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数控雕刻技术在现代茶艺 家具设计与制造中的应用探讨
类别:工艺技术 | 录入者:fid | 发布时间:2016-12-26 [3125]

■吴海波 Wu Haibo

(广西机电职业技术学院艺术设计系,广西南宁 530007)

摘 要:加工制造技术的发展不仅可以提高生产效率,还能够推动设计思维和设计方法的革新。自动化与智能化已经成为家具行业未来发展的趋势,随着计算机辅助设计和计算机辅助制造技术的深入推广,最终将改变传统家具行业设计与制造的观念和方法。茶案是当代居室的重要家具类型,既是完成茶艺活动的物质载体,又反映了茶道文化的精神内涵。文章主要从数控雕刻技术发展概况入手,并以笔者部分茶案作品为例,从基本原则和具体方法两方面探讨数控雕刻技术在现代茶艺家具设计与制造中的应用。

关键词:数控雕刻 ;茶艺家具 ;设计制造

Abstract: The development of manufacturing technology not only can improve the production efficiency, but also can promote the design thinking and design methods innovation. Automation and intelligence has become the future development trend of the furniture industry, with further promotion of aided manufacturing technology of computer aided design and computer, it will change the traditional concept and method of furniture design and manufacturing industry. Tea is an important type of contemporary bedroom furniture, the material carrier is the completion of tea activities, but also reflects the spirit of the tea culture connotation. The article mainly from the current situation of CNC engraving technology development starts with the author of some tea case works as an example, to explore the application of CNC technology in the design and manufacture of modern art in furniture from the two aspects of basic principles and the specific method.

Key words: CNC engraving; Tea ceremony furniture; Design and manufacture  


       市场经济的快速发展促进了加工制造技术的不断进步,从古老的手工制作到传统的机器加工再到现代的智能制造,科学技术的历次革命必然带动产品设计观念的转变。采用创新型软件、自动化技术不仅可以缩短产品上市时间,还能提高生产效率和品质。好的产品不仅需要巧妙的设计创意,还需要先进的制造工艺。设计师只有对文化、市场、功能、材料、设备和工艺进行全方位的把握,才能创作出优秀的设计[1]


1 数控雕刻技术在国内外家具行业的发展概况

       数控雕刻技术突破了传统徒手绘图和手工制造,是一种基于计算机辅助设计和计算机辅助制造的自动化、智能化新型生产方式, 最早诞生于20世纪50年代的美国,主要应用于军工产业,后来德国和意大利率先将该技术运用于家具领域,从而实现了欧洲家具制造业的跨越式发展。近年来,随着中国家具产业的转型升级,国内大、中型家具企业开始规模采购数控设备,并逐步取代以人工为基础的传统机器。

1.1 数控雕刻机床的基本类型

       数控雕刻设备按照功能划分通常有数控加工中心、激光雕刻机床、等离子雕刻机、平面雕刻机床和立体雕刻机床等五种类型,雕刻材料一般为木材、石材、金属和塑料等。

       数控加工中心是由机械设备与数控系统组成的高效率自动化综合机床,适用于加工复杂的零件;激光雕刻机床是利用高功率、高密度的激光束使材料发生气化,既能在材料表面进行雕刻又能深入到材料内部进行雕刻;等离子雕刻机是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化,并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法,适用于各种碳钢、不锈钢以及有色金属板材的精密切割;平面雕刻机床有三个进给轴,它能完成家具表面雕刻中常见的线雕、镂雕及浮雕;立体雕刻机床有四轴、五轴和六轴之分,它可以完成二维平面造型、曲面造型以及不规格三维立体造型的加工[2]

1.2 数控雕刻技术在国外家具业的发展

       五轴联动是数控雕刻领域的高端技术, 主要掌握在德国、意大利、美国和日本等工业化发达的国家手中。德国是将数控雕刻技术运用于现代家具制造业最早的国家之一,由此推动了欧洲家具制造向自动化方向的转变。意大利的不少品牌多年专注于实木座椅加工设备的制造,已成为木制座椅零件五轴数控加工中心的专业制造商。

1.3 数控雕刻技术在国内家具业的发展

       数控雕刻技术在我国家具行业起步较晚,最初主要集中于大型家具企业,设备也主要依靠进口。随着中国经济的持续增长、家具市场的日趋繁荣以及本土数控装备制造业的长足发展,众多中小型家具企业也开始大量采购数控雕刻机,并将其大量运用于传统实木家具构件的精细加工[3]

       国内家具企业除了引进欧美和日本等国数控机械外,也加快了自主研发的步伐。台湾在20世纪90年代中期开发出自主知识产权的五轴数控加工中心,并成功进入美国市场。广东也在90年代末成功研制五轴数控加工中心, 对打破国际技术垄断有着积极的意义。另外, 国产数控雕刻技术在软件开发上也取得了巨大成就,目前国内数控雕刻机床普遍配套国产精雕软件绘制各类设计图纸。


2 数控雕刻技术在现代茶艺家具设计与制造中的应用

2.1 数控雕刻技术应用的基本原则

2.1.1 功能第一,机器第二

       设计是一项系统工程,既要考虑产品功能,又要适应制造工艺,不能为了满足加工的便利而舍弃产品的实用功能,确实做到设计方法和工艺流程上的科学。

2.1.2 各尽其能,合理应用

       在做设计方案的时候,要充分了解各类数控雕刻机的性能和参数,掌握不同机型的优势和局限,做到趋利避害、优势互补,充分发挥每种雕刻机擅长的加工方式。

2.1.3 各取所长、人机结合

       数控雕刻机的优势在于标准化、自动化和批量化等特点,从而提高效率、降低成本。但是即便是五轴或六轴数控雕刻机,也无法替代雕刻师灵巧的双手。在实际生产中需要充分发挥手工的后期修整,弥补机器加工的不足。

2.1.4 传统现代、风格多元

       数控雕刻机作为一种现代化制造工具, 不能单纯停留在传统手工雕刻的复制层面, 在作品的造型风格上需要做到传统与现代并举,以适应日趋多元化的消费市场。

2.2 数控雕刻技术应用的具体方法

       数控雕刻机在硬件和软件的基本操作上相对比较容易掌握,其难点在于根据具体的设计项目巧用不同的加工方式。因此,设计师不仅需要熟练掌握数控雕刻机的基本性能和操作方法,还需要具备一定的艺术、美学等理论知识。要实现数控雕刻机的强大造型功能, 创造既具有良好实用功能又富有艺术审美内涵的精品佳作,关键在于设计师的观念和方法,即在充分了解各类数控雕刻机的相关性能后,结合用户需求综合制定合适的设计与制造方案[4]

       根据笔者多年的设计实践,一款茶案的创作大致分为以下六个阶段:

2.2.1 创意构思

      作品的创意构思有两层含义:一是作品的立意,是决定其设计品位高低的关键所在, 是创作的灵魂;二是作品的施工,是决定设计能否顺利实现的核心,是创作的保障。任何优秀的设计都要经过绝妙的构思,包括设计的造型、结构、材质、色彩、工艺等方面,只有各种因素最终达到协调后才能上线量产。铁艺茶案“壶门福案”(图1)虽然取材于云纹、蝠纹传统图案和壶门传统造型,但是并未食古不化,而是将其改造成既符合现代茶艺功能又具有古典审美意境的新型茶案,并在设计方法上遵循了金属板材和激光雕刻机等设备的加工特性,采用平面展开图的设计形式,结构简单、加工方便。铁艺家具“秦风汉韵”(图2)在外观造型和起居方式上取材于秦汉家具,但是摒弃了复杂的装饰纹样,力求轮廓简洁明朗,在使用功能和加工方法上更加适合现代特点。另外还在盘腿坐姿的基础上附加了靠背和软垫,增强了入座时的舒适性。


■图1 壶门福案


■图2 秦风汉韵

       木艺茶案“若水”(图3)在立意上取材于涟漪的抽象轮廓,并按照构成的方式以大小各异的几何圆形组合成具有实用功能的基座,可用来放置茶壶、茶杯等茶器。“涟漪” 既是碗中茶,又是湖中水。整个设计营造了一种“亭下茶香沁心脾,雨打湖面起涟漪”的诗境,带给人们源源不断、绵远不绝的美好意头。“若水”茶案不仅具有东方古老的意象感,还具备西方现代的机械感。木艺茶案“乾坤”(图4)在立意上取材于考古发掘中帝王陵寝,造型简洁大气,内涵意味深长,有种“旧时帝王葬于土,育得春茶满乾坤”的豪气。这两款木艺茶案在造型上运用圆和方的抽象图形,立意上汲取东方传统审美哲学,加工上采用平面数控雕刻,将功能、美学与机器很好的融为一体,并且造价低廉,设计附加值极高, 具有良好的市场前景和商业价值,非常适合大规模定制生产模式[5]


■图3 若水


■图4 乾坤

2.2.2 手绘草图

       草图是实现作品创意构思最便捷的方法,通常以手绘的方式表现。即将头脑中的意念想法用视觉图形的方式呈现在纸上(或者数字屏幕上),供设计师本人以及客户参考。手绘草图通常有两种形式:传统手绘表现和数字手绘表现。传统手绘表现主要运用各种画笔、颜料和纸张,以绘画的形式表现作品创作思路,具有艺术性和收藏性特点。数字手绘表现主要运用压敏笔、数位板和手绘屏,画面效果上和传统手绘没有明显的差异。由于数字手绘表现无需笔墨纸张,因此要比传统手绘表现更加方便快捷。设计师可以根据个人喜好和经济状况来选择合适的表现方式,但是不论选择何种方式,造型原理和技巧都是相同的。

2.2.3 电脑设计

       电脑设计即计算机辅助设计(CAD),通过设计软件将最终确定的手绘草图重新完善细节,并绘制成为机器可以识别的结构工艺图纸,包括总装图、大样图、立体图等。不同的设计造型需要综合不同的设计方法,数控雕刻机可以识别二维和三维文件格式,常用的设计软件有AutoCAD、CorelDraw Photoshop、3ds max、Pro/E等,雕刻软件有Art CAM和JD paint。以“若水”茶案为例(图5),首先根据创意草图利用CorelDraw绘制出茶案的具体造型结构(有的情况下还需要在三维软件中绘制立体效果图),并合理规划整体与局部的功能尺寸;其次利用CorelDraw的渐变工具完成灰度层次,然后导出为BMP灰度模式的位图文件;最后利用JD paint完成平面图到立体图的转换,并制作和输出数控雕刻机可以识别的刀具运行路径。不同设计造型需要设置相应的雕刻模式,对于复杂的结构还需要综合运用多种雕刻模式分步完成。


■图5 若水茶案设计图纸和成品效果对比

2.2.4 上机雕刻

       在完成电脑设计文件后,接下来只需要按照数控雕刻机基本的操作规程进行作品的加工制造(图6)。上机雕刻主要有以下九大步骤:

       ①开机:打开机床和电脑电源,利用NC控制程序将主轴移动到适合装刀和上料的位置;②装刀:根据工件的尺寸规格选择直径合适的锥度尖刀安装到机床主轴上,通常小型工件的刀具直径为3mm,大型工件的刀具直径为6mm;③上料:将准备好的工件放置在机床的工作位置,并用夹具固定;④对刀:在工件上确定程序原点在机床坐标系中的位置;⑤装载:将制作好的加工数据装载到NC控制界面中,完成模拟运行,并检查加工程序是否正常;⑥雕刻:将主轴调整到合适的速率,待主轴转速均衡之后即可开始雕刻作业;⑦切割:待雕刻作业完成之后,将主轴上的锥度尖刀更换为平底铣刀(如果是具备自动换刀功能的数控加工中心,此步骤可以省略),装载加工数据完成工件的轮廓切割作业;⑧取件:待切割作业完成之后,将主轴移动至合适的高度并取下加工完成的工件;⑨关机:关闭机床及电脑电源,整理并清扫机床台面的粉尘。


■图6 若水茶案雕刻过程

2.2.5 后期加工

       数控雕刻机只能完成设计的基本雏形,要实现产品的使用功能还需要根据不同的材料完成各种后续工作。激光雕刻机加工的金属材料,需要经过折弯、焊接、抛光等工序;平面雕刻机加工的木质材料,需要经过人工的修整及打磨,完善机器加工的死角。

2.2.6 表面涂装

       前期雕刻和后期加工只是完成了产品的实体,而表面涂装通常是一件产品的最后润色阶段。金属茶案通常采用烤漆和电镀两种工艺,达到防锈和易洁的目的;实木茶案通常采用天然木蜡油涂于表面,既能起到防水的作用又能保证木质的本色和纹理[6]

3 结语

       手工雕刻是一项极为繁重的体力劳动,传统雕刻师在设计完稿之后通常需要将大量的时间和精力耗费在后期的制作上,批量生产对于手工雕刻来讲无疑是天方夜谭。正是由于手工雕刻的诸多局限导致其生产周期漫长、产品数量稀少、造价成本高昂,逐渐沦为少数富豪阶层的奢侈品。数控雕刻技术不仅解放了设计师的双手,让其拥有更多间思考设计方案,还实现了大规模定制生产,为多数普通大众享受精细雕刻艺术创造了条件。另外,在普遍使用机雕的大背景下,也要合理发挥手雕在产品后期加工中的积极意义,做到人机相长、优势互补。

       由于国内市场环境和传统观念等因素的影响,数控雕刻技术主要应用在仿古实木家具装饰领域,多为中国明清、欧美古典高仿家具的图文雕刻,在风格上比较单一,创新型的设计非常欠缺。目前市面上销售的茶艺家具基本上以传统题材为主,并且多为手工雕刻,款式千遍一律;即使采用机器雕刻的,其造型和纹饰也多为古典样式,未能很好地发挥数控雕刻机强大的功能。如果仅限于将传统造型纹饰简单的由手工雕刻转化为机器雕刻,从某种意义上失去了数控雕刻技术的现代化内涵。数控雕刻作为一种新型制造工艺,必须以市场和时代接轨,综合运用不同机型的优势,并把每款机型的功能发挥到极致,设计制造出符合各种消费需求的材料各异、形式多元的家具产品。

(责任编辑:贺 辉)

参考文献:

[1]苗艳凤,陈玉龙.茶室茶家具设计研究[J].家具与室内装饰,2011,(08):76-77.

[2]马岩.我国数控木工机械的发展现状及自动化技术的研发方向[J]. 林业机械与木工设备,2012,(01):4-9.

[3]刘培义.数控雕刻技术在家具生产中的应用[J].林产工业,2012,(01):48-50.

[4]黄启邦.数控雕刻技术在家具行业中的应用[J].电子世界,2014,(13):194.

[5]门宇雯,范雪,张帆.家庭茶空间的茶家具功能设计[J].家具与室内装饰,2016,(04):42-45.

[6]肖德荣.禅茶家具的设计理念探讨[J].家具与室内装饰,2016,(10):76-78.

作者简介:吴海波(1980-),男,艺术硕士,高级工艺美术师,研究方向:家具设计艺术与制造技术,E-mail:wuhaibo2004@126.com

引文格式:吴海波.数控雕刻技术在现代茶艺家具设计与制造中的应用探讨[J].家具与室内装饰,2016,(12):110-112.

WU Haibo . Discussion on CNC Engraving Technology Application in the Modern Tea Ceremony Furniture Design and Manufacturing [J].

Furniture & Interior Design , 2016 , (12) : 110 - 112.


注:本文来源于《家具与室内装饰》

 
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