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國內(nèi)外石材異型制品加工設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀分析

2012-07-26 18:04 瀏覽:85888 評論:0 發(fā)布:139石材網(wǎng)   
核心摘要:本文將簡述石材異型制品的自動化加工技術(shù)與設(shè)備、 石材異型制品的定義與分類,以及目前國內(nèi)外石材異形加工設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀
近年來建筑裝飾業(yè)對高檔次石材制品需求量增加, 石材異型產(chǎn)品在裝飾石材中所占的比例逐步提高,人們審美觀點也在不斷改變。對異型產(chǎn)品的種類、形狀、精度和產(chǎn)品的尺寸都提出了較高的要求。傳統(tǒng)的手工加工方式很難滿足市場的需求,所占的比重也在逐年減少,同時以數(shù)控技術(shù)為核心的自動化加工技術(shù)也越來越多的應(yīng)用于石材行業(yè),推動了行業(yè)的發(fā)展,本文將簡述石材異型制品的自動化加工技術(shù)與設(shè)備。

  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,廚房灶臺板,花線條,拼花板材,曲線邊板材等,其形狀可以是對稱的、也可以是不對稱的。這類制品的成型運動是刀具或工作臺沿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,其形狀特點是制品具有軸對稱性。這類制品的成型運動是工件的回轉(zhuǎn),刀具具備兩個呈正交的運動關(guān)系,其運動方向與回轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)軸線在同一個平面。

  石材立體異型產(chǎn)品,包括立體人像、動物、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。它們既可能是非對稱和不規(guī)則的,也可以是軸對稱或規(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)運動,有些設(shè)備還有刀具軸的擺動和前傾運動。

  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。

  二. 石材異型制品的自動化加工技術(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machine/或液壓機(jī)構(gòu)經(jīng)一定的運動關(guān)系組合后,形成的機(jī)構(gòu)仿形特點,并具有的輸入輸出點坐標(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machine/加工方式。

  現(xiàn)在越來越多的設(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動。數(shù)字仿形控制 (Numerical Tracer Control,簡稱 NTC)按照其數(shù)控插補(bǔ)出來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。因為從控制原理上看兩者的區(qū)別僅在于 :一個進(jìn)行直線插補(bǔ) ,另一個進(jìn)行圓弧插補(bǔ) ,而基本的仿形原理是相同的。目前國內(nèi)也已開發(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)字化信號對機(jī)床運動及其加工過程進(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?,F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床都采用計算機(jī)作為控制系統(tǒng)。數(shù)控技術(shù)和計算機(jī)輔助設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展,正在使傳統(tǒng)的機(jī)械machine/設(shè)計與制造方式發(fā)生根本變化。特別是現(xiàn)代化計算機(jī)數(shù)控機(jī)床的普及應(yīng)用,由于采用了計算機(jī)輔助數(shù)控編程,縮短了產(chǎn)品的制造周期,提高了產(chǎn)品的競爭能力,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)計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng),配合回轉(zhuǎn)式工作臺的異型石材制品數(shù)控加工設(shè)備??梢酝瓿煽招漠愋椭w、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)控異型臺面加工設(shè)備,按設(shè)計造型要求把板材加工成各種裝飾或?qū)嵱门_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生產(chǎn)立體異型石材產(chǎn)品。這類設(shè)備通常是將多個普通數(shù)控加工中心的功能集中于一臺設(shè)備上。設(shè)備的很多功能可以通過增加選配件實現(xiàn)。只有一個圓柱銑刀動力頭的數(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)的移動和定位,以及刀具軸本身的擺動角度這五個方向的運動,這是完成雕像類產(chǎn)品加工需要的最少控制維數(shù)。中國石材網(wǎng)
  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,可以再增加一個安裝圓鋸片的鋸切動力頭,實施對工件的鋸切加工。該動力頭可以與圓柱銑刀型刀具的動力頭安裝在同一個活動橫梁上,X、Y、Z三個運動方向也都可得到控制。鋸片可以沿通過其直徑的垂直軸轉(zhuǎn)動(鋸片平面360度旋轉(zhuǎn)).轉(zhuǎn)動角度的定位可以得到控制,所以該鋸片可進(jìn)行各個方向的切割。如果再賦予這個動力頭的垂直軸擺動功能,設(shè)備對所增加的鋸切動力頭可以進(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,加工過程中根據(jù)需要自動更換刀具。

  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。對于簡單或規(guī)則對稱的制品,可以用CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng))中幾何模型軟件,建立需要設(shè)計和加工產(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)計軟件。CAM是按照圖形程序指導(dǎo)和編排刀具加工的計算機(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,控制動力頭、刀具或工件按照所要加工的幾何圖形的形狀運動,并可自動選擇和更換刀具,完成加工。對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,所以為了簡化操作、提高生產(chǎn)效率,可以使用激光掃描的方法,對預(yù)先制作的小型實體模型進(jìn)行掃描,通過數(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)為開放式結(jié)構(gòu),操作者可以從設(shè)備的前后左右四個方向安放工件,具有很強(qiáng)的組合性。設(shè)備的活動橫梁前后(Y鈾)運動,刀架、左右(X軸)運動,可在活動橫梁上安裝圓柱銑刀和圓鋸片兩個獨立的運動動力頭。每個動力頭可以分別相對于X或Y軸擺動、單獨升降、沿x軸獨立運動,鋸片還可相對于自身平面360度轉(zhuǎn)動。在活動橫梁和動力頭的下方,配備有如同車床一樣、加工回轉(zhuǎn)體用的卡盤及尾架,可選配擺動角度可以控制的擺動工作臺,總的控制維數(shù)達(dá)到十二個。CNC控制著每個加工刀具X、Y、Z運動,擺角度移動或轉(zhuǎn)動角度移動,工作臺擺動或車床卡盤轉(zhuǎn)動等運動之間的同步性。該機(jī)還配有刀具誤差的測定、計算和修正系統(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。一般來說,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)展趨勢與展望

  當(dāng)前,國內(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化技術(shù)的不斷發(fā)展也將帶動面向石材異型品加工的自動化技術(shù)的發(fā)展。與世界先進(jìn)水平相比,我國在石材技術(shù)設(shè)備上還存在很大差距,所以我們應(yīng)著眼于未來,積極進(jìn)取,努力開拓,研制出具有更高水平的新型石材加工設(shè)備,增強(qiáng)我國在國際石材市場上的競爭力。

(責(zé)任編輯:小編)
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