石材雕刻類制品尤其是用于室內(nèi)裝飾的浮雕、刻畫、畫框、透雕窗格、壁爐飾面等精細雕刻制品的發(fā)展尤為迅速，向著藝術(shù)化、高檔化、規(guī)模化應用方向發(fā)展，同時，石質(zhì)藝術(shù)雕刻制品的應用也已成為現(xiàn)代城市建筑中景觀的重要組成部分，其應用量成為展現(xiàn)城市文化品位的重要標志。

　　目前，市場上專門用于加工平面雕刻制品的設備很少，大都是采用手工雕刻，工作效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定且勞動強度大。計算機數(shù)控技術(shù)的發(fā)展為石材雕刻制品的自動化高效加工奠定了基礎，數(shù)控加工中心在平面雕刻制品加工中的應用，實現(xiàn)了石雕制品的機械化、自動化生產(chǎn)，且效率較高，但是，數(shù)控加工中心的價格和加工成本太高，一般企業(yè)難以接受。因此,國內(nèi)企業(yè)迫切的需要功能多、價格和加工成本低、效率高的經(jīng)濟實用型平面雕刻制品數(shù)控加工設備。

　　2 設備結(jié)構(gòu)方案設計

　　針對國內(nèi)經(jīng)濟實用型平面雕刻制品數(shù)控加工設備的需求情況，我們擬開發(fā)平面雕刻制品專用加工設備，使其能高效率、高精度的加工平面雕刻制品，又具有較寬的適應面，本身或通過增減附件而具有其他用途,以提高其利用率。

　　2.1設備的功能、運動分析

　　平面雕刻制品的加工工藝一般為：石料選擇→(模型制作)→坯料加工→平面雕刻制品的型面成形加工→(拋光加工)→制品組裝→清洗、防護、驗收。

　　雕刻制品常用的加工設備有兩種：一是仿形加工設備;二是計算機數(shù)控加工設備。仿形加工一般是控制觸頭與靠模模型直接接觸，當觸頭沿著模型上的輪廓運動時，刀具與觸頭同步運動，把模型上的輪廓復制到工件上，對于比較精細的雕刻制品的復雜型面難以加工。況且，仿形加工設備需要制作與加工對象一致或成比例的模型，模型的制作和管理較麻煩。計算機數(shù)控技術(shù)在雕刻制品加工設備上的應用，實現(xiàn)了雕刻設備的自動化控制與加工，通過計算機掃描的方式輸入制品信息，不需制作模型即可方便快捷的進行雕刻制品的加工。

　　雕刻制品的自動化加工關鍵是其型面的成形加工，需要由計算機數(shù)控系統(tǒng)控制設備運動，使加工工具相對于工件在水平方向、豎直方向和前后方向(簡稱為X、Y、Z方向)的插補聯(lián)動運動，以滿足其加工要求。為便于設計、制造，設備的機械部分采用模塊化設計。通過對雕刻制品加工的功能需求、運動和設備的結(jié)構(gòu)分析，可設計出設備的子功能、功能元及其相互關系的功能分解體系，如圖1所示。

　　                 圖1 功能分解關系圖

　　2.2 設備結(jié)構(gòu)方案設計

　　通過設備的功能、運動和結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)圖1 所示關系，該設備可以劃分為五個功能模塊，如圖2所示。

　　根據(jù)上述分析，將設備的五大功能模塊結(jié)構(gòu)化為：雙立柱框架模塊、水平托板模塊、豎直托板模塊、動力頭模塊和工作臺模塊，其中的動力頭模塊的主運動采用電主軸驅(qū)動。通過各功能模塊的標準接口連接組裝，即可實現(xiàn)雕刻制品加工功能的設備，如圖3所示。

　　設備由雙立柱與固定式橫梁組成設備的雙立柱框架結(jié)構(gòu)(3)，板材(6)通過真空吸盤(7)固定在工作臺(8)上，動力頭(4)固定在豎直拖板(1)上，電主軸帶動雕刻刀(5)作主運動，實現(xiàn)制品的加工。水平拖板(2)裝在由兩根圓柱導軌組成的橫梁上，由步進電機帶動作橫向運動，實現(xiàn)了刀具的X向進給運動;豎直拖板與水平拖板通過豎向圓柱導軌相連，由步進電機帶動作上下運動，從而實現(xiàn)了刀具的Y向進給運動;工作臺由步進電機帶動作縱向運動，實現(xiàn)了工件的Z向進給運動。

　　             圖3 平面雕刻制品加工設備結(jié)構(gòu)簡圖

1-豎直托板模塊 2-水平托板模塊 3-雙立柱框架模塊 4-動力頭模塊

　　5-雕刻刀 6-工件 7-真空吸盤 8-工作臺模塊

　　根據(jù)常用制品的規(guī)格參數(shù)，結(jié)合設備的整體結(jié)構(gòu)以及各模塊的參數(shù)，確定了設備的規(guī)格參數(shù)，見表1。

　　2.3設備控制系統(tǒng)

　　設備的控制系統(tǒng)采用計算機控制實現(xiàn)X、Y、Z三個方向的進給運動及三坐標的伺服聯(lián)動。設備加工信息可以通過激光掃描器(實物模型)、掃描儀(效果圖)掃描輸入，也可由CAD圖形信息輸入，建立制品模型信息，再通過圖像、圖形處理軟件完成加工信息的處理。

　　3 結(jié)論

　　(1)采用模塊化設計技術(shù)，通過功能、運動分析，將平面石材雕刻制品加工設備結(jié)構(gòu)劃分為雙立柱框架模塊、水平托板模塊、豎直托板模塊、動力頭模塊和工作臺模塊五大功能模塊，按照模塊進行設計、制造，便于設計、生產(chǎn)組織及使用、維護。

　　(2)設備采用雙立柱、龍門框架式結(jié)構(gòu)，設備剛度高。主要部件采用焊接件，工藝性好，制造成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的性能價格比。www.www.dechunwater.cn

　　(3)設備動力頭模塊的主運動采用電主軸驅(qū)動可方便進行浮雕、刻畫、畫框、透雕等大部分平面雕刻制品的高效加工。www.www.dechunwater.cn

　　(4)設備的計算機數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了加工信息的自動輸入與處理，簡化了操作，提高了編制制品模型程序的效率和準確度。控制采用先進、實用、宜人、自動化程度高。

　　(5)設備各功能模塊均設有標準接口，可通過更換不同的功能模塊實現(xiàn)設備功能的拓展，達到一機多能的要求。www.www.dechunwater.cn

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