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隨著社會經(jīng)濟的發(fā)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(yīng)用得到迅猛發(fā)展。天然石材以其華麗的色彩、穩(wěn)定的物理化學(xué)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(yīng)用。

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(yīng)用方向發(fā)展，同時，石質(zhì)藝術(shù)雕刻制品的應(yīng)用也已成為現(xiàn)代城市建筑中景觀的重要組成部分，其應(yīng)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(shè)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(chǔ)，數(shù)控加工中心在平面雕刻制品加工中的應(yīng)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(shè)備。

針對國內(nèi)經(jīng)濟實用型平面雕刻制品數(shù)控加工設(shè)備的需求情況，我們擬開發(fā)平面雕刻制品專用加工設(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)備有兩種：

一是仿形加工設(shè)備;

二是計算機數(shù)控加工設(shè)備。

仿形加工一般是控制觸頭與靠模模型直接接觸，當(dāng)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(fù)制到工件上，對于比較精細的雕刻制品的復(fù)雜型面難以加工。況且，仿形加工設(shè)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(shè)備上的應(yīng)用，實現(xiàn)了雕刻設(shè)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(guān)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(shè)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(shè)計、制造，設(shè)備的機械部分采用模塊化設(shè)計。通過對雕刻制品加工的功能需求、運動和設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析，可設(shè)計出設(shè)備的子功能、功能元及其相互關(guān)系的功能分解體系

【1.2、設(shè)備結(jié)構(gòu)方案設(shè)計】 通過設(shè)備的功能、運動和結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)圖1、所示關(guān)系，該設(shè)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(shè)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(shè)備，如圖3所示。

設(shè)備由雙立柱與固定式橫梁組成設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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。

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(shè)備的整體結(jié)構(gòu)以及各模塊的參數(shù)，確定了設(shè)備的規(guī)格參數(shù)

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(shè)備控制系統(tǒng)】

設(shè)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(shè)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(shè)計技術(shù)，通過功能、運動分析，將平面石材雕刻制品加工設(shè)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(shè)計、制造，便于設(shè)計、生產(chǎn)組織及使用、維護。

(2)設(shè)備采用雙立柱、龍門框架式結(jié)構(gòu)，設(shè)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。

(3)設(shè)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。

(4)設(shè)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(shè)備各功能模塊均設(shè)有標準接口，可通過更換不同的功能模塊實現(xiàn)設(shè)備功能的拓展，達到一機多能的要求。