近年來建筑裝飾業對高檔次石材制品需求量增加, 石材異型產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。對異型產品的種類、形狀、精度和產品的尺寸都提出了較高的要求。傳統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，同時以數控技術為核心的自動化加工技術也越來越多的應用于石材行業，推動了行業的發展，本文將簡述石材異型制品的自動化加工技術與設備。

　　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行分類。

　　平面異型制品，如平面浮雕制品，壁爐，衛生間面盆板，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。

　　異型回轉體制品，主要是各類異型或規則形狀的圓柱，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，刀具具備兩個呈正交的運動關系，其運動方向與回轉體的旋轉軸線在同一個平面。

　　石材立體異型產品，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則的，也可以是軸對稱或規則的制品。要求最少四維，刀具沿X、Y、Z方向的平移，工件的回轉運動，有些設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與設備

　　目前有各種各樣的方法加工石材異型制品，涉及到的加工設備種類繁多，根據制品類型的不同，適用的加工設備和加工方法也有差異。

　　1. 仿型技術及設備

　　石材異型制品的仿形加工是利用機械machine/或液壓機構經一定的運動關系組合后，形成的機構仿形特點，并具有的輸入輸出點坐標關系同步的特性，以制品模型為依據，進行的一種機械machine/加工方式。

　　現在越來越多的設備能夠進行仿形控制。仿形控制與數字控制在原理上有根本區別。它是利用仿形儀作為檢測和反饋元件 ,根據仿形指的偏移量和其它相關參數計算出機床各坐標軸上的速度值 ,直接輸出給伺服單元 ,使仿形指保持規定的偏移量沿著模型表面作掃描運動。數字仿形控制 (Numerical Tracer Control,簡稱 NTC)按照其數控插補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別僅在于 :一個進行直線插補 ,另一個進行圓弧插補 ,而基本的仿形原理是相同的。目前國內也已開發出多種類型的仿形設備。
　　OMAG公司的生產的ID86系列液壓仿型車床，是用于回轉體和圓柱成型、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體柱類產品。

　　2. 數控機床及單機生產線

　　數控，即數字控制，在機床領域指用數字化信號對機床運動及其加工過程進行控制的一種方法。數控機床是采用了數控技術的機床，或者說是裝備了數控系統的機床，機床組成框圖如圖1所示。現代的數控機床都采用計算機作為控制系統。數控技術和計算機輔助設計與制造技術的發展，正在使傳統的機械machine/設計與制造方式發生根本變化。特別是現代化計算機數控機床的普及應用，由于采用了計算機輔助數控編程，縮短了產品的制造周期，提高了產品的競爭能力，具有明顯的經濟效益和廣闊的發展前景。當前數控技術已進入第六代，具有一定的開放性。

　　用于異型石材加工的數控加工設備除了多功能數控加工中心外，還有數控銑床，數控車床，數控圓柱雕刻設備，數控橋式切機，數控金剛石串珠鋸，數控回轉面加工設備，數控石材異型臺面加工設備等。

　　數控銑床主要是加工非回轉體制品，OMAG公司的95 TOP、911CN、921CN等機型都是數控銑床類設備。數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品。OMAG公司的CN94、CN98P等型號設備是具有CNC系統的數控車床。OMAG公司的CN88系列產品以加工回轉體和立體雕像制品為主。山東大學建機中心研究的SSH型數控石材回轉面加工設備，是采用三坐標計算機數控系統，配合回轉式工作臺的異型石材制品數控加工設備。可以完成空心異型柱體、弧板等加工工序。山東大學建機中心研制的SST系列設備是數控異型臺面加工設備，按設計造型要求把板材加工成各種裝飾或實用臺面板，并將其內外邊緣進行銑、磨、拋光加工，適于各種異型臺面板材內外邊緣花線的銑、磨、拋光加工，并可加工各種孔。

　　3.多功能數控加工中心

　　多功能數控加工中心一般用來生產立體異型石材產品。這類設備通常是將多個普通數控加工中心的功能集中于一臺設備上。設備的很多功能可以通過增加選配件實現。只有一個圓柱銑刀動力頭的數控加工中心，一般需要五維控制，即設備必須能控制工件的旋轉角度定位、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，這是完成雕像類產品加工需要的最少控制維數。中國石材網
　　工件轉速的調節是為了適應不同材質、硬度的石材(如大理石、花崗石等)加工，刀具的轉速還應加以控制；如果需要增加加工回轉體功能，工件的轉速必須可以調節，以滿足不同直徑產品的加工。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動(鋸片平面360度旋轉)．轉動角度的定位可以得到控制，所以該鋸片可進行各個方向的切割。如果再賦予這個動力頭的垂直軸擺動功能，設備對所增加的鋸切動力頭可以進行五維控制。

　　為了提高多維數控加工中心的自動化程度和生產效率，設備還配備有容量為10—25把刀具的刀具庫，加工過程中根據需要自動更換刀具。

　　多維數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。對于簡單或規則對稱的制品，可以用CAD(計算機輔助設計系統)中幾何模型軟件，建立需要設計和加工產品的二、三維幾何模型程序，將所選定的尺寸和形狀參數定義幾何模型的有關尺寸；如果修改這些參數，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，是數控加工中心必備的圖形設計軟件。CAM是按照圖形程序指導和編排刀具加工的計算機輔助制造程序。它包含了三維圖形全部加工模式的數據庫，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雜、工作量太大，所以為了簡化操作、提高生產效率，可以使用激光掃描的方法，對預先制作的小型實體模型進行掃描，通過數控系統轉換成圖形程序提高了編程的效率和準確度。在功能齊全、控制維數多的數控加工中心上，除了安裝有圖形設計程序外，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。

　　目前世界上最先進的石材數控加工中心都具備上述控制功能，如意大利的MILL98型數控加工中心（如圖2所示）。該機為開放式結構，操作者可以從設備的前后左右四個方向安放工件，具有很強的組合性。設備的活動橫梁前后(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，總的控制維數達到十二個。CNC控制著每個加工刀具X、Y、Z運動，擺角度移動或轉動角度移動，工作臺擺動或車床卡盤轉動等運動之間的同步性。該機還配有刀具誤差的測定、計算和修正系統，二維平面制品輪廓形狀和尺寸的仿型機構和圖形轉換軟件，VISICAD—VISICAM軟件，激光器掃描仿型復制系統和真空吸盤等附件。如果希望刻字加工，還可配備將刀具轉速提高到20000rpm的增速裝置，以適合安裝小直徑的刻字刀具。一般來說，只要多維數控加工中心的配備齊全，就可加工立體、平面和回轉體等所有類型的異型石材產品。

　　三. 發展趨勢與展望

　　當前，國內外石材異型制品加工設備，正向數控、單機智能化、多功能化、小型化方向發展。面向金屬加工的自動化技術的不斷發展也將帶動面向石材異型品加工的自動化技術的發展。與世界先進水平相比，我國在石材技術設備上還存在很大差距，所以我們應著眼于未來，積極進取，努力開拓，研制出具有更高水平的新型石材加工設備，增強我國在國際石材市場上的競爭力。