特殊教育背景下數控雕刻的應用與對策

佘海

摘要：本文研究特殊教育學校數控雕刻情況，發(fā)現(xiàn)數控雕刻專業(yè)在特殊教育學校開展的困難，進而提出解決對策，對今后專業(yè)發(fā)展有一定借鑒作用。

關鍵詞：特殊教育 數控雕刻 木雕 JDPaint

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隨著我國高速的發(fā)展與日新月異的變化，教育事業(yè)也發(fā)生了翻天地覆的改變，特殊教育也不例外，殘疾兒童義務教育已經普及，高職教育、高等教育成為大趨勢。研究表明，近年來我國特殊教育發(fā)展體系與格局形成，調查發(fā)現(xiàn)特殊教育學校數量顯著增加，殘疾學生數量由前幾年的不斷增長到近幾年緩慢下降，殘疾人就業(yè)也成為了備受矚目的話題。

近年來，隨著經濟和科學技術的高速發(fā)展，雕刻藝術備受人們所關注，然而傳統(tǒng)的手工雕刻方式要求工匠具備極高的技術水平，而且有著周期長、效率低的劣勢，不利于商品化經濟的發(fā)展要求。科技的進步使得人們在雕刻藝術加工中引入數控技術，數控雕刻形成集數據采集、數據處理、木雕加工于一體的加工生產體系。本文就殘疾人學習數控雕刻開展研究，對殘疾人教育事業(yè)有非常重要的現(xiàn)實意義。

一、數控雕刻機床的發(fā)展

數控木雕是由金屬加工中的數控技術轉變而來，數控木雕也是木雕中科技含量最高的機械手段，數控技術是典型的多種技術合一，包括了機電一體化技術、計算機技術、自動控制技術等。因此利用好數控雕刻技術會對木雕生產有著深遠的影響。

隨著1777年人類第一臺木工機床發(fā)明至今已有200多年的歷史，長期以來木工機械就一直在我們生活中起到這非常重要的角色，1952年第一臺數控機床誕生，這要得益于電子計算機的發(fā)明，從此宣告了NC（數控）時代的來臨。NC的發(fā)展也歷經坎坷，由之前的大型的晶體管搭建到后來的微型計算機開放式控制，最后到我們熟知的簡便易操作的數控雕刻系統(tǒng)。數控木雕機械的發(fā)展大力的推動了家具建材等領域，大大的降低了生產成本與生產時間，我國家具行業(yè)進而高速發(fā)展，穩(wěn)居世界第一，數控雕刻等大型機械設備的大量使用也是企業(yè)發(fā)展的必然趨勢，數控雕刻技術的普及也即將到來。

二、JDPaint軟件在數控雕刻中的使用

JDPaint軟件是數控雕刻機最常用的CAD/CAM軟件，也是國內最早的專業(yè)雕刻軟件，本身也突破了以前的局限性，現(xiàn)在的專業(yè)功能非常強大，包含了首飾印章等等。JDPaint軟件不僅在建筑與廣告領域的應用，在小五金等高精度領域也同樣精彩。JDPaint匯聚現(xiàn)代精雕與傳統(tǒng)手工的特點，充分發(fā)揮了機器在這一雕刻過程中的重要作用，而不是人力。2001年推出的JDPaint4.0突破了多項雕刻技術、保證了軟件的實用性、也增強了軟件的競爭力。JDPaint的雕刻CAM功能提供了豐富的工藝控制和刀具路徑優(yōu)化功能，并以獨特的等量切削方法為代表的多種CNC雕刻工藝成功的支持了高速銑削技術的實現(xiàn)，更好的解決了小刀具的加工效率問題。

JDPaint軟件操作界面由菜單欄、標題欄、導航工具欄、顏色工具欄、觀察工具欄和狀態(tài)工具欄等構成，其中菜單欄包括文件、視圖、繪制、編輯、變換、專業(yè)功能、幾何曲面和藝術曲面等主要功能構成。我們常用的BMP和JPG圖像都可以在軟件中打開，但我們輸入灰度圖的時候，需要經過nc變換才能變?yōu)闄C器識別的信息。視圖功能可以準確多角度的觀察選中的圖像區(qū)域，一般CAD軟件中的三向視圖在JDPaint中都可以找到，并且在三維及浮雕窗口下，圖像可以通過鼠標任意旋轉，視圖功能不可謂不強大。

繪圖是JDPaint軟件最基本的功能，大多數的情況需要我們自己去繪制及設計產品，繪圖可以通過鼠標的捕捉或者通過鍵盤輸入坐標，精確的繪制。無論繪制什么樣的圖形都可以通過鍵盤輸入+回車來對數值進行確認，繪制操作中有大量的快捷鍵，很多也符合windows用戶的習慣操作。JDPaint可以繪制的圖形相當豐富包括點、直線、圓弧、圓、橢圓、樣條、多義線等基本圖形以及矩形、星形常用的圖形元素。跟CAD軟件一樣圖形編輯工具不可或缺，包括曲線、切斷、延伸、連接、閉合等重要工具。編輯菜單有各個操作指令的所對應的圖標，圖標形象的描述了每個不同的功能。

變換功能最常用到的就是藝術曲面生成網格功能，網格通常有幾個特點，第一就是網格致密，二就是網格曲面用很多的小多邊形表達曲面形態(tài)，同時網格是有誤差的，不過因為網格造型特殊的描述能力的不可替代性，網格技術成為最重要的手段之一。圖形繪制與變換之后就是文件輸出，輸出文件主要是設置加工刀具的參數，以及精雕與粗雕策略。輸出刀具路徑eng文件轉換為nc文件就可以通過雕刻機完成一件作品的加工操作。

三、圖形文件在數控雕刻中的重要作用

由于數控雕刻廣泛用于木雕家具等行業(yè)，所以快速大篇幅也就成了必須解決的問題。現(xiàn)代雕刻機普遍應用了位圖也就是BMP文件，很好的解決了這一問題。BMP文件由位圖文件頭、位圖信息塊和像素陣列數據構成，是屏幕上顯示的二進制數據文件，每一掃描行由連續(xù)的字節(jié)構成。

像素點信息的獲取需要由像素點的灰度值，需要對BMP文件進行灰度處理，按照既定公式很容易算出，假設原來的顏色為RGB，也就是三原色紅綠藍，具體公式有浮點法、整數法、位移法和平均值法。

實際操作中最常用的方法就是灰度圖轉精雕圖，也就是BMP格式轉NC格式，首先選擇一個灰度圖作為原始文件，然后在藝術曲面下找到圖像紋理，選擇第一個位圖轉網格，利用鼠標進行圖像操作，然后根據實際情況調整雕刻深度，之后利用曲面雕刻工具對圖像進行再次編輯，最后輸出道具路徑，調整刀具參數，滿足雕刻條件，最終得到雕刻機可以識別的精雕圖。這里需要注意的是雕刻深度決定了雕刻效果，雕刻深了容易斷刀，雕刻淺了三維效果不明顯，設置的時候刪除原始圖形也是非常關鍵的一個點。

目前雕刻機識別灰度圖的方式是利用像素掃描，也就是灰度圖的黑白兩色采取不同的策略，如果是白色突出，那么白色部分的時候就是不下刀，黑色部分就是下刀，雕刻機器的刀具由數字脈沖信號發(fā)出指令，每一步完成單一或若干像素點，隨著科技的進步單步多點是未來發(fā)展的趨勢。

四、機床刀具的使用

雕刻機刀具的選擇與正確使用是成品效果展現(xiàn)的關鍵，數控雕刻機床對于刀具有著精確的要求。機床操作第一步是對刀，磨損或者刀尖不鋒利會造成很大的影響，其次是刀具的選擇，根據工件大小以及雕刻深度選擇合適的刀具有利于效率的提升以及作品的質量，主軸轉速、工件夾持也是考量的重要指標。

刀尖角的大小決定了刀片的強度，在工件結構與剛度允許的前提下，盡量選擇角度大的刀尖角，切削穩(wěn)定性會更好。刀片的形狀，一般根據加工表面的形狀以及加工方式，主軸轉速等。

選擇刀具還應該考慮的問題：刀具的切削性能好，粗加工或難加工的情況需要刀具承受更大的高速切削性能。刀具精度高，可靠性高，保證加工過程不會因為質量問題導致加工無法進行。

刀具選擇是數控雕刻操作重要組成部分，數控機床高速運轉，刀具直接影響工件質量，選擇上應該遵循幾個要點：

根據工件材質及性能選擇適合的刀具材料，半自動的數控機床要根據工件加工位置選擇換刀，全自動的數控機床自帶換刀操作。

數控木雕一般不會出現(xiàn)刀具磨損的情況，不過刀具用久難免出現(xiàn)細小的磨損，達不到之前的精度，磨刀也是數控雕刻機床的必備技能之一，掌握基本磨刀順序，先開半，再根據錐角與后角操作磨刀機，磨掉多余，點尖，最后測量。

數控雕刻目前在特殊教育學校開展很有難度，原因在于：

（一）特殊教育需學校的數控雕刻課程目標的定位必須明確，理論與實際相結合。職業(yè)教育課程目標可以需求出發(fā)點，多角度多方面定位。在經濟視角來看，職業(yè)教學課程必須適應就業(yè)行業(yè)人才供求的要求的課程。在教學視角來看，職業(yè)教學課程必須是引領校內自學與校外見習緊密結合，提升學生就業(yè)技能的課程。在就業(yè)視角來看，職業(yè)教學課程必須是培養(yǎng)殘疾學生可以合乎就業(yè)行業(yè)所期望的工作水平的課程。數控雕刻在特殊教育學校中開展較少，沒有可以借鑒的例子，因此也就沒有清晰準確的定位。

（二）數控雕刻專業(yè)適合聽力障礙學生學習，他們缺乏內部聲響的刺激，特別缺乏言語的溝通與調控，更多的是靠圖像直覺加工去接受老師講授的內容，因此，課程上的很多專業(yè)詞匯無法準確的傳達并讓他們接收。

（三）特殊教育學校職業(yè)教學職業(yè)教學課程是用技能為本位、用學生為先、用就業(yè)為先導的教育，主旨是培育具有職位工作技能的一線人材。但是目前數控雕刻專業(yè)的課程設置不能與企業(yè)需求完全結合，這就導致了所學不為所用的尷尬局面。

針對這一情況，為了更好的讓數控雕刻真正的在特殊教育學校專業(yè)立足，應有以下解決方案。

首先，課程體系、選擇內容及均是依據課程目標確定的。數控雕刻課程設置的目標明確是發(fā)展的關鍵之處，特殊教育學校職業(yè)教學的課程內容反映了特殊教育高校職業(yè)教學的課程目標的整體需求。數控雕刻的課程目標必須清晰；其次通過更形象具體的表達讓學生接受信息，老師要知道不同殘疾類別學生的特點，并根據每個學生不同的特點制定相對應的方案，讓學生樂于學習，主動學習。例如聽力障礙的學生的特點是無法用言語來表達，也無法接受老師的言語信息，那么教師就應該根據這種情況多用文字和肢體語言溝通，采用演示的教學方法，更直觀的讓學生接受知識與信息；最后數控雕刻這門課應該更重視實踐與理論相結合，教學活動注重課堂上理論知識的傳授與實踐技能的培養(yǎng)。多為學生引進校外實訓基地和更多的工廠實習機會，和校外公司融合，依據行業(yè)的要求，提高學生的綜合素質與就業(yè)競爭能力。

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（作者單位：遼寧特殊教育師范高等專科學校）