數(shù)控雕刻在工程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

傅穎俊

（浙江大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，浙江 杭州 310058）

數(shù)控雕刻在工程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

傅穎俊

（浙江大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，浙江 杭州 310058）

為跟上社會發(fā)展步伐，各高等院校工程訓(xùn)練經(jīng)歷教學(xué)改革，從傳統(tǒng)金工中心向現(xiàn)代化工程訓(xùn)練中心轉(zhuǎn)換，從常規(guī)實(shí)習(xí)訓(xùn)練向工程實(shí)踐教學(xué)轉(zhuǎn)換，從普通機(jī)床設(shè)備向先進(jìn)數(shù)控機(jī)床設(shè)備轉(zhuǎn)換，數(shù)控機(jī)床亦逐步取代普通機(jī)床。該文以研究浙江大學(xué)工程訓(xùn)練中心開設(shè)的雕銑加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)（浮雕制作）為目的，根據(jù)數(shù)控雕刻在工程實(shí)踐教學(xué)的課程安排、操作流程等手段，結(jié)合數(shù)控雕刻的特點(diǎn)，闡述數(shù)控雕刻在工程實(shí)踐教學(xué)中的具體應(yīng)用。

教學(xué)改革；工程實(shí)踐；數(shù)控機(jī)床；數(shù)控雕刻；浮雕

工程實(shí)踐教學(xué)是高等工科各專業(yè)進(jìn)行工程教育的第一步，是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入工程殿堂的基礎(chǔ)，是促使學(xué)生了解工程科學(xué)、探知工程奧秘的原動力。工程實(shí)踐教育的目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程創(chuàng)新能力，其充分體現(xiàn)了基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和制造性的特點(diǎn)［1］。為此，高等工科院校建立工程訓(xùn)練中心，引進(jìn)各種傳統(tǒng)的和先進(jìn)的加工設(shè)備，開設(shè)工程實(shí)踐課程，對學(xué)生理解、鞏固、深化和應(yīng)用所學(xué)理論，對學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，對學(xué)生工程觀念、勞動觀點(diǎn)和群眾觀點(diǎn)的樹立，以及對生產(chǎn)知識、管理知識的獲得都起著重要的作用［2］。

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)設(shè)備跟不上時(shí)代潮流，即將面臨淘汰。比如雕刻，傳統(tǒng)雕刻是手工業(yè)的一個(gè)分支，從學(xué)徒到師傅需要很長一段時(shí)間，而且很多高超的技能只能在今后的實(shí)踐中不斷地摸索和領(lǐng)悟，所以傳統(tǒng)雕刻發(fā)展緩慢。各類CNC數(shù)控設(shè)備發(fā)展的崛起，取代了傳統(tǒng)設(shè)備的地位，而CNC數(shù)控雕刻技術(shù)就是將傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它根據(jù)零件圖紙和加工路線計(jì)算出機(jī)床控制裝置所需輸入數(shù)據(jù)［3］，成為一種先進(jìn)的雕刻技術(shù)，同時(shí)它秉承了傳統(tǒng)雕刻精細(xì)輕巧、靈活自如的操作特點(diǎn)，順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展需求。

浙江大學(xué)工程訓(xùn)練中心根據(jù)以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力為主線的課程安排要求，結(jié)合CNC數(shù)控雕刻的特點(diǎn)，開設(shè)了雕銑工程實(shí)訓(xùn)課程。

1 雕銑實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程安排

中心工程實(shí)訓(xùn)課程主要分常規(guī)實(shí)訓(xùn)和加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)兩大類。1）常規(guī)實(shí)訓(xùn)作為工程實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)必修課，讓學(xué)生熟悉整個(gè)工藝流程，制定該零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程，再根據(jù)工藝規(guī)程進(jìn)行加工準(zhǔn)備［4］，工科類的學(xué)生都必須參加；2）加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)作為工程實(shí)訓(xùn)的綜合訓(xùn)練課，讓學(xué)生產(chǎn)生綜合設(shè)計(jì)及制造的創(chuàng)新性思維，機(jī)械類的學(xué)生都要求參加。常規(guī)實(shí)訓(xùn)分車、銑／齒、鉗、數(shù)車、數(shù)銑、CAD／CAM、焊、鑄、熱、雕銑、逆、特、電／柔13個(gè)課程；加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)分車削加強(qiáng)、數(shù)車加強(qiáng)、鑄造加強(qiáng)、熱處理加強(qiáng)、焊接創(chuàng)新制作、線切割二維創(chuàng)新、摩托車拆裝、減速器制作、電路板制作、浮雕制作、CAD／CAM曲面造型、逆向工程12個(gè)課程。

雕銑常規(guī)實(shí)訓(xùn)安排了4個(gè)課時(shí)，要求學(xué)生進(jìn)行平面圖形設(shè)計(jì)、2D刀路生成、程序傳輸、機(jī)床操作，最后完成圖形加工；雕銑加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)（浮雕制作）安排了16個(gè)課時(shí)，要求學(xué)生進(jìn)行浮雕作品設(shè)計(jì)、3D刀路生成、程序傳輸（粗、精加工程序分開或根據(jù)刀具類型程序分開）、機(jī)床操作，最后完成浮雕作品加工。

下面以雕銑加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)（浮雕制作）安排為例，介紹CNC數(shù)控雕刻在工程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。

1.1 實(shí)訓(xùn)目的

1）使學(xué)生了解CNC數(shù)控雕刻系統(tǒng)的組成，學(xué)會JDPaint軟件（CNC數(shù)控雕刻系統(tǒng)的核心部分）的簡單操作；

2）通過指導(dǎo)老師的演示操作，學(xué)生初步了解CNC數(shù)控雕刻機(jī)是如何工作的；

3）學(xué)生自行設(shè)計(jì)平面或浮雕作品，操作CNC數(shù)控雕刻機(jī)完成加工。

1.2 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配

表1 學(xué)時(shí)分配表

1.3 實(shí)訓(xùn)流程

1）根據(jù)指導(dǎo)老師提供的工件，借由一些實(shí)物模型的參考，明確自己要設(shè)計(jì)的作品（比如做一個(gè)U盤外殼）。

2）打開JDPaint軟件，通過載入 jpg、 bmp等格式圖片，對圖片進(jìn)行描圖，借由U盤一些固定的尺寸要求（比如U盤插口的長、寬尺寸），完成平面圖形設(shè)計(jì)。

3）通過JDPaint軟件，對部分平面圖形進(jìn)行“堆料”—“去料”—“區(qū)域浮雕”—“顏色浮雕”等操作命令完成浮雕制作，完成整個(gè)作品設(shè)計(jì)。

4）根據(jù)作品的“平面”“曲面”和“浮雕”等元素加工要求不同，區(qū)分“平面雕刻”和“曲面雕刻”部分，通過“路徑向?qū)А敝械摹皢尉€切割”“區(qū)域加工”“分層區(qū)域粗加工”和“曲面精加工”等加工方式而生成不同的刀具加工路徑。

5）刀具路徑生成后程序便可自動生成，借由傳輸軟件，完成程序傳輸。

6）開啟CNC數(shù)控雕刻機(jī)，通過對刀等一系列機(jī)床操作，最后作品加工結(jié)束。

7）對作品進(jìn)行打磨，拋光等后續(xù)處理。

部分完成的作品展示如圖4和圖5所示。

圖1 CNC雕刻系統(tǒng)圖

圖2 U盤浮雕外殼圖

圖3 實(shí)訓(xùn)操作流程圖

圖4 實(shí)物展示圖1

圖5 實(shí)物展示圖2

2 結(jié)束語

CNC數(shù)控雕刻其實(shí)屬于銑削加工，只不過它比普通的銑削加工涉及范圍更廣，其一是因?yàn)樗母咿D(zhuǎn)速主軸，再者是因?yàn)樗牡毒咧睆娇尚≈?.2 mm，所以它能夠精細(xì)地加工出各種圖案，再加上它的高效率、高精度，滿足多品種、小批量的自動化生產(chǎn)，為單件、小批生產(chǎn)的精密復(fù)雜零件提供了自動化加工手段［5］，由此它替代了手工雕刻。CNC數(shù)控機(jī)床已是集現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、液壓氣動技術(shù)和光電技術(shù)為一體的機(jī)械自動化設(shè)備［6］，本中心根據(jù)由CNC數(shù)控雕刻開設(shè)的雕銑常規(guī)實(shí)習(xí)教學(xué)和雕銑加強(qiáng)實(shí)習(xí)教學(xué)（浮雕制作）的反饋，學(xué)生對工程實(shí)踐課程充滿了熱情，充分調(diào)動了他們學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了他們設(shè)計(jì)的靈感，培養(yǎng)了他們創(chuàng)新實(shí)踐的能力，提高了他們工程素質(zhì)的水平。

［1］蔡安江，李明貴.工程實(shí)踐基礎(chǔ)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2003：1－5.

［2］張進(jìn)生，王志.機(jī)械工程實(shí)習(xí)教程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：1－3.

［3］周德儉.數(shù)控技術(shù)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001：34－36.

［4］張世昌，李旦，高航.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2001：169－170.

［5］劉書華.數(shù)控機(jī)床與編程［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：1－3.

［6］潘曉弘，陳培里.工程訓(xùn)練指導(dǎo)［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，2008：194－195.

CNC Engraving Applications in Engineering Practice Teaching

FU Yingjun
（Engineering Training Center of Zhejiang University，Hangzhou 310058，China）

In order to keep up with the pace of social development，the reform of engineering training experience in colleges and universities，from the traditionalmetalworking center to themodernization of engineering training center conversion，from conventional practice training to engineering practice teaching conversion，from ordinarymachine equipment to advanced computer numerical control（CNC）machine tools，CNCmachine tools are also gradually replace the ordinarymachine.In this paper，based on the engraving and milling strengthening training（relief production）of Zhejiang University engineering training center，according to the curriculum ar rangementand operation process of CNC engraving in engineering practice teaching，combined with the characteristics of CNC carving，the specific application of CNC carving in engineering practice teaching was elaborated.

reform in education；engineering practice；CNC；CNC engraving；relief

TP29

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.033

2015－11－02；修改日期：2017－04－21

傅穎?。?983－），女，本科，助理工程師，主要從事數(shù)控教學(xué)工作。