石材三维设计与加工技术，全面概述

随着建筑装饰技术的不断发展，现代石材装饰设计在从平面设计向三维设计方向发展，石材装饰产品也正从单一化向多元化发展。异形石材制品的三维设计和辅助加工不仅可以提高石材产品的附加值，还可以提高其使用价值，使石材从单一的建筑装饰品向艺术化作品方向发展，提高石材产品的艺术价值。

异形石材产品种类繁多，按照不同的划分标准可进行如下分类：按其表面形状不同可分成回转面类和异形面类，其中回转面包括圆柱面、球面，而异形面包括各种雕刻表面和其他曲面等；按其表面形状形成原理的不同又可分为成型加工类、仿形加工类和展成加工类。

成型加工是利用成型金刚石刀具对石材表面进行加工的方法。成型金刚石刀具的廓形即为石材表面的外形，成型刀具的运动轨迹即为直线进给运动，从而减少了运动的复合程度，提高了加工效率，减少了机床进给机构和控制系统的设计难度。石材表面的形状精度取决于成型刀具的廓形精度。这种加工方法通常适用于各种成型金刚石磨轮加工石材曲面，如图1-1所示。

图1-1 石材曲面成型加工

仿形加工是金刚石刀具按照仿形装置进给对石材表面进行加工的方法，其加工精度取决于仿形装置的精度和机床精度等。石材车削仿形加工就是其重要用途之一。

1.仿形机械结构

仿形机械结构如图1-2所示，它由工作台2、悬臂梁5、刀架9、立柱10和机架12五大部分组成。模板6固定在立柱上，光电装置7装在刀架9上，它通过升降驱动装置8和横向驱动装置11驱动刀盘4按模板的形状进行仿形运动。石材工件3置于工作台2上，在工作台驱动装置1的驱动下，作左右往复进给运动。工作台驱动装置1采用变频调速，可以根据石材工件的材质或加工性来调节进给速度。

2.仿形加工工作原理

仿形机的工作原理如图1-3所示。在完成对刀、供冷却水和刀盘旋转启动等操作程序后，即可启动自动控制程序。首先，由工作台装载着石材工件作水平进给运动，到达设定位置后，由行程检测器1发出信号使工作台停止进给，并使反向控制器反向（左向变右向，或右向变左向）。这时，若光电装置d₁（由一个发光管和一个接收管组成，它与刀盘同步移动）未触发，则发出刀盘下降信号；若d₁已触发，则发出上升信号。随着刀盘的下降，计时器1开始计时，计时结束下降就停止。计时器1控制刀盘的每一次切削深度。刀盘下降至模板遮断光束时，d₁触发，刀盘停止下降，同时使光控装置d₂处于触发状态。刀盘停止下降的同时，工作台反向启动并重复上述过程。(www.xing528.com)

若d₁已触发，刀盘上升到设定的位置后，由行程检测器2发出停止上升和停止横向启动的信号，同时使d₂复位。计时器2控制图1-2中工件3上相邻两刀槽之间的距离。计时结束，刀盘横移停止并开始下降进行循环加工。当刀盘横向运动触发行程检测器3时，则整机停止，自动成型加工过程完毕。

图1-2 仿形机结构示意图

1—工作台驱动装置 2—工作台 3—工件 4—刀盘 5—悬臂梁 6—模板 7—光电装置 8—升降驱动装置 9—刀架 10—立柱 11—横向驱动装置 12—机架

图1-3 仿形机自动控制原理方框图

空间轨迹法主要采用空间曲线控制刀具轨迹来对石材表面廓形进行加工，如石材雕刻、石材圆柱面加工等。空间轨迹法加工的精度主要取决于金刚石刀具和加工设备的进给精度。空间轨迹法一般都采用数控机床进行加工。

此外，石材产品按产品用途可分为功能型、装饰型和艺术型。功能型的石材制品能实现一定的功能，如家用洗手盆；装饰型的产品则起到一定的装饰作用，如楼梯扶手、门套、窗套、各种立柱、风水球等；而艺术型的产品主要有观赏性，如园林中的各种人体雕塑、动物雕塑等。

各种三维石材按加工形式还可以分为手动加工型、半机械化加工型和全自动加工型等。