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　　摘要：石材加工设备包括了锯切加工设备、磨抛加工设备、异型加工设备。石材设备跟随着整个石材行业一同蓬勃发展，但是中国的石材行业还是一个新兴的行业，石材加工设备及其应用还有 不足之处，与国际先进水平还有一定差距，对这些现状需要我们总结和认清，同时对石材加工设备的发展也有所展望。
　　
　　关键字：金刚石圆盘锯、树脂磨具、多维数控
　　
　　一、前言
　　
　　天然石材由于具有质感好，外观庄重，设备及无力化学性能良好（如耐压、耐磨及耐腐蚀）等优点，自古以来就成为一种优良的建筑材料。在古代，石材的加工完全是靠手工操作完成，直到19世纪，欧洲才出现了第一台用于加工石材的设备，这给石材加工行业带来了一场革命，从此，石材加工开始从手工操作向设备化方向发展。改革开放二十多年来，我国石材工业取得了快速发展，同时石材装备水平也不断地提升。石材业先后出现了世纪80年代末至90年代末至本世纪初期两次引进国外先进装备的高潮，在此带动下国产石材装备制造水平也迅速提高。当然，如果是纵比，也就时说与自身的过去比，我国石材业装备长足的发展是毋庸置疑的；而横比，即与国际上石材业发达的国家比，业内认识都会承认存在差距。本文按石材加工方式的不同，就国内石材装备情况及发展趋势，做简单分析。
　　
　　二、锯切加工设备
　　
　　石材的锯切加工设备种类很多，但目前仍以框架式锯机和静安是圆盘式锯机为主。
　　
　　框架锯主要由锯框、链杆、立柱框架、锯条等部件组成。其工作原理为装在锯框上的锯条在连杆的带动下随着锯框作往复运动，同时通过升降传动机构连续向下作进给运动，从而实现对石材的锯切加工。最早的框架式锯机由于所使用的刀具是钢条和砂料，故被称为钢砂锯。当今钢砂锯的发展趋势是自动化和大型化。比如，目前世界上做大的框架据一次可生产120块板材，锯条行程为80厘米。另外，锯机的锯切工艺参数可在一定范围内自动调节，连杆行程实现不停机自动补偿。
　　
　　由于钢砂锯要消耗大量的钢砂和石灰，加工后所产生的大量废钢砂浆很难处理，对环境污染严重，而且噪音很大，因此，目前框架据的一个引人注目的发展动向时采用鑲焊金刚石烧结块为刀头的锯条。1970年意大利首先推出了两种使用金刚石刀头锯条的大型框架锯机。一种可锯切的大理石荒料宽度为2米，长度为3.5米，一次可锯切2厘米厚的板材100块，生产效率比普通框架锯机提高20%。
　　
　　目前，这种金刚石的锯条主要局限在大理石的加工中，还不能用于锯切花岗石等较硬的石材。原因时框架锯的锯条作往返运动时，会致使金刚石的烧结块刀头上的金刚石磨料后部无法形成拖尾状支撑，把持力小，容易从胎体上脱落。因此，用框架锯来锯花岗石大板一直沿用钢砂锯。
　　
　　由于框架锯的锯切过程是非连续性的，，锯切速度慢，一般不超过2 ，这么低的切割速度严重地地制约了加工效率的提高。因此，一种新的石材加工设备金刚石圆盘锯机应运而生，该锯机主要由机架、锯片驱动电机及金刚石圆锯片、升降进给导向装置、锯片平移导轨等组成，其工作原理为装在主轴上的金刚石圆锯片作旋转运动和在横梁导轨上作往复直线运动，通过升降进给导向装置，实现锯片的上下运动和准确吃刀。与框架锯相比，圆盘锯的锯切先速度可达30~45 ，从而极大地提高了加工效率。因此，目前圆盘锯机是石材锯切加工中运用最为广泛的锯切设备。但是另一方面，圆盘锯机的锯切深度受到了锯片直径的限制，一般不能超过锯片直径的。1980年德国研制成功直径达5米的圆锯片，据称是世界上最大的圆盘锯机。但是，由于锯机的驱动轴不能完全有效地支承较大重量的圆锯片沿空间垂直平面进行锯切，同时，由于锯片的直径太大，致使锯路不平直，因此从技术上说，圆锯片难于做得很大。虽然圆锯片的锯切线速度比框架高的多，但从锯切深度和一次锯切的板材数量上说，圆锯片不如框架锯，所以在石材大板生产中，圆锯片锯机在短期内还不能完全替代框架锯。
　　
　　为了进一步提高石材加工的效率，人们在单片圆盘锯的基础上提出了组合锯，即将多片圆盘锯以一定的间隔装在用一主轴上用时对石材进行加工。虽然从锯机的结构上，组合锯与单片圆盘锯并没做太多的改进，但是由于组合锯锯片数目可多达上百片。因此，一次加工可以生产上百片毛板，使得生产效率大为提高。另一方面，为了提高石材加工的自动化程度，人们在用组合锯机将石材荒料锯切薄板的同时，用水平锯机将石材薄板锯切成板条，这种垂直锯切和水平锯切集中在一台机器上完成的设备陈伟双向切机。双向切机选在多为生产线中的主机，它是近代石材工业中发展最为迅速的一种设备。用双向切机进行加工，生产效率可大为提高，而生产成本大幅度降低。
　　
　　国内石材行业应用的金刚石框架和花岗石砂锯，主要时进口意大利设备。进入二十世纪后，国内先后有几家公司开始消化吸收意大利大板加工设备的技术，生产国产框架据和花岗石砂锯，但是由于关键技术没有掌握，在工作效率、切割成本以及连续无故障运行等方面与意大利设备还存在较大差距。广东利达、福建盛达、广东科达、济南恒运达等企业均生产框架据和砂锯。上海飞宙公司引进意大利BM公司的技术生产的花岗石砂锯，质量及性能较好，在国内市场占有率较高。大理石排锯在国内应用量较大，而且国产设备相对成熟，主要存在问题时锯框导轨系统及液压涨紧系统故障较多，意大利设备以双连杆为主，而且国产设备以单连杆为主。山东华兴已设计出静压导轨和双连杆驱动的金刚石框架锯，今年将推向市场。
　　
　　花岗石砂锯在国内石材行业应用情况较差，除少数较大企业及外资企业能够正常使用外，大部分企业的砂锯基本处于停产状态，主要原因是国内缺少砂锯切割工作的操作管理经验，特别是砂锯的砂浆配料及供浆系统与意大利石材企业相比，还存在较大的差距。
　　
　　国内大理石框架锯锯条数量主要时80条、400条；花岗石砂锯锯条数量主要有120条、156条框架锯的发展主要时向着高速切削、锯条超薄方向发展，砂锯主要时朝着大型多锯条方向发展。目前山东华兴已研究出新型花岗石砂锯，正在进行研究试验，该项技术成功后，将是砂锯的切割效率提高10倍以上，将极大地推动花岗石大板切割技术的进步。
　　
　　国内少数企业采用金刚石串珠绳锯进行切割，绳锯切割大幅面板材主要存在平面度误差比较大的问题，厚度要求严格时，切削出的板材需要进行定厚机定厚，切割成本较高。
　　
　　另外，在进行碑石切割及条石切割时，主要采用金刚石圆盘锯石机，配套专用切割机进行加工。目前有多片条石切割机、条石齐头切割机、蘑菇石专用切割机。
　　
　　三、磨抛加工设备
　　
　　石材的磨抛加工设备，按加工的自动化程序可分为单块作业的磨抛机和连续作业的磨抛机。各种磨抛加工都采用了垂直轴恒压端面加工，这是因为垂直轴加工时工具与工件之间为面的接触，加工面积大，加工效率高。目前以手扶式磨机及多头连续磨抛机运用最为广泛。手扶式磨抛机是饰面石材的传统磨抛加工设备。其基本结构由主摇臂、副摇臂、主电机、主轴和加压装置、立柱、摇臂基座、升降电机及丝杆、扶手等组成。
　　
　　该机工作原理为主电机通过皮带传动使垂直安装的主轴和安装在主轴下的磨盘作旋转运动，使用扶手借助两节摇臂可使磨盘沿着石材制品表面移动和在有限范围内上下移动，通过加压装置或人工加压时磨盘上磨石对石材便面产生磨削作用，从而完成研磨抛光作业。它在同一台机床上通过手工更换磨盘的方法，可相续完成粗磨、半细磨、细磨、精磨、抛光的全部作业。其主要优点是机床结构简单，操作容易，投资少，但工人的老公强度大，所能加工的板材面积有限。由于通过工人眼睛观察来确定不同粒度磨盘的更换，所以要求工人技术水平较高，而产品的最终质量也会因人而异。目前此设备主要用于异型板材的磨抛加工。多头式连续磨抛机是一种新型先进的研磨抛光设备，它通过在生产线上安装多个不同的磨块和抛光块，一次性完成石材的粗磨、细磨、精磨、抛光的全部加工过程。该机主要由磨头、磨头电机、磨盘传动架、机架、自动传送带及传动轴、总控制盘、磨盘控制盘、油压站、喷水冷却装置等组成。连续多头磨抛机加上的自动化程度高。操作人员的劳动强度小，生产效率高，可靠性好，生产损耗少，而且加工精度高，磨抛板材的质量稳定，该设备在国内外已被广泛采用。同时它也有一些缺点，比如安装调试复杂，投资大，生产成本高，而且只能用于加工平面板材，对于异形板材的加工并不使用。目前此设备正被广泛用于普通平板的加工，特别是大面积饰面板材的加工。
　　
　　国产连续磨抛生产线，近几年也大量地被国内石材企业使用，如广东科达、福建盛达、广东合升等企业生产的连续磨抛机也大量应用在国内石材加工业，山东华兴已研制出连续磨抛生产线，并于去年销售越南、哈杀克斯坦等国家。石材磨光技术也不断发展，近几年树脂磨具也广泛取代了菱苦土磨具，金刚石磨具也被大量地应用。
　　
　　石材磨光设备主要发展方向是采用电气控制新技术，将光、液、电一体化。现在大板磨抛设备的磨抛厚度越来越薄，宽面薄板磨抛技术将被应用。
　　
　　石材磨抛设备国产化技术水平正在与意大利先进技术差距不断缩小，随着石材设备生产企业制造及设计水平的不断提高，国产磨抛设备将很块赶超意大利。
　　
　　四、异型加工设备
　　
　　由于异型石材制品附加值高，无论是现代建筑或碑石和石材家具制造，对异型石材制品的要求都与日俱增。石材的异型加工若用人工或单工序设备加工，则劳动量大，生产效率低，抛光成本高，难于满足质量要求；而且运用精钢是工具损耗快。因此，国内外出现了很多专门针对异型石材设计的设备。异型石材加工设备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，或者截面形状相识，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。针对异型石材制品的加工形状不同，对设备的要求也是不同的。对于用来加工等截面的石材异型制品，或者截面形状不等的异型回转体制品，以金刚石串珠绳锯和高压水射流技术为主，而对于用来加工截面形状不等的空间立体制品则主要是仿形数控设备为主。
　　
　　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，主要由绳轮、金刚石串珠、导向轮电机、机架、绳轮推进设备等组成。该机所采用的切削刀具是串珠绳，它利用串珠（金刚石烧结环）内含有的金刚石颗粒，在石材表面以20 或更高的线速度高速运动。切割石材适合于加工体积大，厚度大的异型石材制品。绳锯具有较高的切割效率和较大的切割面积，使用灵活，而且无噪音、无振动，并可获得光滑的切割表面。目前开发的串珠锯，已从只能安装一根金刚石串珠绳的单绳式串珠锯发展到可同时安装60根串珠绳的多绳式金刚石串珠锯。与早期的占地面积很大的多绳串珠锯相比，今日的多绳串珠锯已经变得更加轻巧实用，设备外型尺寸与普通的串珠整形机相差无几。
　　
　　高压水射流技术时以高压水射流或磨料射流为切割手段的石材加工技术，以异型石材制品的加工为突破进入石材加工领域并在石材加工中应用发展得很快。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和各种平板材类石材标志加工，而且产品批量大，精度高。数控高压水射流切割机由高压水泵、工作主机和数控系统三部分组成。这一技术装备远比现在生产使用的加工设备造价低，产品加工成本低，功耗低，而且磨损料和水可回收利用，设备应用范围广，时我国石材工业发展中值得重视的一项很有前景的新技术。由于有关技术和关键的问题还未得到完全彻底解决，故在国内石材加工中好没得到广泛应用。
　　
　　虽然绳锯机和高压水射流切割机在异型石材的加工中的到了广泛的运用，但是从严格意义来说，这两种设备并不能完成真正的三维石材制品的加工。随着计算机技术的发展，针对截面形状不等的空间立体制品，出现了各种多功能、高效率的数控加工设备。这些加工设备可以通过编程来完成多种复杂形状的石材异型制品加工，如回转体、主体雕刻制品加工、平面雕刻加工。这种加工设备的最大优点是一次装夹可以完成多工序作业，加工质量和加工精度都很高，很适宜加工复杂的轮廓，缺点是只能单件生产，而且对刀具的技术要求很高。
　　
　　目前。国内石材异型加工设备也有几十种，但是与意大利等先进设备相比，还存在很大差距。国内少数大型石材加工企业，近几年从意大利引进数控异型加工设备，进行复杂的异型石材加工，进口异型加工设备主要有石材加工中心、卧式数控加工机床、立式数控加工机床、数控台面加工机床等。
　　
　　石材异型加工有许多工序，即使是大企业，也是靠手工完成，特别是不规则形状表面的磨抛光，基本上是靠手工完成。国产异型加工设备虽然有许多品种，但真正功能强的数控加工机床还没有，主要时简单的数控（二轴联动、三轴联动）机床，再就是采用成形刀具进行异型加工。异型石材加工设备的发展空间较大，主要方向就是多维数控，异型石材的设备磨抛光技术，各种复杂空间曲面的加工设备及刀具，可以借鉴金属数控加工设备的结构及控制技术，用于石材异型加工设备。石材平面异型加工设备工艺较成熟，数控金刚石串珠绳锯，数控水刀切割机，三维数控铣床等异型加工设备已经成熟，并广泛应用于石材加工。圆弧石材、球形石材的切割及磨抛技术相对成熟。异型磨边设备（特别是各种圆弧边），近几年不断推向市场，并实现了多头连续磨削、磨光，设备化水平不断提高。
　　
　　应该指出，石材设备除了上述集中主要加工设备外，还应包括金刚石链锯、倒角机等。其他设备在石材加工中使用有限，故不在此赘述。
　　
　　五、国内石材设备发展趋势
　　
　　从国外石材设备今年来的发展和在国内石材行业中的应用，目前国内石材设备的发展趋势主要体现在三个方面：
　　
　　1、石材设备向高效方面发展，如在锯片数量上增加；
　　2、石材设备向自动化方面发展，如数控技术在石材加工设备的广泛运用；
　　3、石材设备向环境化发展，如金刚石串珠绳锯，高压水射流等环保加工设备的研制与应用。
　　
　　可以预见，随着石材加工技术及装备的进步，石材加工企业将朝着工厂化、管理信息化、优质低耗的方向发展，而高效以及自动化依然是石材设备发展的永恒主题！