一. 石材異型制品的定義與分類

　　石材異型制品可以理解為除石材板材制品以外的其它所有石材制品，都可歸類為石材異型產(chǎn)品。石材異型制品分類的方法很多，我們僅討論按其加工方式進(jìn)行分類。

　　平面異型制品，如平面浮雕制品，壁爐，衛(wèi)生間面盆板，廚房灶臺(tái)板，花線條，拼花板材，曲線邊板材等，其形狀可以是對(duì)稱的、也可以是不對(duì)稱的。這類制品的成型運(yùn)動(dòng)是刀具或工作臺(tái)沿X、Y、Z方向的平移。

　　異型回轉(zhuǎn)體制品，主要是各類異型或規(guī)則形狀的圓柱，花瓶，欄桿柱等，其形狀特點(diǎn)是制品具有軸對(duì)稱性。這類制品的成型運(yùn)動(dòng)是工件的回轉(zhuǎn)，刀具具備兩個(gè)呈正交的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，其運(yùn)動(dòng)方向與回轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線在同一個(gè)平面。

　　石材立體異型產(chǎn)品，包括立體人像、動(dòng)物、植物等裝飾物造型的雕刻品，雕刻成型的柱體、柱座和柱頭等。它們既可能是非對(duì)稱和不規(guī)則的，也可以是軸對(duì)稱或規(guī)則的制品。要求最少四維，刀具沿X、Y、Z方向的平移，工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，有些設(shè)備還有刀具軸的擺動(dòng)和前傾運(yùn)動(dòng)。

　　不同種類的石材異型制品所采用的加工方式是不相同的，在加工技術(shù)及裝備上都有自己的特點(diǎn)。

　　二. 石材異型制品的自動(dòng)化加工技術(shù)與設(shè)備

　　目前有各種各樣的方法加工石材異型制品，涉及到的加工設(shè)備種類繁多，根據(jù)制品類型的不同，適用的加工設(shè)備和加工方法也有差異。

　　1. 仿型技術(shù)及設(shè)備

　　石材異型制品的仿形加工是利用機(jī)械或液壓機(jī)構(gòu)經(jīng)一定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系組合后，形成的機(jī)構(gòu)仿形特點(diǎn)，并具有的輸入輸出點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系同步的特性，以制品模型為依據(jù)，進(jìn)行的一種機(jī)械加工方式。

　　現(xiàn)在越來(lái)越多的設(shè)備能夠進(jìn)行仿形控制。仿形控制與數(shù)字控制在原理上有根本區(qū)別。它是利用仿形儀作為檢測(cè)和反饋元件 ,根據(jù)仿形指的偏移量和其它相關(guān)參數(shù)計(jì)算出機(jī)床各坐標(biāo)軸上的速度值 ,直接輸出給伺服單元 ,使仿形指保持規(guī)定的偏移量沿著模型表面作掃描運(yùn)動(dòng)。數(shù)字仿形控制 (Numerical Tracer Control,簡(jiǎn)稱 NTC)按照其數(shù)控插補(bǔ)出來(lái)的軌跡的不同可劃分為直線 NTC、圓弧 NTC和其它曲線 NTC。數(shù)字仿形包括直線 NTC和圓弧 NTC兩大類。因?yàn)閺目刂圃砩峡磧烧叩膮^(qū)別僅在于 :一個(gè)進(jìn)行直線插補(bǔ) ,另一個(gè)進(jìn)行圓弧插補(bǔ) ,而基本的仿形原理是相同的。目前國(guó)內(nèi)也已開(kāi)發(fā)出多種類型的仿形設(shè)備。

　　OMAG公司的生產(chǎn)的ID86系列液壓仿型車床，是用于回轉(zhuǎn)體和圓柱成型、拋光的液壓伺服車床，可以用于加工母線是任意曲線的回轉(zhuǎn)體柱類產(chǎn)品。

　　2. 數(shù)控機(jī)床及單機(jī)生產(chǎn)線

　　數(shù)控，即數(shù)字控制，在機(jī)床領(lǐng)域指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床，機(jī)床組成框圖如圖1所示。現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床都采用計(jì)算機(jī)作為控制系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展，正在使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方式發(fā)生根本變化。特別是現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用，由于采用了計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程，縮短了產(chǎn)品的制造周期，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)前數(shù)控技術(shù)已進(jìn)入第六代，具有一定的開(kāi)放性。

　　用于異型石材加工的數(shù)控加工設(shè)備除了多功能數(shù)控加工中心外，還有數(shù)控銑床，數(shù)控車床，數(shù)控圓柱雕刻設(shè)備，數(shù)控橋式切機(jī)，數(shù)控金剛石串珠鋸，數(shù)控回轉(zhuǎn)面加工設(shè)備，數(shù)控石材異型臺(tái)面加工設(shè)備等。

　　數(shù)控銑床主要是加工非回轉(zhuǎn)體制品，OMAG公司的95 TOP、911CN、921CN等機(jī)型都是數(shù)控銑床類設(shè)備。數(shù)控車床是專門(mén)用于加工羅馬柱、扭紋柱、花瓶、欄桿等母線是任意曲線或直線的柱或球類等產(chǎn)品。OMAG公司的CN94、CN98P等型號(hào)設(shè)備是具有CNC系統(tǒng)的數(shù)控車床。OMAG公司的CN88系列產(chǎn)品以加工回轉(zhuǎn)體和立體雕像制品為主。山東大學(xué)建機(jī)中心研究的SSH型數(shù)控石材回轉(zhuǎn)面加工設(shè)備，是采用三坐標(biāo)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，配合回轉(zhuǎn)式工作臺(tái)的異型石材制品數(shù)控加工設(shè)備。可以完成空心異型柱體、弧板等加工工序。山東大學(xué)建機(jī)中心研制的SST系列設(shè)備是數(shù)控異型臺(tái)面加工設(shè)備，按設(shè)計(jì)造型要求把板材加工成各種裝飾或?qū)嵱门_(tái)面板，并將其內(nèi)外邊緣進(jìn)行銑、磨、拋光加工，適于各種異型臺(tái)面板材內(nèi)外邊緣花線的銑、磨、拋光加工，并可加工各種孔。

　　3.多功能數(shù)控加工中心

　　多功能數(shù)控加工中心一般用來(lái)生產(chǎn)立體異型石材產(chǎn)品。這類設(shè)備通常是將多個(gè)普通數(shù)控加工中心的功能集中于一臺(tái)設(shè)備上。設(shè)備的很多功能可以通過(guò)增加選配件實(shí)現(xiàn)。只有一個(gè)圓柱銑刀動(dòng)力頭的數(shù)控加工中心，一般需要五維控制，即設(shè)備必須能控制工件的旋轉(zhuǎn)角度定位、圓柱銑刀類刀具的水平(x軸)、垂直(z軸)、前后(Y軸)的移動(dòng)和定位，以及刀具軸本身的擺動(dòng)角度這五個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，這是完成雕像類產(chǎn)品加工需要的最少控制維數(shù)。

　　工件轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)是為了適應(yīng)不同材質(zhì)、硬度的石材(如大理石、花崗石等)加工，刀具的轉(zhuǎn)速還應(yīng)加以控制；如果需要增加加工回轉(zhuǎn)體功能，工件的轉(zhuǎn)速必須可以調(diào)節(jié)，以滿足不同直徑產(chǎn)品的加工。如果需要完成多種形狀的異型制品加工，可以再增加一個(gè)安裝圓鋸片的鋸切動(dòng)力頭，實(shí)施對(duì)工件的鋸切加工。該動(dòng)力頭可以與圓柱銑刀型刀具的動(dòng)力頭安裝在同一個(gè)活動(dòng)橫梁上，X、Y、Z三個(gè)運(yùn)動(dòng)方向也都可得到控制。鋸片可以沿通過(guò)其直徑的垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)(鋸片平面360度旋轉(zhuǎn))．轉(zhuǎn)動(dòng)角度的定位可以得到控制，所以該鋸片可進(jìn)行各個(gè)方向的切割。如果再賦予這個(gè)動(dòng)力頭的垂直軸擺動(dòng)功能，設(shè)備對(duì)所增加的鋸切動(dòng)力頭可以進(jìn)行五維控制。

　　為了提高多維數(shù)控加工中心的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，設(shè)備還配備有容量為10—25把刀具的刀具庫(kù)，加工過(guò)程中根據(jù)需要自動(dòng)更換刀具。

　　多維數(shù)控加工中心一般采用圖形編程和模型掃描兩種方法，建立制品造型的程序。對(duì)于簡(jiǎn)單或規(guī)則對(duì)稱的制品，可以用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng))中幾何模型軟件，建立需要設(shè)計(jì)和加工產(chǎn)品的二、三維幾何模型程序，將所選定的尺寸和形狀參數(shù)定義幾何模型的有關(guān)尺寸；如果修改這些參數(shù)，還可以生成其它尺寸和形狀的幾何模型。CAD的二、三維圖形功能非常大，是數(shù)控加工中心必備的圖形設(shè)計(jì)軟件。CAM是按照?qǐng)D形程序指導(dǎo)和編排刀具加工的計(jì)算機(jī)輔助制造程序。它包含了三維圖形全部加工模式的數(shù)據(jù)庫(kù)，控制動(dòng)力頭、刀具或工件按照所要加工的幾何圖形的形狀運(yùn)動(dòng)，并可自動(dòng)選擇和更換刀具，完成加工。對(duì)于人物雕刻這類形狀復(fù)雜的立體雕刻制品，由于使用手工編程生成幾何模型的操作非常復(fù)雜、工作量太大，所以為了簡(jiǎn)化操作、提高生產(chǎn)效率，可以使用激光掃描的方法，對(duì)預(yù)先制作的小型實(shí)體模型進(jìn)行掃描，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成圖形程序提高了編程的效率和準(zhǔn)確度。在功能齊全、控制維數(shù)多的數(shù)控加工中心上，除了安裝有圖形設(shè)計(jì)程序外，一般都配有激光掃描裝置，以完成各種形狀制品的仿型加工。

　　目前世界上最先進(jìn)的石材數(shù)控加工中心都具備上述控制功能，如意大利的MILL98型數(shù)控加工中心（如圖2所示）。該機(jī)為開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，操作者可以從設(shè)備的前后左右四個(gè)方向安放工件，具有很強(qiáng)的組合性。設(shè)備的活動(dòng)橫梁前后(Y鈾)運(yùn)動(dòng)，刀架、左右(X軸)運(yùn)動(dòng)，可在活動(dòng)橫梁上安裝圓柱銑刀和圓鋸片兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力頭。每個(gè)動(dòng)力頭可以分別相對(duì)于X或Y軸擺動(dòng)、單獨(dú)升降、沿x軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，鋸片還可相對(duì)于自身平面360度轉(zhuǎn)動(dòng)。在活動(dòng)橫梁和動(dòng)力頭的下方，配備有如同車床一樣、加工回轉(zhuǎn)體用的卡盤(pán)及尾架，可選配擺動(dòng)角度可以控制的擺動(dòng)工作臺(tái)，總的控制維數(shù)達(dá)到十二個(gè)。CNC控制著每個(gè)加工刀具X、Y、Z運(yùn)動(dòng)，擺角度移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)角度移動(dòng)，工作臺(tái)擺動(dòng)或車床卡盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)之間的同步性。該機(jī)還配有刀具誤差的測(cè)定、計(jì)算和修正系統(tǒng)，二維平面制品輪廓形狀和尺寸的仿型機(jī)構(gòu)和圖形轉(zhuǎn)換軟件，VISICAD—VISICAM軟件，激光器掃描仿型復(fù)制系統(tǒng)和真空吸盤(pán)等附件。如果希望刻字加工，還可配備將刀具轉(zhuǎn)速提高到20000rpm的增速裝置，以適合安裝小直徑的刻字刀具。一般來(lái)說(shuō)，只要多維數(shù)控加工中心的配備齊全，就可加工立體、平面和回轉(zhuǎn)體等所有類型的異型石材產(chǎn)品。

　　三. 發(fā)展趨勢(shì)與展望

　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外石材異型制品加工設(shè)備，正向數(shù)控、單機(jī)智能化、多功能化、小型化方向發(fā)展。面向金屬加工的自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展也將帶動(dòng)面向石材異型品加工的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。與世界先進(jìn)水平相比，我國(guó)在石材技術(shù)設(shè)備上還存在很大差距，所以我們應(yīng)著眼于未來(lái)，積極進(jìn)取，努力開(kāi)拓，研制出具有更高水平的新型石材加工設(shè)備，增強(qiáng)我國(guó)在國(guó)際石材市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。