特殊教育背景下数控雕刻的应用与对策

摘要：本文研究特殊教育学校数控雕刻情况，发现数控雕刻专业在特殊教育学校开展的困难，进而提出解决对策，对今后专业发展有一定借鉴作用。

关键词：特殊教育 数控雕刻 木雕 JDPaint

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随着我国高速的发展与日新月异的变化，教育事业也发生了翻天地覆的改变，特殊教育也不例外，残疾儿童义务教育已经普及，高职教育、高等教育成为大趋势。研究表明，近年来我国特殊教育发展体系与格局形成，调查发现特殊教育学校数量显著增加，残疾学生数量由前几年的不断增长到近几年缓慢下降，残疾人就业也成为了备受瞩目的话题。

近年来，随着经济和科学技术的高速发展，雕刻艺术备受人们所关注，然而传统的手工雕刻方式要求工匠具备极高的技术水平，而且有着周期长、效率低的劣势，不利于商品化经济的发展要求。科技的进步使得人们在雕刻艺术加工中引入数控技术，数控雕刻形成集数据采集、数据处理、木雕加工于一体的加工生产体系。本文就残疾人学习数控雕刻开展研究，对残疾人教育事业有非常重要的现实意义。

一、数控雕刻机床的发展

数控木雕是由金属加工中的数控技术转变而来，数控木雕也是木雕中科技含量最高的机械手段，数控技术是典型的多种技术合一，包括了机电一体化技术、计算机技术、自动控制技术等。因此利用好数控雕刻技术会对木雕生产有着深远的影响。

随着1777年人类第一台木工机床发明至今已有200多年的历史，长期以来木工机械就一直在我们生活中起到这非常重要的角色，1952年第一台数控机床诞生，这要得益于电子计算机的发明，从此宣告了NC（数控）时代的来临。NC的发展也历经坎坷，由之前的大型的晶体管搭建到后来的微型计算机开放式控制，最后到我们熟知的简便易操作的数控雕刻系统。数控木雕机械的发展大力的推动了家具建材等领域，大大的降低了生产成本与生产时间，我国家具行业进而高速发展，稳居世界第一，数控雕刻等大型机械设备的大量使用也是企业发展的必然趋势，数控雕刻技术的普及也即将到来。

二、JDPaint软件在数控雕刻中的使用

JDPaint软件是数控雕刻机最常用的CAD/CAM软件，也是国内最早的专业雕刻软件，本身也突破了以前的局限性，现在的专业功能非常强大，包含了首饰印章等等。JDPaint软件不仅在建筑与广告领域的应用，在小五金等高精度领域也同样精彩。JDPaint汇聚现代精雕与传统手工的特点，充分发挥了机器在这一雕刻过程中的重要作用，而不是人力。2001年推出的JDPaint4.0突破了多项雕刻技术、保证了软件的实用性、也增强了软件的竞争力。JDPaint的雕刻CAM功能提供了丰富的工艺控制和刀具路径优化功能，并以独特的等量切削方法为代表的多种CNC雕刻工艺成功的支持了高速铣削技术的实现，更好的解决了小刀具的加工效率问题。

JDPaint软件操作界面由菜单栏、标题栏、导航工具栏、颜色工具栏、观察工具栏和状态工具栏等构成，其中菜单栏包括文件、视图、绘制、编辑、变换、专业功能、几何曲面和艺术曲面等主要功能构成。我们常用的BMP和JPG图像都可以在软件中打开，但我们输入灰度图的时候，需要经过nc变换才能变为机器识别的信息。视图功能可以准确多角度的观察选中的图像区域，一般CAD软件中的三向视图在JDPaint中都可以找到，并且在三维及浮雕窗口下，图像可以通过鼠标任意旋转，视图功能不可谓不强大。

绘图是JDPaint软件最基本的功能，大多数的情况需要我们自己去绘制及设计产品，绘图可以通过鼠标的捕捉或者通过键盘输入坐标，精确的绘制。无论绘制什么样的图形都可以通过键盘输入+回车来对数值进行确认，绘制操作中有大量的快捷键，很多也符合windows用户的习惯操作。JDPaint可以绘制的图形相当丰富包括点、直线、圆弧、圆、椭圆、样条、多义线等基本图形以及矩形、星形常用的图形元素。跟CAD软件一样图形编辑工具不可或缺，包括曲线、切断、延伸、连接、闭合等重要工具。编辑菜单有各个操作指令的所对应的图标，图标形象的描述了每个不同的功能。

变换功能最常用到的就是艺术曲面生成网格功能，网格通常有几个特点，第一就是网格致密，二就是网格曲面用很多的小多边形表达曲面形态，同时网格是有误差的，不过因为网格造型特殊的描述能力的不可替代性，网格技术成为最重要的手段之一。图形绘制与变换之后就是文件输出，输出文件主要是设置加工刀具的参数，以及精雕与粗雕策略。输出刀具路径eng文件转换为nc文件就可以通过雕刻机完成一件作品的加工操作。

三、图形文件在数控雕刻中的重要作用

由于数控雕刻广泛用于木雕家具等行业，所以快速大篇幅也就成了必须解决的问题。现代雕刻机普遍应用了位图也就是BMP文件，很好的解决了这一问题。BMP文件由位图文件头、位图信息块和像素阵列数据构成，是屏幕上显示的二进制数据文件，每一扫描行由连续的字节构成。

像素点信息的获取需要由像素点的灰度值，需要对BMP文件进行灰度处理，按照既定公式很容易算出，假设原来的顏色为RGB，也就是三原色红绿蓝，具体公式有浮点法、整数法、位移法和平均值法。

实际操作中最常用的方法就是灰度图转精雕图，也就是BMP格式转NC格式，首先选择一个灰度图作为原始文件，然后在艺术曲面下找到图像纹理，选择第一个位图转网格，利用鼠标进行图像操作，然后根据实际情况调整雕刻深度，之后利用曲面雕刻工具对图像进行再次编辑，最后输出道具路径，调整刀具参数，满足雕刻条件，最终得到雕刻机可以识别的精雕图。这里需要注意的是雕刻深度决定了雕刻效果，雕刻深了容易断刀，雕刻浅了三维效果不明显，设置的时候删除原始图形也是非常关键的一个点。

目前雕刻机识别灰度图的方式是利用像素扫描，也就是灰度图的黑白两色采取不同的策略，如果是白色突出，那么白色部分的时候就是不下刀，黑色部分就是下刀，雕刻机器的刀具由数字脉冲信号发出指令，每一步完成单一或若干像素点，随着科技的进步单步多点是未来发展的趋势。

四、机床刀具的使用

雕刻机刀具的选择与正确使用是成品效果展现的关键，数控雕刻机床对于刀具有着精确的要求。机床操作第一步是对刀，磨损或者刀尖不锋利会造成很大的影响，其次是刀具的选择，根据工件大小以及雕刻深度选择合适的刀具有利于效率的提升以及作品的质量，主轴转速、工件夹持也是考量的重要指标。

刀尖角的大小决定了刀片的强度，在工件结构与刚度允许的前提下，尽量选择角度大的刀尖角，切削稳定性会更好。刀片的形状，一般根据加工表面的形状以及加工方式，主轴转速等。

选择刀具还应该考虑的问题：刀具的切削性能好，粗加工或难加工的情况需要刀具承受更大的高速切削性能。刀具精度高，可靠性高，保证加工过程不会因为质量问题导致加工无法进行。

刀具選择是数控雕刻操作重要组成部分，数控机床高速运转，刀具直接影响工件质量，选择上应该遵循几个要点：

根据工件材质及性能选择适合的刀具材料，半自动的数控机床要根据工件加工位置选择换刀，全自动的数控机床自带换刀操作。

数控木雕一般不会出现刀具磨损的情况，不过刀具用久难免出现细小的磨损，达不到之前的精度，磨刀也是数控雕刻机床的必备技能之一，掌握基本磨刀顺序，先开半，再根据锥角与后角操作磨刀机，磨掉多余，点尖，最后测量。

数控雕刻目前在特殊教育学校开展很有难度，原因在于：

（一）特殊教育需学校的数控雕刻课程目标的定位必须明确，理论与实际相结合。职业教育课程目标可以需求出发点，多角度多方面定位。在经济视角来看，职业教学课程必须适应就业行业人才供求的要求的课程。在教学视角来看，职业教学课程必须是引领校内自学与校外见习紧密结合，提升学生就业技能的课程。在就业视角来看，职业教学课程必须是培养残疾学生可以合乎就业行业所期望的工作水平的课程。数控雕刻在特殊教育学校中开展较少，没有可以借鉴的例子，因此也就没有清晰准确的定位。

（二）数控雕刻专业适合听力障碍学生学习，他们缺乏内部声响的刺激，特别缺乏言语的沟通与调控，更多的是靠图像直觉加工去接受老师讲授的内容，因此，课程上的很多专业词汇无法准确的传达并让他们接收。

（三）特殊教育学校职业教学职业教学课程是用技能为本位、用学生为先、用就业为先导的教育，主旨是培育具有职位工作技能的一线人材。但是目前数控雕刻专业的课程设置不能与企业需求完全结合，这就导致了所学不为所用的尴尬局面。

针对这一情况，为了更好的让数控雕刻真正的在特殊教育学校专业立足，应有以下解决方案。

首先，课程体系、选择内容及均是依据课程目标确定的。数控雕刻课程设置的目标明确是发展的关键之处，特殊教育学校职业教学的课程内容反映了特殊教育高校职业教学的课程目标的整体需求。数控雕刻的课程目标必须清晰；其次通过更形象具体的表达让学生接受信息，老师要知道不同残疾类别学生的特点，并根据每个学生不同的特点制定相对应的方案，让学生乐于学习，主动学习。例如听力障碍的学生的特点是无法用言语来表达，也无法接受老师的言语信息，那么教师就应该根据这种情况多用文字和肢体语言沟通，采用演示的教学方法，更直观的让学生接受知识与信息；最后数控雕刻这门课应该更重视实践与理论相结合，教学活动注重课堂上理论知识的传授与实践技能的培养。多为学生引进校外实训基地和更多的工厂实习机会，和校外公司融合，依据行业的要求，提高学生的综合素质与就业竞争能力。

参考文献：

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[2]齐英杰，曲文，马岩.我国数控木工机械产品发展的历史回顾及展望[J].木工机床，2013，（04）.

[3]王凯.基于JDPaint软件对影像浮雕的加工研究[J].无线互联科技，2014，（12）.

（作者单位：辽宁特殊教育师范高等专科学校）