cad-cam软件在三门石窗加工中应用探究

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1、CAD/CAM软件在三门石窗加工中应用探究摘要：三门石窗是三门湾历史文化的鲜活身影，也是三门湾历史文化的一个缩影，其中蕴涵着三门人民高超的石雕技艺、丰富的艺术想象力和旺盛的艺术创造力，被浙江省列入第一批非物质文化遗产名录。本文依托产学研一体化办学模式，介绍了一种利用CAD/CAM软件结合数控加工技术,不仅研发了一套三门石窗批量化生产的现代制造工艺，而且传承了一项古老的非物质文化遗产。关键词：CAD/CAM；数控；产学研一体化；三门石窗中图分类号：G718文献标识码：B文章编号:1672-1578(2014)01-0287-01导言三门石窗文化三门石窗蕴涵着

2、三门人民高超的石雕技艺、丰富的艺术想象力和旺盛的艺术创造力，是三门人民追求美好生活、美好事物的愿望。三门石窗被称为三门湾传统文化的瑰宝，民间艺术的奇葩，载入《中国民间艺术大辞典》。三门石窗根据图案可以分为九大系列：几何纹、铜钱纹、一根藤纹、文字纹、八宝纹、龙凤纹、人物纹、动物纹、花草纹等。1.当前三门石窗加工现状三门石窗制作工艺经过长期的生产、生活实践积累，工艺日臻成熟，制作上具有极高的技术性和艺术性，但随着人们生活水准的不断提高，以及加工技术的日益更新，传统的石窗加工存在着以下问题：1.1制作工艺流程讲究。三门石窗制作可分采板、打磨、画样、上样、雕刻、镂

3、空、修光六道基本工序，每一道工序都需要熟练的技术师傅，否则容易报废。而现在这种石窗加工技艺的传承已经逐渐消失了，现在很少有人去学这种手工技艺；1.2生产制作周期较长。从采板开始，每一道工艺都是人工去完成，正所谓慢工出细活，一块完整的实用石窗加工最少需要5〜7天才能够完工，制作周期长，而且不能规模生产，效率较低；1.3图案线条有限制。传统的石窗图案内容丰富，但所有的线条都不能太复杂，直线没有问题，但弧线部分就比较难，因为手工雕刻控制不好线条的走向。三门石窗艺术已列入浙江省非物质文化遗产保护名录，并被浙江省文化厅推荐申报国家级非物质文化遗产保护名录。然而，近年

4、来三门石窗加工艺术却面临失传的危险。为了传承与发扬这一古老的明间艺术，我校通过产学研一体化办学模式、校企合作的生产方式，利用数控加工现代制造技术成功复活三门石窗艺术。1.基于CAD软件的三门石窗设计传统的三门石窗在雕刻加工之前，需手工描绘图案（即画样），然后拓印到石板上（即上样），然后再开始雕刻，由于手工描绘的线条不够光滑，为了保证石窗图案的美观，所以石窗图案的线条设计不能太复杂。而采用CAD技术，就可以很好解决图案的设计问题，以我校三门石窗设计CAD软件Inventor实体设计为例：2.1选择合适的图片，或是根据需要设计平面图案，导入到Inventor软

5、件中，并调整好图形尺寸、比例；2.2描绘图形。利用Inventor软件的二维草绘功能，描绘出石窗轮廓线条。在软件中，线条的形状是不受限制的;2.3生成三维实体模型。通过三维模型可以很好地显示出图案的实际效果，并对图案的细节进行检讨，例如轮廓的粗细、间距、图案的比例是否协调等等，然后根据检讨结果直接修改三维模型；2.4生成二维工程图。图案确认后，直接利用Inventor软件的工程图模块生成该图案的二维工程图，以便加工软件读取。3.基于CAM软件的三门石窗模拟加工与编程基于二维工程图文件，数控加工机床是无法识别的，还需要通过一款CAM软件（例如InteGNPS

6、数控编程软件），依据工程图文件生成数控系统识别的G代码。1.1导入工程图文件。将CAD软件生成的工程图导入到数控编程软件中，检查图案线条轮廓，确认哪些是内轮廓（需要镂空的部分），哪些是外轮廓，并定义坐标原点；3.2定义下刀点。在实际加工中就是刀具的起刀与退刀点，在定义下刀点的过程中，要充分考虑到石窗的结构，因为在下刀的过程中，也是石窗容易崩坏的时刻；3.3模拟加工。模拟数控机床刀具轨迹，检查是否有遗漏的轮廓部分，并及时修改；3.4生产G代码。轮廓模拟加工完成确认可以后，生成G代码并输出到指定位置。4.基于数控机床的三门石窗加工根据我们前期的调研，市场上能够

7、用于石窗加工的数控机床主要有：数控铳床、雕刻机、高压水射流设备等。利用数控铳床进行石窗加工时，由于石窗原材料的杂质比较多，硬度不均，利用铳刀进行加工时，而且走刀速度不能太快，铳刀容易磨损或崩刃，铳刀寿命短，加工效率不高。石材雕刻机在石材加工中应用较多，但通常用于浮雕（石材表面雕刻），而三门石窗作为窗户，首先要透光、通风，需要雕透,当石材厚度超过10mm以上时，加工效率就低，如果要加工厚度超过60mm以上的大型石窗时，雕刻机就无法实现了。高压磨料水射流切割，也称为水刀，是利用水射流技术和高速磨削技术发展起来的一项新技术。其原理是：将水加压至200〜400MP

8、a的压力，使水有了巨大的压力能，送至孔径很小的喷嘴中，这时加入磨料