第二章第一節(jié) 數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理

1、第二章 第一節(jié) 電子教案課 題第二章 第一節(jié) 數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理授課班級(jí)授課時(shí)間課時(shí)2課時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)了解數(shù)字化玉雕技術(shù)的概念；掌握數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理能力目標(biāo)使學(xué)生養(yǎng)成理解知識(shí)、掌握知識(shí)的能力。德育目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，促使其樹立自信心。教材分析重 點(diǎn)了解數(shù)字化玉雕技術(shù)的概念；掌握數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理難 點(diǎn)掌握數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理關(guān) 鍵數(shù)字化玉雕技術(shù)的概念、數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理教學(xué)方法教法分析講授法、案例分析法學(xué)法分析小組學(xué)習(xí)法教 具多媒體 教學(xué)過程教學(xué)分析教學(xué)內(nèi)容教師調(diào)控學(xué)生活動(dòng)板書設(shè)計(jì)板書設(shè)計(jì)緊扣本課教學(xué)重點(diǎn)，突出課程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與主旨，幫助學(xué)生掌握知識(shí)、理解知識(shí)。

2、板書設(shè)計(jì)第二章 數(shù)字玉雕技術(shù)的基本工藝第一節(jié) 數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理數(shù)字化玉雕技術(shù)的概念數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理板書設(shè)計(jì)課前思考教學(xué)過程教學(xué)分析教學(xué)內(nèi)容教師調(diào)控學(xué)生活動(dòng)導(dǎo)入新課教師引入本課導(dǎo)語，學(xué)生在討論中思考相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是CNC技術(shù)的發(fā)展，近年來數(shù)字化玉雕機(jī)應(yīng)用日益普遍。數(shù)字化玉雕機(jī)雕刻精細(xì)產(chǎn)品的效率高，可以進(jìn)行產(chǎn)品曲面、復(fù)雜花紋雕刻，并具有與計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的接口，這些優(yōu)點(diǎn)使得它在復(fù)雜圖飾、三維浮雕雕刻、圓雕等方面取得了廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字化玉雕中，既要保證其尺寸精度，又必須滿足其圖案復(fù)雜的外形要求，因此數(shù)字化玉雕加工工藝和控制技術(shù)與普通數(shù)控差異較大，必須使用高速小刀具進(jìn)

3、行精雕細(xì)刻，并采用高速銑削技術(shù)(HSM)和CNC雕刻獨(dú)有的等量切削技術(shù)。雕刻時(shí)，刀具以很高的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)并保持較高的旋轉(zhuǎn)精度，從而減少了振動(dòng)和跳動(dòng)斷刀。CAD/CAM軟件是數(shù)字化玉雕的核心，雕刻CAD/CAM軟件應(yīng)具有強(qiáng)大的圖形、圖像設(shè)計(jì)編輯和造型設(shè)計(jì)功能，能夠按區(qū)域雕刻或輪廓雕刻自動(dòng)生成加工路徑，輸出相應(yīng)的G代碼，指揮數(shù)字化玉雕機(jī)進(jìn)行各種加工。如有些CNC雕刻機(jī)的軟件在掃描儀上將平面圖輸入后，根據(jù)圖像的顏色或灰度能自動(dòng)生成雕刻深度、曲面特性和刀具軌跡，或者直接對(duì)數(shù)碼相機(jī)的實(shí)物圖片進(jìn)行預(yù)處理，加工出凸凹的浮雕圖案。CAM能進(jìn)行雕刻加工仿真，也就是刀具路徑模擬，可以模擬實(shí)際的加工環(huán)境和刀具運(yùn)動(dòng)路線。

4、本章從數(shù)字化玉雕技術(shù)原理、數(shù)字化玉雕的基本工藝兩方面具體論述數(shù)字化玉雕的概念、技術(shù)原理、工藝流程等內(nèi)容。教師啟發(fā)，學(xué)生認(rèn)真思考問題，積極回答新 授使學(xué)生的注意力跟著老師共同進(jìn)入課堂要求學(xué)生在教師的講解中了解數(shù)字化玉雕技術(shù)的概念；掌握數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理一、數(shù)字化玉雕技術(shù)的概念基于圖形圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字化玉雕加工技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來的一種新的雕刻技術(shù)，它用于玉雕表面文字、圖案的雕刻等方面，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)的高度融合。數(shù)字化玉雕通過計(jì)算機(jī)將玉雕圖案以數(shù)字的形式生成二維圖、三維圖等內(nèi)部描述，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示

5、出具有真實(shí)感的圖形，再通過導(dǎo)入CAM軟件，生成程序，由雕刻機(jī)按此執(zhí)行命令，完成淺浮雕、高浮雕及小部分的圓雕、鏤空雕工藝，制造出玉雕產(chǎn)品。二、數(shù)字化玉雕技術(shù)的原理數(shù)字化玉雕的主體就是雕刻機(jī)，它是一種由程序控制的自動(dòng)化機(jī)床，它所依賴的是一種由數(shù)字化信號(hào)對(duì)其設(shè)備運(yùn)行及加工過程實(shí)行掌控調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制技術(shù)。數(shù)字化玉雕技術(shù)的基本原理是：將數(shù)控設(shè)備末端執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)(或多個(gè)末端執(zhí)行部件的合成運(yùn)動(dòng))納入到適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系中，將所要求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解成各坐標(biāo)軸的簡(jiǎn)單直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并用一個(gè)滿足精度要求的基本長(zhǎng)度單位(Basic Length Unit，BLU)對(duì)各坐標(biāo)軸進(jìn)行離散化，由電子控制裝置(即數(shù)控裝置)按數(shù)

6、控程序規(guī)定的運(yùn)動(dòng)控制規(guī)律產(chǎn)生與基本長(zhǎng)度單位對(duì)應(yīng)的數(shù)字指令脈沖，對(duì)各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，并通過伺服執(zhí)行元件加以驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)所要求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。數(shù)控技術(shù)的核心是插補(bǔ)與驅(qū)動(dòng)。早期數(shù)控功能是采用硬件數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的，而現(xiàn)代數(shù)控功能均采用微型計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，因此現(xiàn)代數(shù)控功能又被稱為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，簡(jiǎn)稱計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)。計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)屬先進(jìn)制造技術(shù)，是現(xiàn)代制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的基礎(chǔ)，也是計(jì)算機(jī)集成制造(Computer Integrated manufacturing，CIM)、智能制造(Intelligent Manufacturing，IM)、敏捷制造(Agile manufacturing，AM)、

7、虛擬制造(Virtual manufacturing，VM)等先進(jìn)制造技術(shù)或生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)電產(chǎn)品或設(shè)備的控制，如各種數(shù)控機(jī)床(CNC Machine tools)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Coordinate measuring machines，CMM)、工業(yè)機(jī)器人(Industrial Robots，IR)、繪圖機(jī)(Drawing Machines)、激光快速成型機(jī)(Rapid Prototyping Machine，RPM)等均采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制。（一）數(shù)控裝置工作原理數(shù)控裝置是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)閱讀輸入載體上預(yù)先給定的數(shù)字值，對(duì)其進(jìn)行譯碼、運(yùn)算，并據(jù)此控制刀具

8、與玉雕件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需要的玉雕件。圖2.1.1 數(shù)控裝置工作原理圖（二）數(shù)控裝置的插補(bǔ)原理從自動(dòng)控制的角度來看，數(shù)控系統(tǒng)是一種軌跡控制系統(tǒng)，其本質(zhì)是以多個(gè)執(zhí)行部件(各運(yùn)動(dòng)軸)的位移量為控制對(duì)象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。插補(bǔ)的基本概念：當(dāng)走刀軌跡為直線或圓弧時(shí)，數(shù)控裝置在線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化，求出一系列中問點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后按中間的坐標(biāo)值，向各坐標(biāo)輸出脈沖數(shù)，保證加工出需要的直線或圓弧輪廓，數(shù)控裝置進(jìn)行的這種數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化被稱作插補(bǔ)，一般數(shù)控裝置都具有對(duì)基本函數(shù)(如直線函數(shù)和圓函數(shù))進(jìn)行插補(bǔ)的功能。（三）刀具半徑補(bǔ)償在數(shù)字

9、化玉雕機(jī)上進(jìn)行玉雕件輪廓的銑削加工時(shí)，由于刀具半徑的存在，刀具中心軌跡和玉雕件輪廓不重合。當(dāng)數(shù)字化玉雕機(jī)具備刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí)，編程人員只需根據(jù)玉雕件輪廓編程，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出刀具中心軌跡，加工出所需要的玉雕件輪廓。1什么是刀具半徑補(bǔ)償這種根據(jù)按玉雕件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置參數(shù)，使數(shù)控裝置能實(shí)時(shí)自動(dòng)生成刀具中心軌跡的功能稱為刀具半徑補(bǔ)償功能。圖2.1.2 刀具半徑補(bǔ)償原理圖2刀具半徑補(bǔ)償功能的主要用途在玉雕件加工過程中，采用刀具半徑補(bǔ)償功能，可極大地簡(jiǎn)化編程的工作量，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑變化時(shí)，不必重新編程，只需修改相應(yīng)的偏置參數(shù)即可；輪廓加工往往不是一道工序能完成的，因此在粗加工時(shí)要為精加工工序預(yù)留加工余量。3刀具半徑補(bǔ)償?shù)某Ｓ梅椒?1)B刀補(bǔ)。這種方法的特點(diǎn)是刀具中心軌跡的段間連接都是以圓弧進(jìn)行的。(2)C刀補(bǔ)。這種方法的特點(diǎn)是相鄰兩段輪廓的刀具中心軌跡之間用直線進(jìn)行連接，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)玉雕件輪廓的編程軌跡和刀具偏置量直接算出刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)接交點(diǎn)C點(diǎn)和C點(diǎn)(圖2.l.2)，然后再對(duì)刀具中心軌跡作伸長(zhǎng)或縮短的修正。4刀具半徑補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟淼毒甙霃窖a(bǔ)償執(zhí)行的過程一般可分為