石材雕刻：如何處理平面雕刻數控

隨著社會經濟的發展，人們的審美觀不斷改變，越來越崇尚自然，作為天然裝飾工藝材料的石材制品的應用得到迅猛發展。天然石材以其華麗的色彩、穩定的物理化學性能和良好的加工性能在建筑裝飾、工藝制品、生活器具等方面得到大量應用。

石材雕刻類制品尤其是用于室內裝飾的浮雕、刻畫、畫框、透雕窗格、壁爐飾面等精細雕刻制品的發展尤為迅速，向著藝術化、高檔化、規模化應用方向發展，同時，石質藝術雕刻制品的應用也已成為現代城市建筑中景觀的重要組成部分，其應用量成為展現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、質量不穩定且勞動強度大。計算機數控技術的發展為石材雕刻制品的自動化高效加工奠定了基礎，數控加工中心在平面雕刻制品加工中的應用，實現了石雕制品的機械化、自動化生產，且效率較高，但是，數控加工中心的價格和加工成本太高，一般企業難以接受。因此,國內企業迫切的需要功能多、價格和加工成本低、效率高的經濟實用型平面雕刻制品數控加工設備。

針對國內經濟實用型平面雕刻制品數控加工設備的需求情況，我們擬開發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。

     【1.1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。計算機數控技術在雕刻制品加工設備上的應用，實現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，需要由計算機數控系統控制設備運動，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、運動和設備的結構分析，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，

     【1.2、設備結構方案設計】

通過設備的功能、運動和結構分析，根據圖1、所示關系，該設備可以劃分為五個功能模塊，如圖2所示。

根據上述分析，將設備的五大功能模塊結構化為：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動。通過各功能模塊的標準接口連接組裝，即可實現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構(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，實現了工件的Z向進給運動。

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

根據常用制品的規格參數，結合設備的整體結構以及各模塊的參數，確定了設備的規格參數，

雕刻動力頭3.5、kW動力頭橫向移動距離(X向)2000、mm

工作臺前后移動范圍(Y向)2070、mm

加工幅面1500mm×1200mm

工作臺尺寸1500mm×1200mm

外形尺寸3850、mm×3000、mm×2500、mm

總重量(約)3000、kg

      【1.3設備控制系統】

設備的控制系統采用計算機控制實現X、Y、Z三個方向的進給運動及三坐標的伺服聯動。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。

(1)采用模塊化設計技術，通過功能、運動分析，將平面石材雕刻制品加工設備結構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、生產組織及使用、維護。

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

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

(4)設備的計算機數控系統實現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設備功能的拓展，達到一機多能的要求。