摘要：利用數(shù)字控制技術(shù)，進(jìn)行模型設(shè)計(jì)與制作不僅需要設(shè)計(jì)人員、操作員，能利用合適的材料進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)、更需要能熟練掌握專業(yè)的三維工業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行繪圖并了解其工藝，正確繪制圖形，合理規(guī)劃工藝，制作出符合設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念的模型產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：數(shù)字控制；模型制作；雕刻

1 數(shù)字控制技術(shù)概述

數(shù)字控制技術(shù)也叫計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)，是采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計(jì)算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。采用計(jì)算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實(shí)現(xiàn)，均可通過計(jì)算機(jī)軟件來完成。它已發(fā)展成為對制造技術(shù)發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響的共性工程技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)在模型設(shè)計(jì)與制作行業(yè)的應(yīng)用，極大推動(dòng)了模型設(shè)計(jì)與制作行業(yè)的發(fā)展。在模型設(shè)計(jì)與制作過程中，CNC技術(shù)主要承擔(dān)了雕刻工作，在雕刻過程中需要計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD技術(shù)），計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAD技術(shù)），數(shù)控技術(shù)（NC技術(shù)）精密制造于一體。

2 模型制作方法

模型制作廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品展示、產(chǎn)品生產(chǎn)中。實(shí)物模型制作有多種方法，有油泥模型、快速成型模型、仿實(shí)物模型等。其中油泥模型精度不高，強(qiáng)度亦不高?？焖俪尚图夹g(shù)制造的模型需要有專門的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，設(shè)備成本高維護(hù)費(fèi)用昂貴，模型強(qiáng)度低，易斷裂，可加工性差，具有局限性；并且不能制作出復(fù)雜的裝配關(guān)系。仿實(shí)物模型造價(jià)昂貴。而數(shù)控加工制作的實(shí)物模型避免了上述缺點(diǎn)，具有精度高、強(qiáng)度大、裝配精確等優(yōu)點(diǎn)。

3 模型材料的選擇

采用不同的材料制作模型，其加工工藝各不相同。建筑模型采用材料種類繁多，主要有粘土、石膏、木材、紙質(zhì)、ABS板材、PVC等復(fù)合材料等。選擇怎樣的材料主要取決于用模型的類型和表現(xiàn)的風(fēng)格，不同的材料其加工工藝也各不相同，當(dāng)然表現(xiàn)效果也各有千秋。選擇材料時(shí)要考慮材料的厚度、色彩、表面質(zhì)地、肌理和加工工序和方法等。應(yīng)通過材料的特點(diǎn)來彰顯模型的藝術(shù)魅力。

粘土、石膏、鋸末、草粉等材料主要用于曲面造型。比如家具、地形、車輛、樹木等模型的制作。粘土和石膏也常用于概念性模型。

木材易于加工、便于造型、細(xì)節(jié)肌理細(xì)膩、適合深度加工、表現(xiàn)細(xì)節(jié)?？梢宰鳛榻ㄖ墓羌?、基礎(chǔ)地形，也可作為園林小品、建筑裝飾配件等，還可以作為規(guī)劃模型中的整個(gè)建筑實(shí)體。

用數(shù)控技術(shù)加工產(chǎn)品模型時(shí)，可以根據(jù)模型的加工難易程度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及外觀展示效果等進(jìn)行材料的選擇，選用金屬或塑料等材料。對于只為了展示效果或檢驗(yàn)安裝關(guān)系的模型一般選用工程塑料。

ABS工程塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性好、染色性，成型加工和機(jī)械加工較好，并且具有很好的粘結(jié)性能和塑催田。并且有多種厚度和寬度規(guī)格的成型板材。對于只以展示造型效果為目的的模型，無受力導(dǎo)致變形的問題，可采用常用ABS工程塑料。對于要達(dá)到透明效果的零件，需采用PMMA（亞克力）材料。

4 模型制作中的拆分與安裝

在模型制作中，由于模型尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因難以加工時(shí)，需要對模型的進(jìn)行拆分處理，在拆分與拼接的過程中，基本按以下原則進(jìn)行：1）保證拆分與拼裝后的強(qiáng)度符合要求；2）拆分后方便加工與拼接的原則；3）節(jié)省材料，減少切削時(shí)間原則；4）便于拼接時(shí)定位準(zhǔn)確，操作方便的原則。

5 模型設(shè)計(jì)與制作流程

由于現(xiàn)代模型制作工作量大，要求高，現(xiàn)在CNC技術(shù)將計(jì)算機(jī)自動(dòng)雕刻取代了手工雕刻。CNC技術(shù)是集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD技術(shù)）、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM技術(shù)）、數(shù)控技術(shù)（NC技術(shù)）、精密制造技術(shù)于一體。其制作流程如下：

（1）根據(jù)模型的外形，復(fù)雜程度，對模型進(jìn)行分析，制定加工方案，根據(jù)圖紙和具體加工要求，確定加工尺寸、加工深度、加工圖形形狀。形成設(shè)計(jì)草稿。

（2）從設(shè)計(jì)到加工的環(huán)節(jié)，必須用準(zhǔn)確的三維數(shù)字模型進(jìn)行傳遞，只有設(shè)計(jì)師自己提供或認(rèn)可的計(jì)算機(jī)三維造型模型，才能準(zhǔn)確使設(shè)計(jì)草圖真正得以實(shí)現(xiàn)。繪制、編輯加工數(shù)據(jù)圖形及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理。CNC雕刻機(jī)是由計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的，如何將設(shè)計(jì)思路，按加工要求，繪制出準(zhǔn)確的尺寸、形狀、位置關(guān)系的數(shù)據(jù)圖形，從而生成雕刻機(jī)的工作控制指令比如精雕機(jī)就需要操作人員能熟練掌握J(rèn)DPaint中的各種命令，根據(jù)設(shè)計(jì)思路，繪制出加工圖形數(shù)據(jù)，并由雕刻機(jī)生成刀具路徑，刀具路徑的計(jì)算是由雕刻軟件完成的，刀具路徑的計(jì)算依據(jù)是加工圖形數(shù)據(jù)和操作員的工藝規(guī)劃共同決定的，雕刻軟件按操作員規(guī)劃的工藝和雕刻設(shè)計(jì)圖進(jìn)行刀具路徑計(jì)算的。因此，要準(zhǔn)確完成加工，需要操作員不僅要熟練掌握繪圖命令還要能理解CNC加工工藝方法。

（3）數(shù)控加工：采用CNC技術(shù)加工是自動(dòng)化的，只需要開始前，正確選擇好刀具、裝卸刀具、對加工材料進(jìn)行合適的裝卡，設(shè)定切削參數(shù)，可由雕刻機(jī)自動(dòng)完成雕刻工作。

（4）表面處理與粘帖：為了使表面光滑平整，需要進(jìn)行打磨處理，先用較粗砂紙打磨，而后用較細(xì)砂紙打磨。對有較高要求的可進(jìn)行噴灰處理，用來檢查打磨后表面光潔程度。最后用膠水進(jìn)行粘帖、拼接，膠水分為快干、慢干兩種?？旄煽梢栽?內(nèi)進(jìn)行快速粘帖，慢干可以使工件有充分的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。牙粉和膠水混合可以填補(bǔ)拼接的縫隙，使表面平整，為了使慢干膠水迅速固化可采用丙酮。

6 結(jié)語

利用CNC技術(shù)進(jìn)行雕刻拼接制作模型是目前先進(jìn)的模型設(shè)計(jì)與制作技術(shù)，它不僅需要設(shè)計(jì)人員、操作員，能利用合適的材料進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)、更需要能熟練掌握專業(yè)的三維工業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行繪圖并了解其工藝，正確繪制圖形，合理規(guī)劃工藝，制作出符合設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念的模型產(chǎn)品。

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作者簡介：管學(xué)理，教授，現(xiàn)供職與湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，曾主持湖北省教育廳教育科學(xué)規(guī)劃課題《行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法在模型設(shè)計(jì)與制作課程中應(yīng)用研究》，公開發(fā)表論文二十余篇。