李敏芳

(江蘇省吳中中等專業(yè)學(xué)校，江蘇蘇州215104)

隨著社會的發(fā)展，人們的審美意識逐漸提高，對美的追求也日益豐富，并且生活水平提高也推動人們消費的多樣化。玉雕作為頗具深厚文化意蘊(yùn)的工藝品越來越受到人們的青睞，人們對玉器的市場需求越來越大，各種各樣的玉雕產(chǎn)品層出不窮，崇玉、愛玉、藏玉、制玉的傳統(tǒng)習(xí)俗興盛不衰。

1 研究背景

玉雕是以玉石為基材，雕刻出人物、山水、花卉和動物等圖像和生活場景的雕刻藝術(shù)品?！包S金有價玉無價”，玉雕件自古以來就享有盛譽(yù)。玉以其深厚的文化內(nèi)涵和精湛的工藝促使玉雕產(chǎn)品成為人們的收藏品和消費品。迄今玉雕生產(chǎn)仍舊處于借助簡單輔助工具手工雕刻而成的作坊式階段，存在過分依賴個人技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計和加工周期長、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品批量小、市場拓展能力弱等缺陷。且因勞動強(qiáng)度大、工況差等缺陷，致使近年來從事手工雕刻的人員特別是青年從業(yè)者急劇減少，導(dǎo)致關(guān)鍵技術(shù)無人繼承。傳統(tǒng)的手工雕刻無論從生產(chǎn)效率和精度上都難以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要，一定程度上阻礙著玉雕在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用廣度。

另一方面，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是計算機(jī)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)（CAD）、計算機(jī)輔助加工技術(shù)（CAM）、計算機(jī)數(shù)控技術(shù)（CNC）、高速銑削技術(shù)（HSM）廣泛應(yīng)用于各個制造業(yè)，使工業(yè)產(chǎn)品的形態(tài)豐富，產(chǎn)量增加，效益提高。

2 北京精雕JDPaint介紹

本文的軟件處理工作主要在北京精雕JDPaint軟件中完成，該軟件由北京精雕科技有限公司開發(fā)。北京精雕科技有限公司，是一家研制和生產(chǎn)小刀具雕刻機(jī)的專業(yè)廠家。公司在1994年成立，一直專注于小刀具精加工領(lǐng)域，目前在世界各地?fù)碛泻芏嗫蛻?。?jīng)過十多年的不懈努力，北京精雕已具備了自主研發(fā)和制造CNC雕刻機(jī)、CAD/CAM軟件、數(shù)控系統(tǒng)和高速電主軸的綜合能力，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的高新技術(shù)企業(yè)。目前，在同行業(yè)中，北京精雕處于領(lǐng)先地位。

JDPaint軟件是北京精雕CNC雕刻系統(tǒng)的基本組成部分，它是一套面向雕刻行業(yè)的CAD、CAM軟件，也是國內(nèi)較早的專業(yè)雕刻軟件。與國內(nèi)的其他雕刻軟件相比，JDPaint在曲面造型方面的功能有很大優(yōu)勢。在一些行業(yè)，特別是仿古木雕行業(yè)，該軟件的使用已經(jīng)比較廣泛。

圖1 JDPaint界面

3 數(shù)控技術(shù)在玉雕中應(yīng)用的實踐研究

本文以北京精雕的JDPaint雕刻軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)，由數(shù)控設(shè)備對玉坯進(jìn)行數(shù)控雕刻進(jìn)行了實踐研究。所使用的技術(shù)路線及主要工作流程如圖2所示。

圖2 玉雕數(shù)控雕刻流程圖

首先根據(jù)玉雕樣件的圖像（已有手工玉雕件的實樣照片），形成樣件的二維矢量輪廓，然后由二維矢量輪廓，生成玉雕的三維模型（即浮雕模型），由三維模型再生成相應(yīng)的刀具路徑和NC代碼，最后由雕刻機(jī)對實樣進(jìn)行數(shù)控雕刻加工。

圖3 玉雕樣件 圖4樣件圖像手工描圖圖5樣件浮雕模型視圖 圖6最終數(shù)控雕刻成品

3.1 玉雕樣件選擇

本文選擇了典型的花草類型玉雕樣件作為實踐研究對象，見圖3。值得注意的是，目前玉雕樣件僅限于浮雕類玉雕件。限于雕刻機(jī)器的加工能力，一些三維形狀復(fù)雜、鏤空的玉雕樣件在實踐中還未作嘗試。

3.2 樣件圖像矢量化處理

通過照片或者掃描的方式，把樣件原稿圖像輸入JDPaint軟件。由于這些圖像是以像素信息存儲的，所以首先需要將這些圖形信息轉(zhuǎn)化為真正的矢量圖形信息，以利于三維模型的建立。

一般情況下，把照片或者掃描圖片轉(zhuǎn)化成矢量圖有兩種方式：手工描圖或者圖像矢量化重建。手工描圖就是在軟件中直接繪制圖像輪廓，從而獲得矢量圖形。手工描圖過程也成為“手動抄圖錄入”，只要熟悉應(yīng)用CAD中的繪圖命令就可以實現(xiàn)手工描圖。而圖像矢量化重建是指運(yùn)用一些圖形學(xué)原理，經(jīng)過曲線擬合、邊界光滑、消除噪聲等一些手段，自動或半自動地把像素圖轉(zhuǎn)換為矢量圖。

本文在實踐中證明，目前矢量圖還不可能做到完全自動化，所以手工描圖這一方式在目前情況下是一種簡單有效的方法。圖4是樣件在精雕軟件中的輪廓曲線。

3.3 三維浮雕模型建模

玉雕浮雕建模，是指在浮雕的二維矢量輪廓圖案基礎(chǔ)上，建立浮雕的三維模型的過程。出現(xiàn)在實際生產(chǎn)中的玉雕都是具有復(fù)雜細(xì)節(jié)特征的立體模型，它們往往由若干個獨立的曲面片融合而成。

在JDPaint中，玉雕浮雕模型的建立主要是通過雕塑工具下的堆料/去料以及磨光效果處理來完成。而模型截面形狀又是通過“刷子”的概念來實現(xiàn)。所謂刷子，是指限定操作影響范圍的一個區(qū)域。

在矢量輪廓線的基礎(chǔ)上，在JDPaint中建立了樣件的三維浮雕模型。模型在軟件中的建立，實際上也就是不斷地變化模型的參數(shù)（改變刷子形狀），然后通過不斷地移動鼠標(biāo)來堆砌或者切除刷子所定義的形狀這樣一個過程。本文中樣件的最終三維效果見圖5。

3.4 加工刀具路徑生成

玉雕模型曲面多為不規(guī)則曲面，因此，玉雕加工的刀具路徑不能簡單地選用沿X軸平行或沿Y軸平行方式，需考慮加工件的工程實際來規(guī)劃不同的刀具路徑。

玉雕的素材多為山水、花卉、樹木等風(fēng)景圖案，二維輪廓線形式多樣復(fù)雜，致使玉雕加工中存在時而為大面積空白區(qū)域，時而狹窄甚至尖窄的區(qū)域。實際加工中一般多采用多次加工的方式。首先使用直徑較大的刀具，快速、大范圍地去除大部分材料，稱為粗加工；其次再使用直徑小的刀具，對粗加工中遺留下的區(qū)域，以及一些尖窄區(qū)域部分進(jìn)行再一次加工，也稱為精加工。有的時候，在粗加工和精加工之間，還會增加一道殘料補(bǔ)加工方式，或者進(jìn)行二次精加工處理，以達(dá)到精度和質(zhì)量要求。一般情況下，粗加工使用的刀具直徑大，精加工則使用直徑小的刀具。

行切法和環(huán)切法是目前雕刻加工中使用較廣的方式：環(huán)切法的刀具軌跡是沿邊界輪廓線，行切法的刀具軌跡是一條直線。通常，行切法會存在往返走刀現(xiàn)象，銑刀的旋轉(zhuǎn)方向與工件的進(jìn)給方向會交替出現(xiàn)一致與不一致（順銑和逆銑）；而環(huán)切法則能保持切削狀態(tài)。切削狀態(tài)會在一定程度上影響最終的加工質(zhì)量，但一般情況下，粗加工多采用行切法，而精加工和半精加工則多采用環(huán)切或者行切方法。

在JDPaint的刀具環(huán)境下，通過設(shè)定和選擇相應(yīng)的參數(shù)，系統(tǒng)可以自動生成粗加工和精加工所需的加工路徑。以荷花樣件為例，下面是一些刀具路徑粗加工和精加工的參數(shù)設(shè)置（圖6、圖7）。本文實踐中粗加工選擇環(huán)切走刀，精加工則使用45°平行截線走刀方式。

圖6 粗加工刀具路徑設(shè)置圖7精加工刀具路徑

根據(jù)刀具路徑設(shè)置，系統(tǒng)能夠自動計算出刀具軌跡并保存。圖顯示了荷花樣件的刀具軌跡，包含了一次粗加工，一次殘料補(bǔ)加工，和兩次精加工。精加工時使用的是45°平行截線走刀方式。圖8中四張圖從左至右分別為粗加工、殘料補(bǔ)加工和兩次精加工的軌跡路徑。

圖8 荷花樣件刀具軌跡路徑

3.5 刀具路徑文件的產(chǎn)生和輸出

刀具路徑生成后可以進(jìn)行保存。通過菜單刀具路徑->輸出刀具路徑，即可輸入路徑文件以供雕刻機(jī)直接使用。

圖9 加工路徑導(dǎo)出

下面是部分荷花樣件的NC代碼（由ENG轉(zhuǎn)換而來）。

圖10 部分NC加工程序

4 加工設(shè)備

實踐中，本文使用了兩臺雕刻設(shè)備，對玉雕樣件進(jìn)行加工，分別是北京精雕公司的精雕PMS_V08_A和常州金奇雕公司的JQD_40H。

圖11 加工設(shè)備

5 結(jié)語

把現(xiàn)代數(shù)控雕刻技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)玉雕工藝上，具有很好的行業(yè)前景和商業(yè)前景。以數(shù)控雕刻軟件JDPaint為平臺，通過在雕刻軟件中建立玉雕浮雕的三維模型，進(jìn)而生成可以用于數(shù)控雕刻機(jī)的加工文件，最后，由高精度數(shù)控雕刻機(jī)加工成成品。加工成品在精細(xì)度方面不亞于一個熟練玉雕工藝師的手工作品，并且在加工效率上有明顯的優(yōu)勢。

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