摘要：利用数字控制技术，进行模型设计与制作不仅需要设计人员、操作员，能利用合适的材料进行创意设计、更需要能熟练掌握专业的三维工业设计软件进行绘图并了解其工艺，正确绘制图形，合理规划工艺，制作出符合设计师设计理念的模型产品。
关键词：数字控制；模型制作；雕刻
1 数字控制技术概述
数字控制技术也叫计算机数控技术，是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。它已发展成为对制造技术发展有着深远影响的共性工程技术。随着计算机技术、信息技术、自动化技术在模型设计与制作行业的应用，极大推动了模型设计与制作行业的发展。在模型设计与制作过程中，CNC技术主要承担了雕刻工作，在雕刻过程中需要计算机辅助设计技术（CAD技术），计算机辅助制造技术（CAD技术），数控技术（NC技术）精密制造于一体。
2 模型制作方法
模型制作广泛应用在产品展示、产品生产中。实物模型制作有多种方法，有油泥模型、快速成型模型、仿实物模型等。其中油泥模型精度不高，强度亦不高。快速成型技术制造的模型需要有专门的实验室环境，设备成本高维护费用昂贵，模型强度低，易断裂，可加工性差，具有局限性；并且不能制作出复杂的装配关系。仿实物模型造价昂贵。而数控加工制作的实物模型避免了上述缺点，具有精度高、强度大、装配精确等优点。
3 模型材料的选择
采用不同的材料制作模型，其加工工艺各不相同。建筑模型采用材料种类繁多，主要有粘土、石膏、木材、纸质、ABS板材、PVC等复合材料等。选择怎样的材料主要取决于用模型的类型和表现的风格，不同的材料其加工工艺也各不相同，当然表现效果也各有千秋。选择材料时要考虑材料的厚度、色彩、表面质地、肌理和加工工序和方法等。应通过材料的特点来彰显模型的艺术魅力。
粘土、石膏、锯末、草粉等材料主要用于曲面造型。比如家具、地形、车辆、树木等模型的制作。粘土和石膏也常用于概念性模型。
木材易于加工、便于造型、细节肌理细腻、适合深度加工、表现细节。可以作为建筑的骨架、基础地形，也可作为园林小品、建筑装饰配件等，还可以作为规划模型中的整个建筑实体。
用数控技术加工产品模型时，可以根据模型的加工难易程度、结构强度及外观展示效果等进行材料的选择，选用金属或塑料等材料。对于只为了展示效果或检验安装关系的模型一般选用工程塑料。
ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、染色性，成型加工和机械加工较好，并且具有很好的粘结性能和塑催田。并且有多种厚度和宽度规格的成型板材。对于只以展示造型效果为目的的模型，无受力导致变形的问题，可采用常用ABS工程塑料。对于要达到透明效果的零件，需采用PMMA（亚克力）材料。
4 模型制作中的拆分与安装
在模型制作中，由于模型尺寸较大，结构复杂等原因难以加工时，需要对模型的进行拆分处理，在拆分与拼接的过程中，基本按以下原则进行：1）保证拆分与拼装后的强度符合要求；2）拆分后方便加工与拼接的原则；3）节省材料，减少切削时间原则；4）便于拼接时定位准确，操作方便的原则。
5 模型设计与制作流程
由于现代模型制作工作量大，要求高，现在CNC技术将计算机自动雕刻取代了手工雕刻。CNC技术是集计算机辅助设计技术（CAD技术）、计算机辅助制造技术（CAM技术）、数控技术（NC技术）、精密制造技术于一体。其制作流程如下：
（1）根据模型的外形，复杂程度，对模型进行分析，制定加工方案，根据图纸和具体加工要求，确定加工尺寸、加工深度、加工图形形状。形成设计草稿。
（2）从设计到加工的环节，必须用准确的三维数字模型进行传递，只有设计师自己提供或认可的计算机三维造型模型，才能准确使设计草图真正得以实现。绘制、编辑加工数据图形及数据转换处理。CNC雕刻机是由计算机控制实现的，如何将设计思路，按加工要求，绘制出准确的尺寸、形状、位置关系的数据图形，从而生成雕刻机的工作控制指令比如精雕机就需要操作人员能熟练掌握JDPaint中的各种命令，根据设计思路，绘制出加工图形数据，并由雕刻机生成刀具路径，刀具路径的计算是由雕刻软件完成的，刀具路径的计算依据是加工图形数据和操作员的工艺规划共同决定的，雕刻软件按操作员规划的工艺和雕刻设计图进行刀具路径计算的。因此，要准确完成加工，需要操作员不仅要熟练掌握绘图命令还要能理解CNC加工工艺方法。
（3）数控加工：采用CNC技术加工是自动化的，只需要开始前，正确选择好刀具、装卸刀具、对加工材料进行合适的装卡，设定切削参数，可由雕刻机自动完成雕刻工作。
（4）表面处理与粘帖：为了使表面光滑平整，需要进行打磨处理，先用较粗砂纸打磨，而后用较细砂纸打磨。对有较高要求的可进行喷灰处理，用来检查打磨后表面光洁程度。最后用胶水进行粘帖、拼接，胶水分为快干、慢干两种。快干可以在3内进行快速粘帖，慢干可以使工件有充分的时间进行调整。牙粉和胶水混合可以填补拼接的缝隙，使表面平整，为了使慢干胶水迅速固化可采用丙酮。
6 结语
利用CNC技术进行雕刻拼接制作模型是目前先进的模型设计与制作技术，它不仅需要设计人员、操作员，能利用合适的材料进行创意设计、更需要能熟练掌握专业的三维工业设计软件进行绘图并了解其工艺，正确绘制图形，合理规划工艺，制作出符合设计师设计理念的模型产品。
参考文献：
[1] 郎世奇.建筑模型设计与制作[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[2] 陈胜，章海，李静敏.雕刻机在CAM实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2009，28（04）：6567.
作者简介：管学理，教授，现供职与湖北交通职业技术学院，曾主持湖北省教育厅教育科学规划课题《行动导向教学法在模型设计与制作课程中应用研究》，公开发表论文二十余篇。