Описание
процесса изготовления колонны типа "Александровской"
из натурального камня,
и станка для обработки.
***
Цитата [Каменная колонна – неотъемлемый атрибут роскоши аристократической архитектуры. Круглые и идеально гладкие отдельно стоящие колонны из натурального камня – лучшее решение для создания безупречной экстерьерной картины загородного особняка или городского коттеджа. Массивные и монументальные колонны также отлично подходят для украшения и поддержания фасада офисных, торговых и развлекательных центров. Изготавливают уличные колонны обычно из гранита или мрамора, так как эти каменные породы прекрасно переносят длительный контакт с водой и множественные сезонные циклы перепада температур. Также, гранит и мрамор отлично поддаются современным методам декоративной обработки, что позволяет добиться зеркально-гладкой и ровной поверхности столба. При этом тело колонного элемента чаще делают прямым и лишь в редких случаях выполняют с энтазисом, что означает сужение диаметра колонного столба, начиная с трети высоты].
В наше время такое могут позволить себе немногие богачи или государство. С одной стороны, практической необходимости в таких архитектурных излишествах нет, зато с другой - они способствуют поднятию престижа и служат для демонстрации технических возможностей и материальной мощи владельца. Соответственно, чем крупнее масштаб изделий, тем выше важность, значение престижа, по простому - понты. В древние времена они являлись аналогом современной космической или ядерной сферы, хотя, конечно были гораздо более мирным выражением амбиций.
Ярчайший пример - Александровская колонна в Санкт-Петербурге, самая большая в мире. Подобных колонн по всему земному шару насчитывается несколько десятков, в крупнейших городах разных стран. Сейчас интерес к ним держится на уровне туристических диковин, хотя они заслуживают гораздо большего. По факту, сооружение новых подобных объектов является задачей крайне сложной для современной техники, а уж превзойти их - на уровне существующей технологии вообще не решаемо. Тем не менее, когда-то давно существовали способы, ныне забытые, но реальные, позволявшие это делать повсеместно, в любых разумных пределах.
Тем лучше - ниша свободна, и занять её, при наличии соответствующих технических решений и материальных ресурсов - достаточно просто. Спрос рождает предложение, сейчас его нет, и никто не задумывается о том, чтобы "копать" в этом направлении, поэтому и не ставиться задача изобретателям и производителям по разработке технологий. Но в принципе, такие технологии сейчас вполне можно создать. Что я и сделал - теоретически, осталось воплотить физически. При этом маркетинговая ситуация обратная - та же "палка", только с другого конца - предложение должно родить спрос. Но это решается достаточно просто, с помощью рекламы.
Для этого я придумал маркетинговый ход, призванный ярко и убедительно ввести в моду, создать популярность этой продукции. Предварительно нужно, конечно, отработать технологию, но вести это в тайне, без огласки. Впрочем, все новые технологии обычно разрабатываются в условиях секретности. Затем, при достижении нужного уровня, первым широко известным изделием должно стать нечто выдающееся по своим параметрам - например, Колонна, по размерам превышающая Александровскую. И установить ее надо не абы где, а в Москве на Красной Площади, например, на Лобном Месте - оно как раз пустует. У Исаакиевского Собора в Санкт-Петербурге есть так называемое “лобное место”, где сейчас расположен Медный Всадник, перед Софийским собором в Киеве - памятник Богдану Хмельницкому, а у Собора Василия Блаженного на Лобном Месте - никакого памятника нет. Когда-то там, вероятно, что-то стояло...
Хотя это, конечно, ещё вопрос - стоит ли портить существующую реликвию ради новодела. Но Красная Площадь большая, места много, можно найти свободное. При этом можно обыграть финансовую сторону - часть оплатит государство, часть можно собрать в виде пожертвований от олигархов и/или населения. А там и мода появится, и заказы пойдут.
***
Технология.
Процесс изготовления начинается с поиска подходящего материала. Сначала нужно выпилить гранитный блок размером около 3600Х3600Х25000 мм или чуть больше. Для этого традиционными способами расчистить соответствующую площадку в карьере. Затем создать две грани соответствующей длины - переднюю вертикальную высотой 3,8-4 метра и верхнюю горизонтальную тоже 3,8-4 м. Они должны быть достаточно ровными (с точностью до ~10мм). Перед вертикальной гранью следует создать горизонтальную площадку соответствующей длины и нужной ширины для направляющих. По этой площадке будет ходить шасси пилы при подрезке нижней горизонтальной грани. При подрезке задней вертикальной грани пила будет перемещаться по верхней горизонтальной грани.
Для этого можно использовать такое оборудование, как машина камнерезная баровая "Виктория" МКБ-11 (на данный момент длина пилы 3,5 м. Этого достаточно для типовых, массовых колонн. Но описание процесса я делаю для аналога Александровской колонны, поэтому все размеры привожу относительно неё. Условно будем считать, что габариты используемой техники соответствуют.) .
Затем подрезать нижний горизонтальный рез шириной 41 мм и глубиной 3650 мм. По мере проходки в пропил вводить подкладки для опоры блока. После этого отрезать блок по вертикали.
Затем нужно сделать фаску шириной 1498 мм (высотой 1050 мм, при габаритах 3,6Х3,6 м) - срезать угол, после чего перевернуть (перекантовать) блок на переднюю грань. После кантования появится доступ к задней и нижней граням, которые следует визуально проконтролировать и выбраковать лишнюю длину, после чего обрезать перпендикулярно. Дальнейшее кантование будет проще (за счет фаски), аналогично сделать ещё три фаски. Получится восьмигранник. Фаски на процесс обработки принципиального влияния не оказывают.
Их можно и не делать, они нужны только для экономии энергии, ресурса режущих элементов и материала.
После калибровки длины блока (высоты будущей колонны) в "верхнем" торце (оголовке) следует засверлить 4 посадочных места с отверстиями (крестообразно, на равном расстоянии от оси) под анкеры. Далее, на месте установить 4 анкера для крепления "токарно-карусельного станка". В будущем на эти анкеры можно будет закрепить навершие со скульптурой. На "нижний" торец (базу) надеть башмак - металлический чехол с амортизирующей прокладкой (понадобится для придания заготовке вертикального положения). На тело надеть несколько (рассчитать нагрузку) металлических поясов с грузозахватными элементами. Стропить для перевозки можно за эти пояса, башмак и анкера.
Далее нужно переместить заготовку к месту обработки, для чего следует использовать дирижабль соответствующей грузоподъёмности. Возможно использование двух или нескольких дирижаблей меньшей грузоподъёмности, или создать дирижабль-катамаран.
По прибытии на место, заготовку следует установить в вертикальном положении. Для этого дирижабль причалить на регулируемые троса (в основном для компенсации ветрового дрейфа), конец-базу заготовки опустить на поверхность рабочего стола, до достижения заготовкой угла ~45град. При этом амортизирующий башмак будет предохранять нижний конец заготовки от повреждений при соприкосновении с землей. Затем верхний конец поднять и продвинуть вперед до вертикального положения. Используя транспортировочные пояса, расчалить заготовку для гарантии устойчивости. После этого возвести (собрать) стены цеха и оснастку. Башмак разобрать, пояса использовать для фиксации заготовки.
Цех должен иметь высоту не менее 37 м (1+25+2,5+2,5+3), потолочную кран-балку, стеновой подъёмник для обслуживающего персонала, с мостиком для перехода на станок.
После установки заготовки в вертикальное положение, на верхней грани (теперь усл. обозн. меняются в соответствии с линией горизонта) - торце оголовка - следует установить на анкеры часть станка - направляющий цилиндр. Он должен иметь диаметр, соответствующий будущему диаметру верхнего торца колонны (или чуть менее), гладкие параллельные наружные стенки, высоту около 2 (или 2,5) м. Он полый, толщина стенки - 3 мм, открытый сверху, с ребром жесткости по верхнему срезу, супер-точности окружности не требуется, но нужна параллельность стенок. После сборки станка его следует выставить точно по оси будущей колонны, с применением лазерного нивелира.
На него надевается рама станка, которая представляет собой конструкцию из швеллеров (N10-12) в виде двойной "звезды Давида" - шесть балок сверху, шесть снизу, шесть вертикальных, плюс растяжки (раскосы). Внутри каждой звезды закреплен кольцевой подшипник (кольцевой рельс, люнет) посредством которого рама подвижно соединяется с "кареткой" - четырьмя вертикальными балками, которые прилегают к направляющему цилиндру через обрезиненные ролики, шарнирно соединены между собой и могут раздвигаться до диаметра нижнего торца колонны. По мере обработки каретка будет спускаться вниз, переползая с цилиндра на поверхность колонны и далее до базы. При этом расстояние (габарит) между направляющими регулируется для плотного охвата опорной поверхности. Рама свободно/принудительно вращается вокруг каретки.
Раму сначала надо отцентровать относительно цилиндра, а потом выставить (вместе с цилиндром) точно по оси колонны. Для этого на одной из вершин звезды установить лазерную указку (нивелир), строго параллельно стенке цилиндра. В нижней части, у базы, поставить 8 маячных стоек с датчиками, на точно отмеренном расстоянии от грани. Путем поворота рамы на 45 градусов и попаданием луча в датчик на маяке, и регулировкой креплений на анкерах, выставить раму так, чтобы луч, при вращении рамы, проходил по маячным точкам. В процессе обработки эта система будет служить для постоянного контроля и коррекции процесса работы.
После этого можно приступать к изготовлению колонны. Этим способом можно сделать круглую гладкую колонну, как цилиндрическую, так и коническую, в том числе с энтазисом. В дальнейшем, на его базе, можно разработать технологию для изготовления витых колонн и колонн с канелюрами.
Рабочим элементом служат 12 узлов, каждый с отдельным приводом и вращающимися режущими головками, покрытыми абразивным или твердосплавным материалом, расположенных равномерно по окружности, находящихся каждый на своей шарнирной подвеске, позволяющей регулировать глубину резания. Одновременно работают 6 узлов, в то время как другие 6 "отдыхают" - в это время можно произвести их ревизию, замену режущих элементов, или всего узла в случае поломки. Таким образом обеспечивается непрерывность процесса.
Для обслуживания станка на ту же раму, ниже рабочего инструмента, подвешивается круговая площадка с ограждением. Обслуживающий персонал попадает на нее по мере необходимости по подъёмному мостику с вертикального подъёмника-лифта.
Рама вращается с определённой скоростью (назовём её "круговая подача") вокруг обрабатываемой поверхности, и опускается вниз (назовём это "вертикальная подача") по мере снятия излишка материала, поскольку опирается на обрабатываемый край колёсами. При этом происходит черновая (обдирная) обрезка верхнего слоя. Кроме этого, рама связана с верхом (цилиндром) тросовой подвеской для аварийного (запасного) подъёма/спуска станка.
Страховочные пояса снимаются по мере приближения к ним станка и вновь устанавливаются после его прохода (достаточно двух).
По достижении станком базы колонны (низа), он переходит в режим поперечного резания. Для этого станок останавливается, на раму монтируются 2 горизонтальные фрезы на качающейся подвеске с плечом 1,5 м. Они работают в режиме одновременного вращения с рамой, чем обеспечивается точная перпендикулярность торца к оси колонны. Эти фрезы выбирают материал на ширину (высоту) 200-300 мм до диаметра 1-1,5 м, т.е. в нижней части получается "шип", "палец" - сужение диаметра. Таким образом, к высоте колонны (чтобы получить длину заготовки) нужно прибавить этот размер. Этот шип нужен для транспортировки и закрепления на месте установки. В образовавшуюся круговую полость вводится "хомут" - разъёмное опорное стальное кольцо из двух половин, толщиной 200-300 мм, с внешним диаметром 4 м, внутренним диаметром под шип, и строповочными элементами по внешнему краю. Оно предназначено для транспортировки к месту установки.
После прохода станка до нижнего уровня, таким же образом спускается второй станок, выполняющий чистовую обработку и полировку поверхности. В нём применяются рабочие элементы известных типов, снимающие небольшой слой в 1-2 мм. Можно объединить эти два станка в один.
Процесс управляется компьютеризованной системой управления (ЧПУ).
Об удалении отходов и охлаждении режущего инструмента я намеренно ничего не сказал, думаю этот аспект не вызовет затруднений.
Доставка к месту установки производится аналогично, на дирижабле, не обязательно в вертикальном положении. Установка производится на специально подготовленное основание (постамент) по разработанной технологии. Установку можно произвести за полчаса.
***
Таким образом, в процессе обработки:
а). происходит всего один цикл изменения положения объекта с горизонтального на вертикальное;
б). заготовка не подвергается вращению, чем обеспечивается экономия энергии, отказ от массивного сверхпрочного оборудования, избежание вибрации (вес станка 1-2 т, возможно, и меньше);
в). процесс происходит непрерывно, с достаточно большой скоростью, что способствует относительно быстрому изготовлению (предположительно - около месяца).
Все это способствует возможности изготовления изделия любого размера, ограничения накладываются только размерами заготовки - при условии изготовления оборудования соответствующего размера. Точно таким же образом можно делать массовые изделия меньшего размера, что и следует сделать на начальном этапе - в процессе отработки технологии и создания действующего образца.
Готов принять участие в разработке и изготовлении прототипа.
***
Кроме этого, разработана технология транспортировки и установки подобной колонны на подготовленный фундамент. Кстати, колонны Исаакиевского собора имеют характерные заплатки в районе основания. Думаю, что повреждения возникли во время установки, поскольку в момент перевода из горизонтального в вертикальное положение в точке опоры возникает запредельное давление, превышающее предел прочности материала. Представляю, как этого можно избежать. Возможно, такой способ использовался при установке Александровской колонны.