрических элементов орнаментов

Геометрические элементы орнаментов можно разделить на четыре типа: точки, прямолинейные, криволинейные и комбинированные, представляющие сочетание прямолинейных и криволинейных.

Точки являются наиболее простыми элементами и на группы не подразделяются.

Среди прямолинейных орнаментов выделены три группы -горизонтальные и вертикальные, наклонные, комбинированные. В элементах последней группы горизонтальные и вертикальные линии сочетаются с наклонными.

Криволинейные орнаменты более разнообразны и представлены большим числом групп, среди которых в первую очередь следует выделить группу окружностей и (или) их частей - дуг (гр. 3.1). В отдельные группы отнесены эллипсы, овалы и их части, спирали, ленточные орнаменты и кривые произвольного профиля. Орнаменты группы 3.1, как часто встречающиеся в практике, разделены на три подгруппы - окружности, дуги и комбинированные, состоящие из окружностей и дуг.

В соответствии с предложенной классификацией приведены наиболее известные геометрические орнаменты народов мира для двух широко распространенных видов изделий, содержащих орнаменты на плоскости, -орнаментальных полос и розеток.

В третьей главе рассмотрены математические модели орнаментальных полос. Форма записи математической модели орнамента определяется не только его геометрией, но и способом обработки, взаимными перемещениями заготовки и обрабатывающего инструмента.

Обработка орнамента выполняется фрезой, установленной или в патроне станка, или на валу электродвигателя дополнительного устройства.

В зависимости от типа орнамента, технологического процесса обработки и формы изделия при фрезеровании подают либо заготовку, либо инструмент, либо поочередно заготовку и инструмент (табл. 1).

Математические модели орнаментов содержат координаты характерных точек и уравнения участков, необходимые для последующего расчета кинематических параметров устройства и проектирования технологического процесса обработки орнамента. На рис. 3 приведена схема орнамента, содержащего прямолинейные и наклонные элементы, а в табл. 2 - ею математическая модель.

К выбору способа обработки орнамента

Рис. 3. Схема орнамента, содержащего прямолинейные и наклонные элементы

Таблица 2

Математическая модель орнамента, состоящего из горизонтальных и наклонных элементов

Точки Координаты точек Участки Уравнения участков

1 Х1=0, у 1=0,5а 1-2 а у=к(х+0,5в), к=^ос=-; хе[хь х2]; уе[уь у2] О

2 х2=0,5в, у2=а 2-3 у=а; хе[х2, х3];

3 хз=2в,уз=а 3-4 у=-к(х-3в); хе[х3, х4]; уе[у3) у4]

4 х4=ЗВ, у4=0 4-5 у=к(х-3в)

5 х5=4в, у5=а 5-6 у=а; хе[х5, х6];

6 Хег5,5в, уб=а 6-7 у=-к(х-6,5в); хе[хб, х7]; уе[у6, у7]

7 х7=6в, у7=0,5а 7-8 у=к(х-5,5в); хе[х7, х8]; уе[у7, у8]

8 х8=5,5в, у8=0 8-9 у=0; хе[х8, х9];

9 х9=4в, у9=0 9-10 у=-к(х-4в); хе[х9, х,0]; уе[у9, ую]

10 хю=3в, ую~а 10-11 у=к(х-2в); хе[х10> хи]; уе[ую, уп]

11 Х||=2в,уи=0 11-12 у=0; хе[х1,,х!2];

12 Х12=0,5в,у|2=0 12-1 у=-к(х+0,5в); хс[х12, х,]; уе[у12, у,]

В четвертой главе представлены математические модели розеток. Орнамент розеток может быть образован прямыми линиями, а также дугами, образующими или не образующими замкнутый контур.

При изготовлении розеток заготовку устанавливают в патрон или делительную головку станка в зависимости от его вида. Возможность подачи необработанной части розетки в позицию обработки за счет поворота патрона (делительной головки) позволяет расчленить последовательность обработки орнамента, сократить число позиций обработки и упростить математическую модель.

Так математическая модель орнамента «подсолнух», имеющего замкнутый контур (рис. 4), определяется при заданных габаритных размерах г1 И Г2 и количестве лепестков п шестью характерными точками - 1,2,3,4,С' и С" и двумя уравнениями участков 1-2 и 3-4 (табл. 3).

ч

Рис. 4. Схема орнамента «подсолнух»

Математическая модель орнамента «подсолнух»

Номера Координаты Номера Уравнения участков

точек точек участков

1 (Х„У,) Х(= Г] «Вт а; У|= гисоб а (Х-ХС)Ч(У-УС.)^ Хе[Х,,Х2]; Уе[УьУ2] Ус=Ь-4ъг-е;

2 (Х2,У2) Х2= г2-$т 2а; У2= гг'Соэ 2а 1-2 *с=\к [2Ус-УгУ2ЩХ1+Х2)1 где к%-а аг+к2^-гг) Ъ~ 1 + кг 1+*г ; к{Х1 + Х2) У1+У2 а- 2 "2 ~~кХ2' У,-У2

3 (-Х2,У2) (Х-Хс.у+ (У - Ус-)2 = г*

4 (-Х,.У,) 3-4 Хе[-Х2, -Х|]; Уе[У1, У2], Ус = Ус) Хс» = -Хс г „Ь-ъУ ШШ л * • 2 г2 *8ша

При изготовлении орнамента «подсолнух» сначала фрезеруют все левые дуги (1-2 и другие) лепестков, при этом центр качания фрезы находится в точке затем все правые дуги лепестков (3-4 и другие), предварительно переместив центр качания фрезы в точку

Условие касания дуг смежных лепестков в точке 1 ограничивает минимально допустимое значение радиуса кривизны дуги величиной (табл. 3). Максимально возможное значение г орнаментом не ограничивается, но ограничивается размерами станков.

Форма лепестка определяется уравнением, полученным из геометрических соотношений

где

Ъ о -0.

относительный внутренний радиус орнамента.

Ч Ч

Если радиус кривизны дуги Г> Го, то лепесток сужается от основания к вершине, если г < Го, то сначала расширяется, а затем сужается. Величина Яо в большей степени зависит от значения К| и в меньшей от числа лепестков п. Анализ показывает, что во всех случаях Гтщ < Го.

С увеличением Л) и уменьшением радиуса кривизны г дуги и числа лепестков увеличивается значение угла при вершине лепестка и при

где

- относительный радиус кривизны дуги лепестка, угол при вершине

лепестка становится равным 180°, лепесток превращается в часть окружности, а орнамент «подсолнух», в свою очередь, трансформируется в «ромашку».

При К\ ~ 0, когда дуги, образующие лепесток сходятся в точку не только в вершине лепестка, но и в его основании, орнамент «подсолнух» трансформируется в п - лепестковую «лилию». В этом случае минимально допустимое значение относительно радиуса кривизны дуги лепестка

Орнамент «крыльчатка», состоящий из дуг, не образующих замкнутого контура, представлен на рис. 5, а его математическая модель — в табл. 4.

Y

<г < "КМ \ ^Ч /v\\ ——v-^"2

0 <J, * ! Г 7 у^ is . Л1 х

, Хс с /

Рис. 5. Схема орнамента «крыльчатка»

Таблица 4

Математическая модель орнамента «крыльчатка»

Номера Координаты Номер Уравнение участка

точек участков участка

(X - Хс)*+ (Y + Ycy=ti

1 Х|= г^вш а; У|= Г|.соэ а Хе[ХьХ2]; Ye[Yi, г + Yc] Yc =Ъ—4ьг—е\

2 (Х2,У2); Х2= /"г-вт Р; У2= /*2*С05 Р 1-2 Хс = ^ t2Yc-Y,-Y2+ к (Х,+Х2)], где к%-а аг+*2(г22-г2) * = 1 + к> l+V ; к(Хх+Хг) r,+n я- 2 "2 _ г* -2rtr2cos/3+ri к Yl-Y2 ; mm r2-rxcasp ; г,2 - 2/-,r2 cos р + г/ Г»,- 2(r, -r2COS/3)

В орнаменте «крыльчатка» геометрией орнамента ограничено не только минимально возможное (Дтт), но и максимально в о з м о ж н ое&н а ч е н и я относительного радиуса кривизны Я (рис. 6). Область возможных значений Лтах находится выше линии 1, а область возможных значений Лтш - между линиями 1 и 2. При /} = я имеет место Дтш = йтох = 0,5 /?/ + 0,5.

При определенных значениях параметров «крыльчатка»

трансформируется в другие орнаменты: Инь-Янь (при /? = 0; Г — Гтш),

шестичастный символ

В пятой главе рассмотрены кинематические схемы и конструкции

устройств для изготовления орнаментов, а также методика расчета

кинематических параметров, необходимых для проектирования устройств и

разработки технических процессов обработки орнаментов.

В зависимости от условий и объема производства уровень сложности

дополнительных устройств может быть различным - от простых до сложных

15

универсальных, имеющих независимую от станка прямолинейную подачу инструмента по трем координатам и подачу по дуге окружности в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

В табл. 5 представлено универсальное устройство, позволяющее оформлять как прямолинейные элементы, так и дуги на орнаментальных полосах и розетках.

Устройство для изготовления прямолинейных элементов обеспечивает фиксацию заготовки в поворотных тисах и подачу заготовки по трем координатам по упорам. Фреза установлена в патроне станка.

Замена поворотных тисов механизмом качения с электродвигателем дает возможность оформлять орнаменты, содержащие дуги окружности. Заготовку в этом случае устанавливают в патроне станка, фрезу - на валу электродвигателя.

К кинематическим параметрам, необходимым для проектирования дополнительных устройств, оформляющих дуги, отнесен радиус качания, координаты центров качения инструмента, угол наклона оси симметрии лепестка или хорды дуги, углы наклона крайних точек дуги и углы качания инструмента (табл. 6).

Минимальное значение Гщц радиуса качания определяется математической моделью орнамента (табл. 3, 4), а максимальное - либо математической моделью (табл. 4), либо размерами станка. Для токарных станков ограничивающим размером является расстояние от оси шпинделя до направляющих станины станка, для вертикально-фрезерных - размеры в плане стола станка.

Математическими моделями определяются и координаты центров качания. Угол наклона оси симметрии лепестка или хорды дуги, определяющий углы наклона крайних точек дуги и угол качания, выбирают с учетом удобства работы.

Рекомендации конкретизируют с учетом вида орнамента. Применительно к орнаменту «подсолнух» такие рекомендации представлены в табл. 6.

Кинематические схемы и конструкции устройств

Кинематическая схема

Для прямолинейных элементов орнаментов

1 - основание; 2 - нижняя плита; 3 -верхняя плита; 4 -вертикальная плита; 5,6,7 -ходовые винты; 8 - тисы; a1+а2 - высота орнамента; в - длина элемента орнамента; к -коэффициент, учитывающий рабочую зону при установке заготовки; м - глубина вреза, к = (1,1...1,4)м;

Для криволинейных элементов орнаментов

Конструкция

1 — механизм продольного перемещения; 2 - механизм поперечного перемещения; 3 - механизм вертикального перемещения; 4 - поворотные тисы

1 - механизм продольного перемещения; 2 - механизм поперечного перемещения; 3 - механизм вертикального перемещения; 4 - механизм качания

Кинематические параметры устройства для фрезерования орнамента «подсолнух»

Наименование параметров Значения параметров

1. Радиус качания Гтт < Г <Н, где Я - расстояние от оси шпинделя до направляющих токарного станка

2. Угол наклона оси симметрии обрабатываемого лепестка 7С а2~ -2а; ТС где а = ~, п - число лепестков

3. Координаты центров качания хс; Ye; Хс-; Ye».

4. Углы наклона крайних точек дуг лепестка Хс-Хг <7| - arceos г Хс -Х2 а2 - arceos г Су ~ Ог, 04 = fi

5. Углы качания (f-Oi-OiJ o"~a¡-<74 * Значения параметров rm¡„, Хс, Yc-, Х|, Yb Xj и Y2 определяются по уравнениям математической модели орнамента (табл. 3)

По значениям кинематических параметров с учетом размеров станка определяют размеры устройства.

В шестой главе представлены результаты реализации математических моделей и приведены практические рекомендации.

Экспериментальная проверка возможностей реализации математических моделей проводилась в лабораторных условиях на модернизированном токарно-винторезном станке Иж -611. Модернизация состояла в увеличении расстояния

от направляющих станины до оси шпинделя, что позволило обрабатывать заготовки диаметром до 400 мм. Экспериментальное устройство было оборудовано как поворотными тисками, так и механизмом качания и сочетало возможности обеих представленных в табл. 5 устройств, т.е. позволяло обрабатывать как орнаментальные полосы, так и розетки.

Устройство содержало плиту, с помощью которой монтировалось на суппорте токарного станка, механизм вертикального перемещения и электродвигатель. Механизм вертикального перемещения состоял из смонтированных на плите направляющих колонок, подшипниковых опор с приводным валом, размещенной на колонках траверсы, связанных с приводным валом ходовыми винтами. Механизм качания и поворотные тисы смонтированы на траверсе, электродвигатель мощностью 600 Вт и числом оборотов 32000 в мин. установлен на механизме качания с возможностью регулирования величины радиуса качания. Подачу в горизонтальной плоскости выполняли приводами продольной и поперечной салазок суппорта станка. Использовали фрезы диаметром от 3 до 10 мм, глубина паза орнамента составляла от 0,5 до 5,0 мм.

В качестве материала заготовок применяли сосну, липу и березу с влажностью 8-12 %.

Испытания подтвердили возможность реализации в материале математических моделей орнаментов и показали работоспособность устройства.

Предложен перечень оборудования и определены максимально допустимые размеры художественно - промышленных изделий при обработке на серийных токарных станках различных моделей. Оценена экономическая эффективность использования дополнительных устройств.

Выводы и основные результаты:

1. Показана возможность значительного повышения эффективности обработки и совершенствования дизайна художественно-промышленных изделий из древесины, декорированных орнаментом, за счет использования технологических процессов их

обработки, основанных на применении дополнительных устройств к серийным токарным и фрезерным станкам.

2. Разработана классификация геометрических элементов орнаментов, позволяющая систематизировать их по форме.

3. Установлено, что алгоритм проектирования дополнительных устройств содержит следующие основные этапы: выбор способа обработки орнамента, создание его математической модели, разработку кинематической схемы устройства, выбор и расчет его кинематических параметров.

4. Созданные математические модели устанавливают взаимосвязь между геометрией основных типов орнаментов и кинематическими параметрами дополнительных устройств.

5. Предложенные кинематические схемы и конструкции устройств обеспечивают реализацию математических моделей орнаментов на различных типах станков для широкого ряда художественно-промышленных изделий из древесины.

6. Установлено, что основными кинематическими параметрами устройств для изготовления орнаментов, образованных прямыми линиями, являются величины подачи заготовки и инструмента, а образованных дугами окружностей, - радиус качания инструмента, координаты центров качения, угол наклона оси симметрии лепестка или хорды дуги орнамента, углы наклона крайних точек дуги и углы качания инструмента.

Публикации по содержанию диссертации: 1. В.Я. Крапивкин, Ю.В. Ложкин, А.И. Пьянков, М.М. Черных. Устройство для оформления декоративных элементов на изделиях из дерева. // Информационные технологии в инновационных проектах. Труды IV Международной научно-технической конференции. В 4 частях, Ч. 4, Ижевск: Изд-во ИжГТУ,2003.

2. Ю.В. Ложкин, А.И. Пьянков, Э.Г. Халиков, М.М. Черных. Математические модели прямолинейных геометрических элементов орнаментальных полос. // Информационные технологии в инновационных проектах. Труды IV Международной научно-технической конференции. В 4 частях, Ч. 4, Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003.

3. М.М. Черных, А.И. Пьянков, Э.Г. Халиков, Ю.В. Ложкин. Системное проектирование приспособлений для изготовления геометрических орнаментов на изделиях из древесины. // Техническая эстетика, дизайн и технология художественной обработки материалов: Тр. V Всерос. науч. конф. по направлению 656700 «Технология художественной обработки материалов». -Вып. 7 / Под ред. М.М. Черных. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003.

4. М.М. Черных, А.И. Пьянков, Ю.В. Ложкин. Классификация геометрических орнаментов на плоскости. // Техническая эстетика, дизайн и технология художественной обработки материалов: Тр. V Всер ос. науч. конф. По направлению 656700 «Технология художественной обработки материалов». - Вып. 7 / Под ред. М.М. Черных. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003.

5. Ю.В. Ложкин. Оформление орнаментов на художественных изделиях из древесины. // Всерос. науч.- технич. конф. «Наука-производство-технологии-экология»: Сборник материалов: В 5 т., том 5 - Киров: Изд-во ВятГУ, 2003.

6. Э.Г. Халиков, Ю.В. Ложкин, А.И. Пьянков, М.М. Черных. Методика расчета кинематических параметров установки для фрезерования орнаментов на изделиях из древесины. //Дизайн и технология художественной обработки материалов. Труды VI Всерос. науч. конф. по направлению 656700 «Технология художественной обработки материалов» - Вып. 8 / Под ред. М.И. Земцова. -Киров: Изд-во ВятГУ, 2004.

7. Ю.В. Ложкин. Возможности применения токарных станков для изготовления орнаментов на декоративных тарелках //Дизайн и технология художественной обработки материалов. Труды VI Всерос. науч. конф. по направлению 656700 «Технология художественной обработки материалов» -Вып. 8 / Под ред. М.И. Земцова - Киров: Изд-во ВятГУ, 2004.

Отпечатано с оригинал-макета заказчика

Подписано в печать 18.11.2004. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Заказ № 1907.

Типография Удмуртского государственного университета 426034, Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4.

Оглавление научной работы автор диссертации — кандидата технических наук Ложкин, Юрий Валериевич

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса.

1.1. Основные виды орнаментов и влияние материала на орнамент.

1.2. Способы изготовления орнаментов на изделиях из древесины.

1.3. Фрезерование геометрических орнаментов на токарных станках с использованием дополнительных устройств.

Глава 2. Совершенствование изготовления орнаментов на изделиях из древесины.

2.1. Алгоритм проектирования дополнительных устройств для оформления орнаментов.

2.2. Классификация орнаментов.

Глава 3. Математические модели орнаментальных полос.

3.1. Влияние способа обработки на математическую модель.

3.2. Модели орнаментальных полос с прямолинейными элементами.

3.3. Модели орнаментальных полос, содержащих окружности и дуги.

Глава 4. Математические модели розеток.

4.1. Модели розеток с прямолинейными элементами.

4.2. Модели розеток с дугами, образующими замкнутый контур орнамента.

4.2.1. Общий случай.

4.2.2. Частные случаи.

4.3. Модели розеток с дугами, не образующими замкнутого контура орнамента.

4.3.1. Общий случай.

4.3.2. Частные случаи.

Глава 5. Устройства для реализации математических моделей.

5.1. Кинематические схемы и конструкции.

5.2. Методика расчета кинематических параметров.

Глава 6. Реализация моделей в материале и практические рекомендации.

6.1. Методика проведения эксперимента.

6.2. Экспериментальная установка.

6.3. Возможности использования серийных деревообрабатывающих станков для оформления орнаментов.

Выводы.

Введение диссертации2004 год, автореферат по искусствоведению, Ложкин, Юрий Валериевич

В последние годы во всем мире, особенно в странах Европы, прослеживается явная тенденция - частичный отход от использования полимерных и синтетических материалов в домостроении и возврат к традиционному, во многих отношениях предпочтительному, экологически чистому материалу - древесине.

Изделия из натуральной древесины становятся непременным элементом интерьера и считаются свидетельством хорошего вкуса и достатка владельца дома. Большинство семей стремятся иметь загородный дом. При этом деревянный дом является предпочтительным.

Значение имеет не только качество постройки, площадь и удобство планировки дома. Большое внимание уделяется эстетическим и экологическим аспектам. Внутренняя обстановка и внешний вид дома должны быть эстетически насыщены. Широко используются художественно оформленные изделия из древесины - резные столбы, колонны, балясины, наличники, фризы, карнизы, накладки, чаши, блюда, панно, подставки и другие декоративные элементы, изготовленные преимущественно вручную.

С осознанием общественной значимости освоения эстетических особенностей и природных качеств древесины появилась острая необходимость внедрения технологий художественной деревообработки на современной промышленной основе, необходимость осмысления научной и практической деятельности в данном направлении [1].

Проблемы художественной обработки древесины на промышленной основе мало исследованы, до настоящего времени нет полного и обстоятельного представления о месте художественной обработки в общей системе обработки древесины. Нерешенность проблемы связана с рядом трудностей. Отметим основные.

Художественная обработка относится к сфере не только материальной, но и духовной культуры, развитие художественной обработки требует целостного взгляда на проблему, подхода к ее решению не только с технических, но и с эстетических позиций.

В общественном сознании постоянно меняются взгляды на свойства тех или иных материалов, древесине достаточно длительное время не уделялось первоочередного внимания, хотя древесина является самым близким человеку материалом.

Наиболее сложными и трудоемкими в изготовлении элементами художественных изделий из древесины являются орнаменты. Переход от ремесленного ручного производства к современному станочному позволяет не только повысить производительность труда и снизить затраты производства, но и улучшить дизайн и повысить качество изделий за счет обеспечения идентичности повторяемых элементов орнамента или повторяемых изделий. В крупносерийном производстве успешно применяется обработка на станках с ЧПУ, лазерная обработка и другие прогрессивные технологические процессы. Однако характерное для большинства художественных изделий производство малой и средней серийности до настоящего времени либо является ручным (с использованием электроинструмента или без применения такового), либо реализуется на универсальных токарных и фрезерных станках с большими затратами времени.

Повысить качество и снизить трудоемкость изготовления орнаментов, выполненных на плоскости, позволяют способы обработки, основанные на использовании дополнительных приспособлений и устройств, которыми оснащают универсальные станки [2]. Однако и в этих случаях доля ручного труда (на разметку орнамента, переналадку приспособлений после оформления каждого элемента орнамента) остается значительной, а достижение заданной точности и качества требует высокой квалификации рабочего. Причем предложенные способы реализованы только на одном, особом типе токарных станков - настольном станке «Универсал», который, в отличие от промышленных деревообрабатывающих станков, имеет вертикальный суппорт.

Отсутствие исследований затрудняет расширенное внедрение способов, особенно на промышленных станках.

Поиск путей повышения производительности труда при оформлении орнаментов на изделиях из древесины, совершенствование дизайна изделий и повышение их качества является весьма актуальной проблемой.

Цель исследования - улучшение дизайна и повышение эффективности производства художественных изделий из древесины, содержащих геометрические орнаменты на плоскости, за счет совершенствования технологических процессов станочной обработки орнаментов с использованием дополнительных устройств.

Основные задачи.

1. Разработка алгоритма проектирования дополнительных устройств и технологических процессов для обработки орнаментов.

2. Разработка классификации геометрических элементов орнаментов.

3. Создание математических моделей орнаментов.

4. Практическая реализация математических моделей.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

- обоснован алгоритм проектирования дополнительных устройств и технологических процессов изготовления орнаментов для серийных токарных и фрезерных станков;

- разработана классификация геометрических элементов орнаментов по их форме;

- на основе классификации и с учетом выбора рациональных способов обработки созданы математические модели наиболее распространенных типов орнаментов; установлены зависимости между геометрией орнаментов и кинематическими параметрами устройств и предложена методика расчета кинематических параметров.

Практическая значимость определяется тем, что:

- существенно расширены возможности станочной обработки орнаментов, позволяющих повысить эффективность производства художественных изделий;

- предложены конструкции устройств для изготовления художественных изделий типа орнаментальных полос и розеток на серийно выпускаемых станках, позволяющие значительно снизить трудоемкость изготовления орнаментов и требования к квалификации рабочих, повысить качество и улучшить дизайн изделий;

- предложенная методика расчета кинематических параметров устройств доведена до уровня инженерных расчетов.

Апробация материалов: результаты исследования докладывались на IV Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (г. Ижевск, 2003 г.), V и VI Всероссийских научных конференциях по направлению 656700 «Технология художественной обработки материалов» (г. Ижевск, 2003 г., г. Киров, 2004 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Наука - производство -технологии - экология» (г. Киров, 2003 г.), научных семинарах кафедры «Технология промышленной и художественной обработки материалов» ИжГТУ. Результаты исследования внедрены в учебный процесс подготовки специалистов по художественной обработке древесины, демонстрировались на Всероссийской выставке (г. Ижевск, 2002 г.).

Заключение научной работыдиссертация на тему "Разработка и реализация математических моделей изготовления художественных орнаментов на изделиях из древесины"

Выводы

1. Показана возможность значительного повышения эффективности обработки и совершенствования дизайна художественно-промышленных изделий из древесины, декорированных орнаментом, за счет использования технологических процессов их обработки, основанных на применении дополнительных устройств к серийным токарным и фрезерным станкам.

2. Разработана классификация геометрических элементов орнаментов, позволяющая систематизировать их по форме.

3. Установлено, что алгоритм проектирования дополнительных устройств содержит следующие основные этапы: выбор способа обработки орнамента, создание его математической модели, разработку кинематической схемы устройства, выбор и расчет его кинематических параметров.

4. Созданные математические модели устанавливают взаимосвязь между геометрией основных типов орнаментов и кинематическими параметрами дополнительных устройств.

5. Предложенные кинематические схемы и конструкции устройств обеспечивают реализацию математических моделей орнаментов на различных типах станков для широкого ряда художественно-промышленных изделий из древесины.

6. Установлено, что основными кинематическими параметрами устройств для изготовления орнаментов, образованных прямыми линиями, являются величины подачи заготовки и инструмента, а образованных дугами окружностей, - радиус качания инструмента, координаты центров качания, угол наклона оси симметрии лепестка или хорды дуги орнамента, углы наклона крайних точек дуги и углы качания инструмента.

Список научной литературыЛожкин, Юрий Валериевич, диссертация по теме "Техническая эстетика и дизайн"

1. Пиликина Н.Н. Формирование конструктивно - декоративных деталей северной домовой резьбы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М., 2004.

2. Гликин М.С. Декоративные работы по дереву на станках. М.: «Народное творчество», «Искона», 1999.

3. Голан А. Миф и символ. М.: Русслит, 1993.

4. Кес Д. Стили мебели. Издательство Академии Наук Венгрии. Будапешт, 1981.

5. Буриков В.Г., Власов В.Н. Домовая резьба. 2-е изд., стереотип. - М.: Нива России, 1994.

6. Вигасин А.А., Дандамаев М.А., Крюков М.В. и др. История Древнего Востока. -М.: Высш. шк, 1988.

7. Вольпина В. Материал в структуре художественного произведения. // Декоративное искусство. № 10. - 1984.

8. Иванова М.Г. Вдохновение в древних истоках: Материалы по средневековому искусству удмуртов: Методическое пособие для мастеров. Ижевск: 1999.

9. Бартенев И.А., Федоров Б.Н. Архитектурные памятники Русского Севера. JI -М.: Искусство. 1968.

10. Воронов B.C. О крестьянском искусстве. // Сб. избранных трудов. М.: Сов. художник. 1972.

11. Зайцев Б.П. Традиции деревянного зодчества. // Архитектура и строительство России. -№ 3-4, 1995.

12. Званцев М.П. Домовая резьба. М.: Изд. Всерос. Академии архитектуры, 1935.

13. Искусство ансамбля. // Составитель и научный редактор М.А. Некрасова. -М.: Изобразительное искусство, 1988.

14. Крохин В.А. Происхождение ведущих мотивов резьбы в русском деревянном зодчестве. // В сб. научных трудов «Сохранение памятников деревянного зодчества». М.: 1989.

15. Лисенко Л.М. Русское деревянное зодчество. // В сб. Дерево в архитектуре и скульптуре славян. -М.: Сов. художник, 1987.

16. Маковецкий И.В. Архитектура русского народного жилища. Север и Верхнее Поволжье. М.: 1962.

17. Мильчик М.И., Ушаков Ю.С. Деревянная архитектура Русского Севера. Страницы истории. Л.: 1981.

18. Ополовников А.В. Русское деревянное зодчество. Гражданское зодчество. — М.: Искусство, 1983.

19. Ополовников А.В. Русское деревянное зодчество. Культовое зодчество. М.: Искусство, 1983.

20. Орфинский В.П. Деревянное зодчество Карелии. Л.: 1972.

21. Орфинский В.П. Природная среда и памятник. // В кн. «Памятники отечества». Кн. 2. М.: Современник, 1975.

22. Пермиловская А.Б. Декор северного дома: региональные особенности декоративного убранства северного жилища в конце XIX нач. XX в.в. // В сб. «Народная культура Русского Севера». Архангельск, 1997.

23. Прохоренко А.И., Денисов П.Н. Русский рубленный дом. Спб.: Китеж, 1993.

24. Прохоренко А.И. Архитектура сельского дома. Прошлое и настоящее. М.: 1992.

25. Янов В.В., Белов А.А. Художественное конструирование мебели. М.: Лесная промышленность, 1971.

26. Шепелев A.M. Декоративная отделка индивидуальных домов. М.: Издат. «Колос», 1992.

27. Афанасьев А.Ф. Резьба по дереву. М.: Культура и традиции, Легпромбытиздат, 1997.

28. Ильяев М.Д. Прикоснувшись к дереву резцом. Справочное пособие. М.: Экология, 1996.

29. Матвеева Т.А. Мозаика и резьба по дереву. М., 1989.

30. Матвеева Т.А. Изготовление художественных изделий из дерева. М.: Высшая школа, 1992.

31. Соболев Н.Н. Русская народная резьба по дереву. M-JL: 1934.

32. Черепахина А.Н. История художественной обработки изделий из древесины. М.: Высшая школа, 1987.

33. Яковлев И.И., Орлова Ю.Д. Резьба по дереву. М., 1974.

34. Абрамов И.В., Пьянков А.И., Тотоев А.В. и др. Совершенствование механической обработки осесимметричных изделий из древесины. // Технология художественной обработки материалов. Ж. № 2, 2001.

35. Барадулин В.А. Художественная обработка дерева. М.: Легкая индустрия, 1989.

36. Барташевич А.А., Романовский A.M. Художественная обработка дерева. Минск, 2000.

37. Барташевич А.А., Антонов В.П. Технология производства мебели и резьба по дереву. Минск, 2001.

38. Бобиков П.Д. Изготовление столярно мебельных изделий. - М.: Издательский центр «Академия», 2002.

39. Борисов И.Б. Обработка дерева. М., 1999.

40. Гарин В.А., Михайлов Н.А. Технология изделий из древесины. Воронеж: Изд. ВГУ, 1985.

41. Гончаров Н.А., Башинский В.И., Буглай Б.М. Технология изделий из древесины. М.: Лесная промышленность, 1990.

42. Казаринова В.И. Красота, вкус, экономика. М.: Экономика, 1985.

43. Клейдин Л.Н. Столярные работы. М.: Высшая школа, 1974.

44. Крашенинников А.И., Пиликина Н.Н. Пути развития технологии художественной обработки. // Художественная обработка материалов. Ж. 2004, №5.

45. Михайлов В.Н. Технология деревообрабатывающих производств. M-JL: Гослесбумиздат, 1957.

46. Михайлов В.Н. Столярно механические производства. - М.: Гослесбумиздат, 1951.

47. Пижурин А.А. Основы процесса точения древесины. М.: Гослесбумиздат, 1963.

48. Пижурин А.А. Оптимизация технологических процессов деревообработки. — М.: Гослесбумиздат, 1975.

49. Черных М.М., Пьянков А.И., Крапивкин В.Я. Перспективы развития технологии художественной обработки древесины // Труды III Всероссийской научно-методической конференции по сп. 121200. Ижевск: ИжГТУ, 2000.

50. Шепелев A.M. Столярные работы в сельском доме. М.: Россельхозиздат, 1987.

51. Буйвидович Ф.В. Технология столярно плотничных и паркетных работ: Учеб. пособие. - Мн.: Выш. Шк., 2002.

52. Буглай Б.М., Гончаров Н.А. Технология изделий из древесины. М: Лесная промышленность, 1985.

53. Федотов Г.Я. Волшебный мир дерева. М.: Просвещение, 1987.

54. Глебов И.Т. Резание древесины. Урал. гос. лесотехн. университет. -Екатеринбург, 2001.

55. Коротков В.И. Деревообрабатывающие станки. М.: Издательский центр «Академия», 2003.

56. Амалицкий В.В. Деревообрабатывающие станки и инструменты: Учебник для сред. проф. образования. М.: ИРПО: Издательский центр «Академия», 2002.

57. Бобров В.А. Справочник по деревообработке. Ростов н/Д.: «Феникс», 2003.

58. Журнал каталог фирмы ELEKTRA BECKUM. - Обработка древесины, 2002/2003.

59. Журнал-каталог Wood Master. Деревообрабатывающее оборудование и режущий инструмент.

60. Анненкова Л. Орнамент сквозь века // Юный художник. 1996. № 3.

61. Афонькин С.Ю. Орнаменты народов мира. Л., 1981.

62. Бауер В., Дюмоц И., Головин С. Энциклопедия символов. М.: Крон-пресс, 1995.

63. Ворончихин Н.С., Емшанова Н.А. Орнаменты. Стили. Мотивы: Учебное пособие альбом. - Ижевск: УдГУ, 2004.

64. Данилова И.Е. Орнамент в древнегреческой вазописи. М., 1960.

65. Даркевич В.П. Символы небесных светил в орнаментике Древней Руси // Советская археология. 1960. № 4.

66. Иванов С.В. Народный орнамент как исторический источник // Советская этнография. 1958. № 2.

67. Климов К.М. Удмуртский текстильный орнамент как диалог культур: Учеб. пос. альбом. - Ижевск: Изд. Дом Удмуртский университет», 2000.

68. Климова Г.Н. Текстильный орнамент Коми. Сыктывкар: Коми кн. изд-во, 1984.

69. Маслова Г.С. Орнамент русской народной вышивки как историко -этнографический источник. М.: Наука, 1978.

70. Соболев Н.Н. Русский орнамент. Камень. Дерево. Железо. Стенопись. Набойка -М., 1948.

71. Соколова Т.М. Орнамент почерк эпохи. - Л.: Аврора, 1972.

72. Солдадзе Л. Семантика древнего орнамента // Декоративное искусство СССР. 1980. №9.

73. Фокина JI.B. Орнамент: Учеб. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2000.

74. Avdief V. Geometrical Ornament on archaic Egyptian Pottery. Ancient Egypt and Eact. N. Y., 1935.

75. Geometric design and ornament. Selected by Edmund V. Gillon Jr. Inc N. Y.: Dover Publication., 1969.

76. Елкина A.K. Плетеный орнамент и древнее ремесло. Знание сила. 1982.

77. Маковецкий И.В. Архитектура русского народного жилища. Север и Верхнее Поволжье. М., 1962.

78. Герчук Ю.Я. Что такое орнамент? Структура и смысл орнаментального образа. М.: Галарт, 1998.

79. Волков Ф.К. Отличительные черты южнорусской народной орнаментики. -Киев, 1978.

80. Удмуртский народный орнамент. Ижевск: Изд-во Удмуртия. - 1964.

81. Удмуртские узоры. Ижевск: Удмуртия, 1994.

82. Орнаменты народов мира: Практич. Пособие / Сост. сопроводит, текст С.Ю. Афонькина, Е.Ю. Афонькиной. СПб.: Кристалл, 1998.

83. Байдракова А.И. Орнаментальный образ в искусстве // Дизайн и технология художественной обработки материалов. Труды VII Всероссийской научной конференции. Вып. 8. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004.

84. Ложкин Ю.В. Оформление орнаментов на художественных изделиях из древесины. // Всерос. науч.- технич. конф. «Наука-производство-технологии-экология»: Сборник материалов: В 5 т., том 5 Киров: Изд-во ВятГУ, 2003.

85. Халиков Э.Г., Лопаткин Ю.А. Circulia lilium / Квант, № 3, 2003.

86. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора: Справочник. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние 1984.