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摘要：在市场经济条件下，人们对各种复杂曲面的石材制品的需求越来越多，石材制品的发展推动了现有设备的改进与新设备的产生。因此开发新型、高效的石材加工设备，是目前石材行业一项的长期努力目标。本文对石材异型制品和加工设备的类型作了简要阐述，详细介绍了几种有代表性的石材异型制品加工设备及其主要组成部件、工作原理和运动形式，其中对数控加工设备和仿形设备等作了重点分析，最后探讨了国内外石材异型装备的发展特点、现状及趋势。
近年来，随着建筑装饰业和石材加工业的发展，高质量、艺术化、多样化的石材工艺制品开始大量地应用于建筑物、广场、家庭等场合的装饰。其中石材异型制品在装饰石材中所占的比例逐步提高。面对人们对石材异型制品的种类、形状、精度和产品尺寸的要求愈来愈高，市场愈来愈大的局面，多功能、效率高、投资小的石材异型制品加工设备也应运而生[7]。
石材异型制品定义很多，可以理解为除矩形方形板材制品以外的其它所有石材制品，都可归类为石材异型制品。图1为石材异型制品的分类:
平面异型制品形状可以是对称的、也可以是不对称的，如卫生间面盆板，厨房灶台板，花线条，拼花，壁画等，所需加工设备工作台固定或者是前后平移，动力头X、Y、Z方向平移，刀具相对于工件做X、Y、Z方向平移。
异型回转体制品形状特点是制品具有轴对称性，主要是各类异型或规则形状的圆柱，花瓶，扭纹柱，灯罩，罗马柱等，所需加工设备的工作台上装有卡盘或尾架，使工件可以水平回转，动力头部件做X、Y、Z方向平移，工件相对于刀具做回转运动。
石材立体异型制品可以是非对称和不规则的，也可以是轴对称或规则的制品，包括立体人像、动植物雕刻品，楼梯扶手和工艺品等，所需加工设备动力头X、Y、Z方向平移，刀具轴摆动、前倾，工作台回转，刀具相对于工件可做各个方向的运动[2]。
等截面异型制品即不论主体截面的形状如何，只要用垂直于柱体轴线的平面去截该柱体，所得的柱体的截面处处相等的柱体制品。
非等截面异型制品一般指具有复杂的空间造型的石材异型制品。如立体雕像、扭转柱体、锥体或回转体异型制品。即用垂直于柱体轴线的平面去截该柱体的任何部位，所得柱体的截面形状相似或不相似，但处处均不等的柱体制品[4]。
第一类 曲线异型加工机 可从切割、成型、粗磨、细磨、抛光一机完成 可加工板材的内、外曲边的各种形状，可做圆型、椭圆型茶几、各种卫生间面板等
第二类 曲面异型加工机 自动化从电脑控制到仿型加工和手动加工机型都有 可加工各种曲面，如S型、抛物型等，也可用于加工大型台面、桌面、窗台板等
第三类 金刚石绳锯异型加工机 该机配用微机编程锯割各种曲面板 可以加工大型圆柱、等壁圆弧板，石材字型以及各种图案、图形
第四类 程控雕刻设备 运用微机编程雕刻各种产品 从小手饰和小工艺品到大型人物雕刻，从雕刻牌到飞禽走兽，都是一次完成
加工机（加工中心） 将所要加工的图形和技术参数输入计算机进行编程完成加工[2] 可加工各种复杂形状的石材异型制品
目前有各种各样的方法加工石材异型制品，涉及到的加工设备种类繁多，基本上可分成功能齐全的全自动多维(维数表示可控制运动的轴数)数控(CNC)加工中心，单一功能的加工设备和简单的机械或手动工具这三大类。根据制品形状的不同，适用的加工设备和加工方法也有差异。
多功能数控加工中心通常是指将多个普通数控加工中心的功能集中于一台设备上所形成的组合式石材数控加工设备，一般用来生产形状比较复杂的立体石材异型制品。设备的很多功能可以通过增加选配件实现[4]。
为意大利OAGE公司的MILL98型数控加工中心，该设备是具有回转体、立体雕刻制品加工，平面雕刻加工的多功能数控加工中心。该机为开放式结构，操作者可以从设备的前后左右四个方向安放工件，灵活方便。该机在基本配置的基础上，增加不同的部件或对基本机构附加不同的功能，可以达到不同的加工效果。
设备的活动横梁前后(Y铀)运动，刀架左右(X轴)运动，可在活动横梁上安装圆柱铣刀和圆锯片两个独立的运动动力头。每个动力头可以分别相对于X或Y轴摆动、单独升降、沿X轴独立运动，锯片还可相对于自身平面以360°转动。在活动横梁和动力头的下方，配备有如同车床一样、加工回转体用的卡盘及尾架，可选配摆动角度可以控制的摆动工作台，总的控制维数达到十二个。CNC控制着每个加工刀具X、Y、Z运动，摆角度移动或转动角度移动，工作台摆动或车床卡盘转动等运动之间的同步性。像MILL98这样的数控加工中心，几乎可以加工目前所有类型的异型产品如立体、平面和回转体等所有类型的石材异型产品。
此类设备一般至少需要五维控制，即设备必须能控制工件的旋转角度定位、工作台的水平移动，动力头的摆动角度以及横拖板的垂直(Z轴)、前后(Y轴)的移动和定位，以及刀具轴本身的摆动角度这五个方向的运动。可用于立体雕刻，也可加工各种球体、柱体、锥体、回转面板材等.
加工石材的数控机床主要有：数控车床和数控铣床。数控车床是专门用于加工罗马柱、扭纹柱、花瓶等母线是任意曲线或直线]。
OMAG公司的CN88P型数控车床，其刀具只需具备两个呈正交的运动关系、这两个运动的方向与回转体的旋转轴线同处一个平面即可。在数控车床上一般不需要配备激光扫描仿形器，因为一般的回转体制品，使用设备上安装的图形设计软件即可满足编程需要。
数控铣床是专门加工非回转体制品的数控加工中心，以OMAG95TOP型数控铣床为例，
这类设备的基本配置是配置一个工作平台，供安放和固定各种形状的工件用；一个圆柱形铣刀可以沿X、Y、Z三个方向运动，刀具轴线也可以左右摆动一定的角度。数控铣床的功能也可以通过选配不同的部件或装置而增加[4]。
数控金刚石串珠锯是使用柔性刀具加工异型石材制品的数控加工设备，适合于加工体积大、厚度大的异型石材制品。按制品加工形状的不同可分为两类：一类是用来加工等截面的石材异型制品，或者截面形状相似、但面积不等的异型回转体制品；另一类用来加工截面形状不等的空间立体制品，二者控制维数是不同的。
CANDIANI公司的VINCA－6型锯机是六维金刚石串珠绳异型加工设备。其外形结构、运动方式与金刚石串珠绳整形机基本相似，不同的是每侧的飞轮可单独升降，使金刚石串珠绳与水平面成一角度，配合料车工作台的旋转，可锯切加工螺旋圆柱、圆锥及各种复杂形状的回转立体石材制品。为该机配套的TOOL－2000型专用计算机辅助设计软件包，装有CAD－CAM(计算机辅助设计和辅助制造)系统。可以实现料车的进退．料车工作台的旋转、每个飞轮的单独升降、两个飞轮的同时升降、每对导向轮(共有两对导向轮)分别旋转共六个运动方向的独立控制，是目前能够加工石材立体制品的形状最为复杂的金刚石串珠绳异型加工设备[7] [3]。
石材异型制品的仿形加工是利用机械或液压机构经一定的运动关系组合后，形成的机构仿形特点，并具有的输入、输出点坐标关系同步的特性，以制品模型为依据，进行的一种机械加工方式。目前用于异型石材制品的仿形机构有机械和液压等方式。机械仿形机构多采用由平行四边形机构组合而成的结构形式，液压仿形则是将几个液压油缸和液压阀组合形成液压仿形油路系统。
意大利OMAG公司生产的ID86系列液压仿型车床，这是用于回转体和圆柱成型、抛光的液压伺服车床，可以加工圆柱、栏杆柱，花瓶等母线是任意曲线的回转体柱类大理石、花岗岩制品。通过选配不同的动力头或配套机构，该机还可以加工多棱柱、罗马柱和球类石材制品[3]。
意大利APUANIA CORSI公司生产的LUIGI90型液压仿型车床，这是一种用于回转体雕刻加工、雕刻复杂的液压仿型立式车床，可以通过模型加工柱头、壁炉框、扭纹柱等制品。模型的回转体由液压仿型系统，不需要计算机类的软件程序。
石材异型加工的专用设备是专门用于生产某一种类型的石材制品，如专门用来生产立体雕刻、柱类制品雕刻的数控加工中心，用于平面浮雕、卫生间或浴室装饰的平面异型板材加工的平面雕刻设备，用于回转体加工的车床类设备等。这类设备功能单一，有数控、液压或机械仿型等多种结构形式；数控加工中心类型的设备，其控制维数多的也可达到6～8个，一般小于5个；设备的生产效率并不亚于多功能数控加工中心。
用于平面异型制品加工的设备，这类设备通常配备一个工作平台，供安放和固定平面型工件用，圆柱型铣刀既可以沿X、Y、Z三个方向运动，刀具轴线也可摆动，如OMAG公司的87M2、95TOP、91ICN等机型。这些设备用于平面雕刻、浮雕、壁炉或卫生间、浴室装饰用的平面异型板材的加工。也有激光扫描仿型数控式机型和机械液压仿型的普通机械式机型，数控机型的控制维数3～6个[2]。
加工母线是曲线的回转体类制品的设备，这类设备的刀具只需具备两个呈正交运动关系的、这两个运动的方向与回转体的旋转轴线同处一个平面即可，如OMAG公司的CN88P等（图6），这类设备的特点是专门用于加工罗马柱、扭纹柱、花瓶、栏杆等母线或是任意曲线或直线的柱类产品。对于数控型设备，基锯片和圆柱铣刀这两个动力头可以共用一个运动支承座，也可分开安装、独立运动，控制维数3～6个[4]。
专门用于加工柱类和立体雕刻品的数控加工中心，这种可在圆柱产品上雕刻图案的设备必须具备异型圆柱和平面雕刻两种的功能，如OMAG公司的CN88系列产品。
OMAG公司的CN 88 X/Q系列产品，该机可安装锯片和圆柱铣刀两个动力头，两个动力头都可沿横梁水平移动，刀具可以升降，锯片加工平面可以转动，圆柱铣刀轴可以摆动，支承动力头的横梁为固定式结构，工件卡盘的转动角度可以调节固定，工件的转速可以调节，设备总的控制维数8个。
高压水射流技术是以高压水射流或磨料射流为切割手段的石材加工技术，它在石材加工中应用发展得很快，是以异型石材制品的加工为突破口进入石材加工领域的。这是一种刀具简单、无粉尘污染、低噪音、切口狭窄的切割技术。在石材行业，它主要用于石材拼花板材的加工，各种平板类石材标志的加工，而且产品批量大，精度高，数控高压水射流切割机,该机由高压水泵、工作主机和数控系统三部分组成[4]。
这种类型的设备采用喷砂毛面加工原理，在石质板材表面上喷砂加工出各种花纹图案，并可批量生产。该机配备粉尘收集装置，防止砂尘对工作环境及操作者的污染。
法国THIBAUT公司的T360型圆弧板磨抛机，该机工作台和桥架导轨是加长的。加工时采用工件固定、磨头运动的方式，一次可磨抛9块不同直径和长度的圆弧板材，单机磨抛花岗石的生产效率为3m/h。
多功能手提式异型石材切割机是用于边型为曲线的直线边、曲线边加工的便携式切割成型机，为意大利TWISTER97设备的切割状态，该机主要由切割动力头和液压系统组成。加工时是手工推动设备，人工控制锯片跟踪在板材上刻画的曲线印记进行切割的，如果配合一些专用的夹具，可以切割不同直径的圆或椭圆型曲线 国内外石材异型加工设备现状和趋势
大理石的开采工艺方法目前仍是以金刚石串珠锯、链臂式锯机等锯切设备为主机，配合其它辅助设备组成的联合锯切开采方法；花岗石开采除了传统的控制爆破劈裂开采法外，独立的车载式多功能凿岩车开采系统在工业发达国家的花岗石矿山用的很普通，随着金刚石串珠绳锯效率的提高和制造成本的降低，现在使用金刚石串珠锯的锯切开采方法也大量用来采花岗石[2]。
石材薄板加工生产线除了单机设备的自动化外，主要是自动输送系统的配备，如，与双向切机或校平机等设备之间的自动输送辊道，为磨边倒棱机组、烘干机组配备的自动转向台等自动输送设备，将生产线连接成为一个整体，实现生产的连续自动化。
石材大型板材加工生产线目前也配备了自动输送系统。包括卸板机、翻板机、输送辊道台、储备台等。卸板机相当于一台带机械手的自行式机械，负责将荒料车上的毛板一片片地卸下运至翻板机，翻转后送入磨抛机；磨光板通过另一台卸板机卸下并放到储备台上，最后送到桥式切机边，或直接达到成品仓库，整个过程全部由机械完成[7]。
我国石材分布范围广，石材品种丰富，花色齐全，可以满足各式各样的装修、装饰及石刻、石雕的需求，其市场价值大，开发潜力和前景很好。目前，国内石材工艺品的加工大多为手工，采用机械设备加工的也是在车床等设备上进行改装而成的，加工效率和质量很低，难以形成批量，这与工艺制品广阔的市场需求相去甚远[1]。
功能增加最多的机型是桥式切机。这类桥式切机除裁板外．还具有加工大角度倒边、开槽、铣磨侧面、加工弧形板、加工异型曲面、雕刻或作为单头桥式磨机等多项功能，真可谓“一机多用”。
国外石材机械装备之所以具有很高的水平，除了与本国工业生产水平有关外，重要的一点是有很全面的专业化生产配套网。
一种全新的石材异型加工机械QSD－2000型智能化电脑数控设备，目前在山东省莱州市莱东建材设备研究所问世。经专家鉴定，这一实现电脑联网和大屏幕可视操作、精确度几乎为零误差的石材异型加工设备，填补了国内空白。
可以看出，国内外的石材机械装备都在发展，虽然我们迈出的步子似乎大一些，但与国外的差距还是较大的，只有奋起直追，加深科研深度，加快开发速度，才会早日赶上国际水平。
与世界先进水平相比，我国在石材设备本身上还存在很大差距，所以我们应着眼于未来，积极进取，努力开拓，研制出具有更高水平的新型石材加工设备，增强我国在国际石材市场上的竞争力[1]。
目前，国内外石材异型制品加工设备，正向数控、单机智能化、多功能化方向发展。国外已有石材异型加工中心，由CNC系统完成石材加工的CAD／CAM，刀具库提供各种曲面、曲线的加工刀具，可完成切割、钻孔、铣、磨、抛光等工序。此外，国外石材异型制品加工设备也朝着小型化方向发展，制出相应的切、钻、铣、磨等金刚石刀具，并不断使金刚石刀具向柔性化方向发展，以适应各种曲面、曲线]。
［1］廖原时.国内外石材机械装备的最新发展.Stone，1996(4):4～6
［2］邓惠青，黄朗宁，廖原时.部分国外异型石材加工新设备动向.石材，1999(2):17～19
［7］廖原时.国外新型石材技术装备研制开发动向.石材，1997(3):8～11
