特殊教育背景下數(shù)控雕刻的應(yīng)用與對(duì)策

佘海

摘要：本文研究特殊教育學(xué)校數(shù)控雕刻情況，發(fā)現(xiàn)數(shù)控雕刻專業(yè)在特殊教育學(xué)校開展的困難，進(jìn)而提出解決對(duì)策，對(duì)今后專業(yè)發(fā)展有一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞：特殊教育 數(shù)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(wù)教育已經(jīng)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(diào)查發(fā)現(xiàn)特殊教育學(xué)校數(shù)量顯著增加，殘疾學(xué)生數(shù)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(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，雕刻藝術(shù)備受人們所關(guān)注，然而傳統(tǒng)的手工雕刻方式要求工匠具備極高的技術(shù)水平，而且有著周期長、效率低的劣勢，不利于商品化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求?？萍嫉倪M(jìn)步使得人們?cè)诘窨趟囆g(shù)加工中引入數(shù)控技術(shù)，數(shù)控雕刻形成集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、木雕加工于一體的加工生產(chǎn)體系。本文就殘疾人學(xué)習(xí)數(shù)控雕刻開展研究，對(duì)殘疾人教育事業(yè)有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、數(shù)控雕刻機(jī)床的發(fā)展

數(shù)控木雕是由金屬加工中的數(shù)控技術(shù)轉(zhuǎn)變而來，數(shù)控木雕也是木雕中科技含量最高的機(jī)械手段，數(shù)控技術(shù)是典型的多種技術(shù)合一，包括了機(jī)電一體化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等。因此利用好數(shù)控雕刻技術(shù)會(huì)對(duì)木雕生產(chǎn)有著深遠(yuǎn)的影響。

隨著1777年人類第一臺(tái)木工機(jī)床發(fā)明至今已有200多年的歷史，長期以來木工機(jī)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(tái)數(shù)控機(jī)床誕生，這要得益于電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明，從此宣告了NC（數(shù)控）時(shí)代的來臨。NC的發(fā)展也歷經(jīng)坎坷，由之前的大型的晶體管搭建到后來的微型計(jì)算機(jī)開放式控制，最后到我們熟知的簡便易操作的數(shù)控雕刻系統(tǒng)。數(shù)控木雕機(jī)械的發(fā)展大力的推動(dòng)了家具建材等領(lǐng)域，大大的降低了生產(chǎn)成本與生產(chǎn)時(shí)間，我國家具行業(yè)進(jìn)而高速發(fā)展，穩(wěn)居世界第一，數(shù)控雕刻等大型機(jī)械設(shè)備的大量使用也是企業(yè)發(fā)展的必然趨勢，數(shù)控雕刻技術(shù)的普及也即將到來。

二、JDPaint軟件在數(shù)控雕刻中的使用

JDPaint軟件是數(shù)控雕刻機(jī)最常用的CAD/CAM軟件，也是國內(nèi)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(qiáng)大，包含了首飾印章等等。JDPaint軟件不僅在建筑與廣告領(lǐng)域的應(yīng)用，在小五金等高精度領(lǐng)域也同樣精彩。JDPaint匯聚現(xiàn)代精雕與傳統(tǒng)手工的特點(diǎn)，充分發(fā)揮了機(jī)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(xiàng)雕刻技術(shù)、保證了軟件的實(shí)用性、也增強(qiáng)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(dú)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(shù)的實(shí)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(biāo)題欄、導(dǎo)航工具欄、顏色工具欄、觀察工具欄和狀態(tài)工具欄等構(gòu)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(shù)曲面等主要功能構(gòu)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(shí)候，需要經(jīng)過nc變換才能變?yōu)闄C(jī)器識(shí)別的信息。視圖功能可以準(zhǔn)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(biāo)任意旋轉(zhuǎn)，視圖功能不可謂不強(qiáng)大。

繪圖是JDPaint軟件最基本的功能，大多數(shù)的情況需要我們自己去繪制及設(shè)計(jì)產(chǎn)品，繪圖可以通過鼠標(biāo)的捕捉或者通過鍵盤輸入坐標(biāo)，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(duì)數(shù)值進(jìn)行確認(rèn)，繪制操作中有大量的快捷鍵，很多也符合windows用戶的習(xí)慣操作。JDPaint可以繪制的圖形相當(dāng)豐富包括點(diǎn)、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(gè)操作指令的所對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)，圖標(biāo)形象的描述了每個(gè)不同的功能。

變換功能最常用到的就是藝術(shù)曲面生成網(wǎng)格功能，網(wǎng)格通常有幾個(gè)特點(diǎn)，第一就是網(wǎng)格致密，二就是網(wǎng)格曲面用很多的小多邊形表達(dá)曲面形態(tài)，同時(shí)網(wǎng)格是有誤差的，不過因?yàn)榫W(wǎng)格造型特殊的描述能力的不可替代性，網(wǎng)格技術(shù)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(shè)置加工刀具的參數(shù)，以及精雕與粗雕策略。輸出刀具路徑eng文件轉(zhuǎn)換為nc文件就可以通過雕刻機(jī)完成一件作品的加工操作。

三、圖形文件在數(shù)控雕刻中的重要作用

由于數(shù)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?，F(xiàn)代雕刻機(jī)普遍應(yīng)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(shù)據(jù)構(gòu)成，是屏幕上顯示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)文件，每一掃描行由連續(xù)的字節(jié)構(gòu)成。

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

實(shí)際操作中最常用的方法就是灰度圖轉(zhuǎn)精雕圖，也就是BMP格式轉(zhuǎn)NC格式，首先選擇一個(gè)灰度圖作為原始文件，然后在藝術(shù)曲面下找到圖像紋理，選擇第一個(gè)位圖轉(zhuǎn)網(wǎng)格，利用鼠標(biāo)進(jìn)行圖像操作，然后根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整雕刻深度，之后利用曲面雕刻工具對(duì)圖像進(jìn)行再次編輯，最后輸出道具路徑，調(diào)整刀具參數(shù)，滿足雕刻條件，最終得到雕刻機(jī)可以識(shí)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(shè)置的時(shí)候刪除原始圖形也是非常關(guān)鍵的一個(gè)點(diǎn)。

目前雕刻機(jī)識(shí)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(shí)候就是不下刀，黑色部分就是下刀，雕刻機(jī)器的刀具由數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)出指令，每一步完成單一或若干像素點(diǎn)，隨著科技的進(jìn)步單步多點(diǎn)是未來發(fā)展的趨勢。

四、機(jī)床刀具的使用

雕刻機(jī)刀具的選擇與正確使用是成品效果展現(xiàn)的關(guān)鍵，數(shù)控雕刻機(jī)床對(duì)于刀具有著精確的要求。機(jī)床操作第一步是對(duì)刀，磨損或者刀尖不鋒利會(huì)造成很大的影響，其次是刀具的選擇，根據(jù)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(zhì)量，主軸轉(zhuǎn)速、工件夾持也是考量的重要指標(biāo)。

刀尖角的大小決定了刀片的強(qiáng)度，在工件結(jié)構(gòu)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(huì)更好。刀片的形狀，一般根據(jù)加工表面的形狀以及加工方式，主軸轉(zhuǎn)速等。

選擇刀具還應(yīng)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(huì)因?yàn)橘|(zhì)量問題導(dǎo)致加工無法進(jìn)行。

刀具選擇是數(shù)控雕刻操作重要組成部分，數(shù)控機(jī)床高速運(yùn)轉(zhuǎn)，刀具直接影響工件質(zhì)量，選擇上應(yīng)該遵循幾個(gè)要點(diǎn)：

根據(jù)工件材質(zhì)及性能選擇適合的刀具材料，半自動(dòng)的數(shù)控機(jī)床要根據(jù)工件加工位置選擇換刀，全自動(dòng)的數(shù)控機(jī)床自帶換刀操作。

數(shù)控木雕一般不會(huì)出現(xiàn)刀具磨損的情況，不過刀具用久難免出現(xiàn)細(xì)小的磨損，達(dá)不到之前的精度，磨刀也是數(shù)控雕刻機(jī)床的必備技能之一，掌握基本磨刀順序，先開半，再根據(jù)錐角與后角操作磨刀機(jī)，磨掉多余，點(diǎn)尖，最后測量。

數(shù)控雕刻目前在特殊教育學(xué)校開展很有難度，原因在于：

（一）特殊教育需學(xué)校的數(shù)控雕刻課程目標(biāo)的定位必須明確，理論與實(shí)際相結(jié)合。職業(yè)教育課程目標(biāo)可以需求出發(fā)點(diǎn)，多角度多方面定位。在經(jīng)濟(jì)視角來看，職業(yè)教學(xué)課程必須適應(yīng)就業(yè)行業(yè)人才供求的要求的課程。在教學(xué)視角來看，職業(yè)教學(xué)課程必須是引領(lǐng)校內(nèi)自學(xué)與校外見習(xí)緊密結(jié)合，提升學(xué)生就業(yè)技能的課程。在就業(yè)視角來看，職業(yè)教學(xué)課程必須是培養(yǎng)殘疾學(xué)生可以合乎就業(yè)行業(yè)所期望的工作水平的課程。數(shù)控雕刻在特殊教育學(xué)校中開展較少，沒有可以借鑒的例子，因此也就沒有清晰準(zhǔn)確的定位。

（二）數(shù)控雕刻專業(yè)適合聽力障礙學(xué)生學(xué)習(xí)，他們?nèi)狈?nèi)部聲響的刺激，特別缺乏言語的溝通與調(diào)控，更多的是靠圖像直覺加工去接受老師講授的內(nèi)容，因此，課程上的很多專業(yè)詞匯無法準(zhǔn)確的傳達(dá)并讓他們接收。

（三）特殊教育學(xué)校職業(yè)教學(xué)職業(yè)教學(xué)課程是用技能為本位、用學(xué)生為先、用就業(yè)為先導(dǎo)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(shù)控雕刻專業(yè)的課程設(shè)置不能與企業(yè)需求完全結(jié)合，這就導(dǎo)致了所學(xué)不為所用的尷尬局面。

針對(duì)這一情況，為了更好的讓數(shù)控雕刻真正的在特殊教育學(xué)校專業(yè)立足，應(yīng)有以下解決方案。

首先，課程體系、選擇內(nèi)容及均是依據(jù)課程目標(biāo)確定的。數(shù)控雕刻課程設(shè)置的目標(biāo)明確是發(fā)展的關(guān)鍵之處，特殊教育學(xué)校職業(yè)教學(xué)的課程內(nèi)容反映了特殊教育高校職業(yè)教學(xué)的課程目標(biāo)的整體需求。數(shù)控雕刻的課程目標(biāo)必須清晰；其次通過更形象具體的表達(dá)讓學(xué)生接受信息，老師要知道不同殘疾類別學(xué)生的特點(diǎn)，并根據(jù)每個(gè)學(xué)生不同的特點(diǎn)制定相對(duì)應(yīng)的方案，讓學(xué)生樂于學(xué)習(xí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)。例如聽力障礙的學(xué)生的特點(diǎn)是無法用言語來表達(dá)，也無法接受老師的言語信息，那么教師就應(yīng)該根據(jù)這種情況多用文字和肢體語言溝通，采用演示的教學(xué)方法，更直觀的讓學(xué)生接受知識(shí)與信息；最后數(shù)控雕刻這門課應(yīng)該更重視實(shí)踐與理論相結(jié)合，教學(xué)活動(dòng)注重課堂上理論知識(shí)的傳授與實(shí)踐技能的培養(yǎng)。多為學(xué)生引進(jìn)校外實(shí)訓(xùn)基地和更多的工廠實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，和校外公司融合，依據(jù)行業(yè)的要求，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)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?？茖W(xué)校）