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山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文
1 引言
1.1石雕、石刻與石制工藝品分類
1.1.1按制作方法分類
圓雕、浮雕、沉雕、壁雕、鏤空雕（透雕）、線雕、影雕、微雕和陰刻、陽刻等幾大類。
1.1.2.按應(yīng)用的不同分類[12]
（1）觀賞、掛帶和收藏石制工藝飾品石雕 如各種玉器飾物、大湖石、雨花石等的觀賞石，以及各種大理石和彩石制作的石雕、石刻花瓶等擺件。
（2）石窟和摩巖石雕 如敦煌石窟、云崗石窟、大足石窟、樂山大佛、四川廣元皇澤寺摩巖石刻與千佛石刻等等。
（3）陵園石雕 如陵墓石像、石棺槨、畫像石和墓葬極品等類石刻，雕刻著各種文臣、武將、侍女、侍者等人物石像和石馬、石象、石駱駝與石獸、石鳥、石兔等物，有名的如南京明孝陵神道石像生和北京的十三陵神道石像生等。
（4）宮殿、宅第、和圓陵石雕 這種石雕、石刻、我國(guó)到處可見，規(guī)模大小不一，大者如唐代大明宮石刻，金代至清代孔府石刻，明清的故宮。此類建筑石雕中以石柱、礎(chǔ)、欄雕刻居多，雕龍最具特色，如故宮石盤龍御道，石刻盤龍柱等。
（5）寺廟神殿、經(jīng)幢祭壇石雕 如宋代晉祠石刻、金代至清代孔廟石刻，南宋蘇州文廟石刻等。
（6）石橋石刻 如北京天安門故宮前的漢白玉石橋雕刻、頤和園玉帶石橋和十七孔大石橋雕刻、盧溝橋石刻等。
（7）石闕和牌坊石雕 如漢代的太皇、少皇、啟母、馮煥、沈府君、平陽府君等闕都很有名，石牌坊分布很廣，有名的如明代許國(guó)石坊和“治世玄岳”牌坊，孔陵與孔廟牌坊等。
（8）塔建筑石雕 在塔內(nèi)用石雕石刻裝飾，如唐代至五代的大理三塔，唐代至金代建的云居寺塔和石徑。
（9）碑書石刻 如先碑林、開封的翰林碑林。
（10）石獅石刻。
（11）石畫與生活工藝品石雕。
（12）現(xiàn)代城市園林與紀(jì)念石雕。
1.2我國(guó)石雕制品主要產(chǎn)地分布
我國(guó)有著悠久的石刻石雕歷史，精湛的工藝名揚(yáng)中外，隨著改革開放，也得到了蓬勃發(fā)展。相對(duì)集中的地區(qū)有：
(1)福建。全省有石雕工藝制品廠家近2000家，特別是泉州地區(qū)的惠安、南安、晉江等縣市，尤以惠安縣石雕工藝廠家達(dá)1500多家，僅崇武鎮(zhèn)一地就有400多家，產(chǎn)品以出口為主。福建石雕以花崗石原料為主，分為圓雕、浮雕、沉雕、影雕、鏤雕等，產(chǎn)品有形象逼真的花卉鳥獸，栩栩如生的任務(wù)造型與石像佛，壯觀的石龍、石獅、精致的石墓碑、石燈籠、石塔、石廟宇及園林石刻等，工藝精湛，聲名遠(yuǎn)揚(yáng)。
(2)河北曲陽。河北曲陽石雕已有2000年的歷史、素有“石雕之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。大理石儲(chǔ)量4.2億立方，其中曲陽白儲(chǔ)量豐富，潔白無瑕，質(zhì)地細(xì)膩，是石雕的優(yōu)質(zhì)材料。全縣現(xiàn)有石雕及相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的各類廠家、攤點(diǎn)達(dá)2200多個(gè)，其中三資企業(yè)有20多個(gè)，年產(chǎn)量5.6億元，產(chǎn)品出口到80多國(guó)家，在東南亞、日、韓占70%的市場(chǎng)。該縣還有一所雕刻學(xué)校和一所雕刻技藝研究所。
曲陽石雕藝人曾參加國(guó)內(nèi)重大工程建設(shè)，并制作過“圓明新園” ，“明清北京城微縮” ，“天下第一城” ，“詹天佑紀(jì)念館”長(zhǎng)達(dá)50m的巨型雕像及全國(guó)各大公園城市標(biāo)志性的著名工程。
（3)北京房山。北京房山產(chǎn)大理石，特別是漢白玉大理石名揚(yáng)天下，其石雕為歷代皇家宮廷和御園建造做出過巨大貢獻(xiàn)，至今保存著許多傳世杰作，如故宮中的石雕蟠龍，天安門華表，九龍壁等，解放后建的人民大會(huì)堂正門的高達(dá)石柱，即由房山產(chǎn)的艾葉青大理石建成?，F(xiàn)房山石雕發(fā)展很快，所產(chǎn)漢白玉石獅、石佛像和園林藝術(shù)石雕深受國(guó)內(nèi)外歡迎。
(4）山東省的大理石?；◢徥窨潭己馨l(fā)達(dá)，青島、平度、萊州、泰安、嘉祥等市縣是其是雕刻制品的主要集中產(chǎn)地。花崗石雕刻以日本式石燈籠、方式雕塑為主，大理石雕刻以古今人物、侍女造像和動(dòng)物、園林飾品為主。嘉祥縣是我國(guó)又一“石雕之鄉(xiāng)” ，已有2000多年歷史，如漢代武氏墓群石刻和漢畫像石刻，武氏祠內(nèi)一對(duì)大型石獅是我國(guó)現(xiàn)存石獅中唯一有確切年代記載的藝術(shù)珍品。嘉祥縣已成為山東全省重點(diǎn)石刻品出口地區(qū)之一，并將進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)展。萊州札村鎮(zhèn)的石雕也有上千年歷史，近年來制作了許多巨型石雕，有50米長(zhǎng)的“中華醫(yī)藥寶庫史”石雕就取材于札村港華石材公司芝麻白(G3765）的礦山，且被錄入《吉尼斯世界大全》。
(5)浙江石雕、石刻也較發(fā)達(dá)，如溫嶺的石獅、石牌坊、石亭、杭州大理石家具，樂清大型彩石鑲嵌《紅樓夢(mèng)故事園》雕屏均聞名于中外。
此外，如廣東云浮、江蘇贛榆、四川寶興、云南大理石雕石刻也較發(fā)達(dá)。
1.3石雕石刻加工
石雕、石刻在我國(guó)已有幾千年歷史，從事這些雕刻的能工巧匠為我們留下了空前寶貴的文化遺產(chǎn)，他們承師教徒，代代相傳，代代發(fā)展，掌握了鬼斧神工的技藝，某些技藝即使用現(xiàn)代的高科技也無法替代的，這里介紹下普遍的石雕加工類型。
1.3.1雕刻加工
雕刻加工是鑿切加工的一種，系指手工打邊，雕線角、雕花飾、刻字等項(xiàng)工作。加工時(shí)必須遵守一下規(guī)定：
(1)雕花刻字應(yīng)符合圖樣、字樣或模型。
(2)雕打線角不得超過以下規(guī)定：
①不論拼角寬度多長(zhǎng)，不得有正公差，而負(fù)公差不大于0.5mm。
②雕打線角不得有負(fù)公差，正公差不大于0.5mm。
(3) 雕刻面用跺斧跺時(shí)，斧坑不得超過1mm，磨光后不得有白點(diǎn)跺點(diǎn)。否則將降低觀賞價(jià)值。
操作時(shí)注意：
① 根據(jù)圖紙制作樣板，按圖紙要就選擇石材或半成品。
② 放線，描樣后認(rèn)真檢查，合格者才進(jìn)行加工。
③ 加工拼角或線角應(yīng)注意正反面，加工時(shí)應(yīng)與圖紙規(guī)格仔細(xì)核對(duì)，以免出廢品。
④ 雕鑿數(shù)塊拼接產(chǎn)品，其拼接兩端必須互相吻合。為便于手工磨應(yīng)在產(chǎn)品兩端做好標(biāo)記。
⑤ 雕鑿柱頭、柱礎(chǔ)以及樓梯扶手等類產(chǎn)品，必須在雕鑿?fù)戤吅筮M(jìn)行配色拼縫并檢查，合格后逐塊編寫順序，以便安裝。
1.3.2手磨加工
產(chǎn)品的小面、雕刻面以及低于表面的溝槽等不能用機(jī)器研磨的部位，可由手磨來完成。手磨應(yīng)達(dá)到：
（1）磨面是平面應(yīng)保持平度基本一致，中部低凹不得超過1mm，兩端不得塌陷。
（2）磨面是線角時(shí)應(yīng)基本與樣板吻合，中部允許不大于1mm，兩端不大于0.5mm。數(shù)塊拼接的產(chǎn)品接頭處偏差不得大于0.5mm。
（3）磨面不得有砂道，一般拼角小面的光澤度應(yīng)與大面一致。
（4）磨制雕花花紋時(shí)，不得走形變樣，其光澤度應(yīng)符合該品種的標(biāo)準(zhǔn)樣板。
操作時(shí)應(yīng)注意：
① 弄清加工面要求，更換魔石完成粗磨到精磨拋光，并隨磨隨用樣板校對(duì)，直至達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
② 加工數(shù)塊拼接產(chǎn)品時(shí)，如操作面有條件的話，應(yīng)拼接一起加工
③ 磨制雕刻品應(yīng)與雕刻工取得聯(lián)系，以使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求
手工磨的產(chǎn)品檢驗(yàn)后，不合格者及時(shí)返工，合格品移交工程料整理人員入庫
1.3.3機(jī)械加工
(1)立體雕刻制品加工
這里討論的立體雕刻包括立體人像雕制品，動(dòng)物、植物等雕像制品和柱帽、雕刻柱和壁爐等三維雕刻制品的加工。
①立體人像雕刻
立體人像的種類很多，簡(jiǎn)單的說，立體人像與平面雕像不同之處是，立體人像空間的X、Y、Z三個(gè)方向上都需要雕刻出人物的造型細(xì)節(jié)，使觀眾從不同角度、位置所欣賞到的雕像是一個(gè)真實(shí)的立體造型。
使用機(jī)械設(shè)備加工立體人像雕刻制品的工藝包括：石料選擇→模型制作→支撐孔加工→坯料成型→制品輪廓成型加工→人工輔助加工（根據(jù)需要）→拋光加工→制品組裝（根據(jù)需要）→清洗、驗(yàn)收和包裝。
石雕制品的尺寸很多，平常我們既能看到大到幾十米高的巨型雕像，也會(huì)見到小至十幾厘米的小型雕像工藝品。目前國(guó)外生產(chǎn)的數(shù)控雕刻加工設(shè)備的最大直徑是2m，最大長(zhǎng)度是10m，如果雕像是最大周徑和長(zhǎng)度在此范圍之內(nèi)，理論上可以認(rèn)為這是目前使用機(jī)械設(shè)備所能加工的最大整體雕像尺寸。但在實(shí)際生產(chǎn)中，還會(huì)遇到這么大尺寸的荒料的開采、吊裝和運(yùn)輸問題。實(shí)際操作時(shí)，在加工廠可以將幾塊石料拼接成一塊整體坯料,
然后在設(shè)備上整體成型加工，可以取得非常完善的加工效果。一般的企業(yè)是不會(huì)裝備有這么大型的設(shè)備，所以遇到超大尺寸雕像時(shí)，可以分段加工，然后再組裝成一個(gè)整體雕像制品，效果也很理想。總之雕像石料尺寸的大小除了與制品尺寸、礦山可采石料的最大體積、吊裝、運(yùn)輸能力等因素有關(guān)外，還與企業(yè)所擁有的加工設(shè)備的最大加工尺寸有關(guān)，生產(chǎn)者可以根據(jù)上述影響因素，綜合考慮選擇最佳尺寸的石料。對(duì)石質(zhì)的要求與前面幾節(jié)所介紹的其他異形石材制品是一樣的，因?yàn)樵S多人像石雕制品都是安放在室外、露天場(chǎng)合，所以要求用于室外的人像雕刻制品的石材應(yīng)具有良好的抗風(fēng)化性和比較致密的組織結(jié)構(gòu)，以抵御大氣中的有害物質(zhì)的侵蝕。
模型制作是使用機(jī)械設(shè)備加工雕像制品的第一步，目前機(jī)械加工雕像的工藝方法主要是液壓仿形和數(shù)控加工，使用這些加工方法時(shí)，都需要預(yù)先制造一個(gè)與制品一模一樣的雕像模型，然后按照模型來加工。模型的材料有石膏、木材、金屬、塑料等；使用液壓仿形設(shè)備加工時(shí)，模型的尺寸與雕像的實(shí)際尺寸相同；使用數(shù)控設(shè)備加工時(shí)、模型尺寸的大小與制品尺寸無關(guān)，因?yàn)槭褂眉す鈷呙杵骶幹浦破返募庸こ绦驎r(shí)、掃描器的軟件可以對(duì)模型的尺寸任意放大或縮小，以獲得不同尺寸的制品。因?yàn)槟Ｐ褪羌庸ぶ破返臉影?、依?jù)，所以其外形制作應(yīng)該精致、尺寸應(yīng)準(zhǔn)確，這樣才能獲得理想的加工制品。
坯料的支撐孔加工對(duì)使用臥式車床類雕刻設(shè)備是至關(guān)重要的，其作用是為了支撐、轉(zhuǎn)動(dòng)坯料，完成制品的雕刻教工。坯料支撐方式、支撐孔的要求，與加工實(shí)心圓柱時(shí)的有關(guān)要求相同。使用立式雕刻車床加工時(shí)，一般不需要端面支撐孔。
坯料成型加工主要是為了減少后面輪廓成型的加工余量、提高生產(chǎn)效率、降低加工成本的一道粗加工工序，對(duì)于大型東西的坯料，成型加工更顯得重要。坯料成型加工采用手持式切割、鑿刻工具，人工完成。切割工具一般是直徑小于110mm的金剛石鋸片，鑿刻工具可采用意大利CUTURIGINO生產(chǎn)的手持式石材雕刻工具中的雕刻氣錘。坯料成時(shí)，應(yīng)預(yù)先考慮好坯料的哪些部位需要去除的量大，哪些部位的加工余量較少，并做好記號(hào)，千萬注意為輪廓成型加工流出足夠的加工余量，防止因?yàn)榧庸なд`，造成坯料的報(bào)廢。
如果是尺寸較小的立體雕像制品的坯料，可以使用圓盤鋸機(jī)、單鋸條大理石切割機(jī)、甚至單鋸片雙向切機(jī)等設(shè)備，直接從荒料上切割出矩形石料，作為這些小雕像的坯料使用。
雕像制品的輪廓成型加工是雕刻加工中最為重要的一道工序，加工質(zhì)量好的雕像制品，給人以美麗大方、栩栩如生的感覺，否則會(huì)使人感到雕像的呆板和失真。
目前加工立體人像雕刻制品的理想設(shè)備是帶車床輔件的多功能數(shù)控加工中心、刀架橫梁可以移動(dòng)的數(shù)控車床。
普通數(shù)控車床也可以加工立體人像雕刻制品，但由于其刀架橫梁采用不可移動(dòng)的固定結(jié)構(gòu)，所以雕刻加工的效率教前面兩種設(shè)備要低。臥式、立式、液壓仿形車床也可以加工立體人像雕刻制品。
由于立體人像雕刻制品的輪廓形狀太復(fù)雜，使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件，編制一個(gè)立體人像雕刻制品的CAM加工程序，需要花費(fèi)大量的勞動(dòng)和很多時(shí)間，很不經(jīng)濟(jì)，所以現(xiàn)在都采用激光掃描器預(yù)先對(duì)制品模型掃描的方式，通過三維激光掃描軟件，將掃描后的圖像直接轉(zhuǎn)換成CAM加工程序。
使用多功能數(shù)控加工中心和數(shù)控雕刻車床加工時(shí)，需要將雕像的模型放在設(shè)備的掃描支架上，預(yù)先對(duì)其掃描。激光掃描器與操作室內(nèi)的計(jì)算機(jī)連接，通過安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)的激光掃描器驅(qū)動(dòng)軟件，將掃描獲得的雕像位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)控系統(tǒng)認(rèn)可的CAM加工程序，儲(chǔ)存后可直接用于控制數(shù)控加工中心的CNC數(shù)控系統(tǒng)，完成對(duì)雕像的全部加工。
人工輔助加工是指在使用數(shù)控設(shè)備加工立體人像雕刻制品時(shí)，雕像內(nèi)部的最深加工部位是設(shè)備刀具所達(dá)到的最遠(yuǎn)位置，這與設(shè)備的最大加工深度、雕像造型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素有關(guān)。在能夠順利裝拆刀具，不損壞工件和設(shè)備的基礎(chǔ)上，可以采用加長(zhǎng)刀柄的方法來增加加工深度。例如意大利OMAG公司的MIL1198型多功能數(shù)控加工中心，其刀具的最大加工深度是500mm，當(dāng)加工周徑1000mm的雕像時(shí)，可以加工到雕像的中心對(duì)稱軸。對(duì)于一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜的雕像，即使增加了刀柄長(zhǎng)度，仍然無法達(dá)到雕像的最深加工部位，或者這些部位的加工根本與刀具長(zhǎng)度無關(guān)，這是，只好采用人工補(bǔ)充雕刻的方法解決。
雕像的磨拋加工取決于制品的復(fù)雜程度，一般都使用金剛石或其他類型的軟磨片，采用人工方法對(duì)立體雕像磨拋加工。目前還無法使用機(jī)械磨拋復(fù)雜的立體雕像，因?yàn)檫€沒有解決在壓力作用下，小直徑磨料產(chǎn)生的巨大壓強(qiáng)對(duì)制品的損傷問題。
制品的組裝是指生產(chǎn)超長(zhǎng)、超大雕像時(shí)，將制品分成幾個(gè)部分，分別加工，最終需要在雕像的安裝地點(diǎn)，將這些雕像的部件組合到一起，形成完整的雕像。是否將雕像分成若干部分，與用戶對(duì)制品的要求，設(shè)備加工的范圍和對(duì)制品整體加工的可能性有關(guān)，生產(chǎn)者需要根據(jù)實(shí)際情況確定。
②動(dòng)物、植物的立體雕刻加工
在國(guó)內(nèi)，立體動(dòng)物雕刻制品的典型例子是石獅子，常見的其他動(dòng)物雕刻制品還有鹿虎、狗、貓、魚等；植物的立體石雕制品主要以花卉和樹的造型為主。
加工動(dòng)物、植物等立體雕刻制品較加工人像雕刻制品難度要大一些，以石質(zhì)石獅子為例，大多數(shù)石獅子都是蹲坐姿勢(shì)，制品橫截面的寬度尺寸與高度尺寸相差不大。如使用目前最大加工高度是500mm的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型的數(shù)控銑床加工，加工高度超過500mm的石獅子就比較困難，所以建議使用數(shù)控車床加工石獅子制品。
中國(guó)的石獅子形態(tài)變化多樣，內(nèi)部造型復(fù)雜，有些部位加工刀具根本就無法到達(dá)，有些部位（如獅子嘴中含的活動(dòng)球體）刀具雖然可以加工到，但就目前的機(jī)械設(shè)備的控制技術(shù)水平而言，機(jī)械是無法完成這類加工的。所以加工石獅子時(shí)，可以使用機(jī)械設(shè)備完成外形輪廓加工、刀具可以觸及到和能夠加工部位的加工。因此，在制作模型時(shí)，要充分考慮到哪些部位是可以加工、哪些部位需要人工補(bǔ)充加工的。有時(shí)，可以將復(fù)雜造型的制品分成2—3個(gè)部分，采用分別加工，然后組合的方式。
除了使用數(shù)控加工中心、數(shù)控車床等數(shù)控設(shè)備加工動(dòng)、植物的雕刻制品外，使用液壓仿型設(shè)備也可以加工這些制品。
使用機(jī)械設(shè)備加工立體動(dòng)、植物雕刻制品的工藝，與前述加工立體人像雕刻制品時(shí)相同。
③雕刻柱、柱帽等制品的加工
雕刻柱和柱帽屬于另一類立體雕刻制品，雕刻石柱、柱帽可以采用數(shù)控車床，帶有車床附件的多功能數(shù)控加工中心，液壓仿型車床等設(shè)備加工。如果被加工產(chǎn)品的尺寸超過設(shè)備的加工范圍，也可以采用將制品分成若干部分，分開加工的方法。
數(shù)控雕刻車床、帶車床附件的多功能數(shù)控加工中心是最理想，用于加工雕刻石柱、柱帽制品的數(shù)控設(shè)備，加工工藝與前述加工立體人像雕刻制品同。
雖然配有激光掃描器，但刀架橫梁是固定的數(shù)控車床也可以加工雕刻石柱制品，但加工效率比刀架橫梁可以前后移動(dòng)的數(shù)控雕刻車床要低。
在歐洲，許多圓柱頂端安裝的柱帽與國(guó)內(nèi)常見的柱帽不同，它們大都是采用實(shí)體、并雕刻有花紋圖案的結(jié)構(gòu)形式。加工這種雕刻柱帽，可以使用數(shù)控車床、液壓仿形車床等設(shè)備。能夠達(dá)到加工效率既高、制品質(zhì)量又好的理想雕刻柱帽加工設(shè)備是帶有激光掃描器、刀架動(dòng)力頭橫梁可以前后移動(dòng)的數(shù)控雕刻車床；如果有效加工尺寸允許，數(shù)控銑床也可以加工雕刻柱帽。有的雕刻柱帽的尺寸很大，可以把它分成幾個(gè)部分，只要是在有效加工尺寸范圍之內(nèi)，使用數(shù)控車床加工也是很方便的。使用數(shù)控車床或銑床加工雕刻柱帽的工藝，具體要求可參照加工立體人像雕刻制品的有關(guān)內(nèi)容。
④壁爐的加工
選用石材制作的壁爐制品的形式、風(fēng)格多種多樣，選用最多的石材是大理石，有關(guān)壁爐的風(fēng)格、特點(diǎn)等不是本節(jié)介紹的內(nèi)容、這里只介紹其加工特點(diǎn)。壁爐加工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是對(duì)其圖案的加工處理，所以就其加工特性而言，可以將壁爐分成雕花、嵌花、刻花和無花四種類型。壁爐一般分成壁爐楣框、壁爐臺(tái)面、壁爐腿和鑲花等部分，有些壁爐的腿有分成外鑲腿和內(nèi)支腿，壁爐雕花主要是在壁爐楣框和壁爐圖的部位。
加工壁爐制品的理想設(shè)備是數(shù)控銑床、多功能數(shù)控加工中心或液壓仿形銑床等是把
使用數(shù)控銑床加工壁爐類產(chǎn)品的工藝為：石料選擇→模型制作（根據(jù)圖形復(fù)雜程度的需要）→坯料加工→壁爐制品輪廓成型加工→拋光加工→制品組裝→清洗、驗(yàn)收。
壁爐石料選擇與加工其他雕刻制品時(shí)基本相同，壁爐可以選用同一種石材，也可以選用不同種類的石材，如鑲嵌的花紋一般都選用與主體不同的石材。最好選擇色澤明快、質(zhì)地細(xì)膩、花紋流暢的石材作為壁爐用材。
壁爐的模型制作與制品圖案形狀有關(guān)，在意大利許多圖愛的壁爐造型程序都是現(xiàn)成的，加工這類壁爐，不再需要制作新的模型；另外許多壁爐的圖案造型的設(shè)計(jì)，可以直接使用數(shù)控銑床配備的CAD或CAM軟件設(shè)計(jì)，所以加工這類圖案的壁爐也不再需要制作模型。只有使用上述方法不能解決的圖案加工編程問題，才需要通過制作模型，使用激光掃描器掃描輸入的方法進(jìn)行加工程序的編程。
壁爐制品的坯料的形狀與其他壁爐的部位有關(guān)，壁爐楣框、壁爐腿等部分的坯料一般都是矩形截面的條形石料，可以使用單鋸條整形機(jī)、圓盤鋸機(jī)、雙向切機(jī)、金剛石串珠鋸機(jī)等設(shè)備加工條形壁爐坯料；壁爐臺(tái)面、鑲嵌的花紋部分的坯料可以根據(jù)它們的使用厚度，選用特厚或標(biāo)準(zhǔn)厚度板材作為坯料。
壁爐制品輪廓成型加工的設(shè)備通常是銑床類數(shù)控加工中心或液壓仿型銑床，加工內(nèi)容包括輪廓成型、雕刻花紋等。因?yàn)楸跔t部件的尺寸不是很大，尤其是鑲嵌花紋部分，體積更小，所以選用的設(shè)備最好配備真空吸盤，至少應(yīng)配備壓緊螺紋固定制品，有些壁爐腿側(cè)面也雕刻有花紋圖案，所以數(shù)控加工中心上的圓柱銑刀動(dòng)力頭應(yīng)具備進(jìn)行0°—+/-90°左右擺動(dòng)的功能，為了使復(fù)雜圖案壁爐的加工程序編制更加簡(jiǎn)便、容易，數(shù)控加工中心還應(yīng)該配備激光掃描器。
壁爐的刻花、刻字可以使用配有專用刻字程序的銑床類數(shù)控加工中心加工，有些刻花可以使用噴砂的方法完成。
壁爐面板的曲線邊或其他具有曲線邊的部位，都可以在數(shù)控加工中心上完成，又是為了降低加工成本，只要加工厚度合適，也可以使用手提式石材曲線邊成型、磨拋設(shè)備加工面板的曲線邊。
壁爐的磨拋加工與磨拋其他雕刻制品時(shí)相同，平面部分可以使用設(shè)備上配有的磨拋磨料，雕刻的花紋和平面磨拋不能達(dá)到的部位，使用裝有軟磨片的手提式磨拋機(jī)完成磨拋加工。
壁爐部件加工完畢后，可以進(jìn)行拼裝，壁爐的拼裝一般分成兩步，在加工廠內(nèi)主要是完成將鑲嵌花紋固定在壁爐的主體上；在壁爐最終安裝地，才進(jìn)行壁爐的最后裝配。
（2）平面雕刻制品加工
平面雕刻制品主要包括石質(zhì)的人像浮雕、刻畫、畫框、透雕窗格等產(chǎn)品。加工這類產(chǎn)品可以使用數(shù)控銑床類數(shù)控加工中心，也有專門用于加工浮雕制品的機(jī)械或液壓仿型銑床。
使用雕刻設(shè)備加工平面雕刻制品的工藝為：石料選擇→模型制作→坯料加工→平面雕刻制品的輪廓成型加工→拋光加工→制品組裝→清洗、驗(yàn)收。
拼命雕刻制品的模型來源廣泛，如需要加工是畫框、鏡框類平面石雕制品，可以選擇現(xiàn)成的塑料、石膏或木質(zhì)的跨狂、鏡框作為制品的模型，也可以重新制作模型；如果需要加工普通造型的浮雕制品，如以一些世界著名的宗教人物（耶穌、圣母等）、圣經(jīng)故事為題材的浮雕制品，現(xiàn)成的以青銅、石膏、大理石、塑料、木材等為制品材料的制品是很容易得到的，所以可以通過購買、租借等方式獲得模型；對(duì)于一些題材新穎或通過上述方法無法找到的制品模型，才需要制作的模型，使用最多的模型材料是石膏和木材。使用數(shù)控加工中心加工浮雕制品時(shí)，其加工程序的編制工作，需要通過激光掃描制品模型，然后由掃描器配套的專業(yè)軟件自動(dòng)將掃描結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成CAM加工程序。
有些數(shù)控加工中心（如OMAG公司的MILL98多功能數(shù)控加工中心）配有根據(jù)二維照片加工浮雕制品的圖像處理軟件，這是一個(gè)可以將照片上的圖案加工成浮雕制品的軟件。這時(shí)制品的模型就是照片，制品的凹凸程度、逼真度取決于照片的清晰度和層次感。一質(zhì)量好的照片作為模型，有時(shí)甚至可以得到10mm以上的凹凸的浮雕制品。
加工石質(zhì)透雕窗格制品一般不需要制作模型，其加工程序的編制，可以通過使用數(shù)控加工中心配套的CAD或CAM軟件設(shè)計(jì)完成。
平面雕刻制品的坯料多數(shù)為厚板，即便是墓碑上的雕刻人像，也可視為厚板石材上的雕刻加工制品。所以前面介紹的、加工厚板的設(shè)備和加工方法都可以用來生產(chǎn)加工浮雕制品的坯料。
完成平面雕刻制品輪廓成型加工的理想設(shè)備是銑床類數(shù)控加工中心，首先將制品模型固定在掃描平臺(tái)上，使用激光掃描器對(duì)其掃描，利用掃描器配套的軟件完成加工程序的編制，或者直接使用CAD或CAM軟件編制制品加工軟件；使用真空吸盤或其他固定方法，將制品坯料固定在工作臺(tái)上，將需要的加工刀具按加工順序要求放在刀庫支架上，接通冷卻水后便可以進(jìn)行加工了。
1.4我國(guó)石材工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀[8]
與水泥、玻璃一樣，我國(guó)石材在世界上聲名卓著，“四大”桂冠當(dāng)之無愧。一是石材資源大國(guó)。我國(guó)石材資料豐富，分布廣泛，已探明的石材品種有2000種以上，并還在開發(fā)之中，從長(zhǎng)白山到五指山都有石材資源。目前探明的3000多座礦山，儲(chǔ)量均在幾萬乃至幾億立方米，開采數(shù)百年資源也不會(huì)枯竭。二是石材生產(chǎn)大國(guó)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，我國(guó)2000年石材產(chǎn)量達(dá)1500萬噸，還不包括廣大農(nóng)村建房用石材，2001年全國(guó)石材生產(chǎn)總產(chǎn)值達(dá)1000多億元。三是石材消費(fèi)大國(guó)。2000年國(guó)內(nèi)建筑裝飾總工程絕對(duì)量共用各種石板材6000萬平方米，2001年上升至1億平方米。四是出口大國(guó)，去年石材出口金額為9.48億美元，比上年增長(zhǎng)20.15%，占世界第一。
民營(yíng)及外資企業(yè)在中國(guó)石材工業(yè)發(fā)展中占有一定地位。如廣匯石材股份有限公司是一家民營(yíng)企業(yè)，現(xiàn)擁有礦山18座，開發(fā)紅、天山藍(lán)寶等20多個(gè)名特品種，板材綜合生產(chǎn)能力達(dá)58萬平方米/年，打造出了“廣匯石材”的品牌。環(huán)球石材集團(tuán)有限公司是香港獨(dú)資企業(yè)，營(yíng)業(yè)額每年超過3億元，并開創(chuàng)了中國(guó)異型石材的先河。
?在石材業(yè)取得驕人業(yè)績(jī)的同時(shí)，也要清醒地認(rèn)識(shí)到存在的一系列問題，及國(guó)內(nèi)企業(yè)面臨入世的沖擊。
?當(dāng)前的關(guān)鍵問題是如何從石材大國(guó)過渡到石材強(qiáng)國(guó)？這是需要我們認(rèn)真研究、采取相應(yīng)對(duì)策，并不斷為之而努力奮斗。問題集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①行業(yè)法規(guī)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不健全、不完善、權(quán)威性的指導(dǎo)作用不夠。低質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)雖然在20多年前救活了一批企業(yè)，但在今天，它已經(jīng)嚴(yán)重地制約著我國(guó)石材工業(yè)向更高層次、健康有序地發(fā)展。石材放射性一次次地被過分夸大，而且是在石材放射性標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)行數(shù)年后發(fā)生的。
②礦山成荒率低。我國(guó)一般在８％左右，發(fā)達(dá)國(guó)家在８０％以上。急功近利的開采導(dǎo)致了小規(guī)模、土辦法、零散作業(yè)的亂挖亂采局面，致使寶貴的一次資源痛遭破壞。
③花巨資引進(jìn)的國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，使用不當(dāng)，維護(hù)不善，缺件嚴(yán)重，趴窩、半趴窩現(xiàn)象普遍。
④石材機(jī)械設(shè)備整體科技含量不高，致使加工質(zhì)量低下、精度不夠。優(yōu)等品和一等品僅占35%。蹦邊、掉角、裂紋、光澤度低成了通病。
⑤勞動(dòng)生產(chǎn)率低下。我國(guó)人均年產(chǎn)板材僅幾十平方米，發(fā)達(dá)國(guó)家在2000～10000平方米以上。
⑥至今沒有建立行業(yè)教育體系，就業(yè)人員素質(zhì)普遍低下。未受系統(tǒng)教育的農(nóng)民工居多數(shù)，高級(jí)管理、科技人才幾乎沒有。
⑦石材產(chǎn)品高中檔不足，低檔過剩。
⑧出口產(chǎn)品以荒料和初加工為主，附加值低，經(jīng)濟(jì)效益亦低。石材防護(hù)、翻新、除垢等應(yīng)用技術(shù)，沒有受到人們的普遍重視和推廣，致使石材的裝飾性、藝術(shù)性并未得到充分表現(xiàn)等等。
應(yīng)如何順應(yīng)歷史潮流，促使中國(guó)石材工業(yè)進(jìn)一步騰飛？根據(jù)社會(huì)發(fā)展及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，石材企業(yè)應(yīng)達(dá)成下列共識(shí)：首先是認(rèn)真學(xué)習(xí)貫徹行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用規(guī)范引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展。規(guī)范市場(chǎng)管理，以市場(chǎng)為紐帶，定期組織開展技術(shù)、信息、新產(chǎn)品推廣應(yīng)用等方面的交流，鼓勵(lì)企業(yè)以產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平和誠信為競(jìng)爭(zhēng)手段，制止惡性競(jìng)爭(zhēng)。其次是打破固步自封的門戶，走聯(lián)合興旺發(fā)展的道路（避免單個(gè)企業(yè)在互相競(jìng)爭(zhēng)中自相殘殺）；進(jìn)一步在全國(guó)范圍內(nèi)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，短時(shí)間內(nèi)迅猛擴(kuò)充實(shí)力；然后共同組建一支能夠抵御外國(guó)石材產(chǎn)品風(fēng)浪沖擊的航母戰(zhàn)艦。
1.5石材加工機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)
石材機(jī)械與石材加工工藝密切相關(guān)。近30年來，國(guó)家石材開采與加工業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶動(dòng)了石材機(jī)械制造業(yè)的興旺。無論是研制我國(guó)的石材機(jī)械，還是引進(jìn)國(guó)外的石材機(jī)械，都必須了解國(guó)際石材機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)，以期增強(qiáng)我國(guó)石材工業(yè)與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的能力。
⑴異型石材加工機(jī)械走向電腦化
石材的異型加工若人工或單工序機(jī)械加工，則勞動(dòng)量大、生產(chǎn)效率低、拋光成本高，難于滿足質(zhì)量要求，而且運(yùn)用金剛石工具損耗快。所以一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家采用了裝有金剛石銑刀的仿形銑床加工異型石材制品。其優(yōu)點(diǎn)是一次夾裝可完成多工序作業(yè)，加工質(zhì)量高，很適宜加工復(fù)雜的輪廓；缺點(diǎn)是只能單件生產(chǎn)，而且對(duì)金剛石銑刀的技術(shù)要求很高。
目前異型石材加工機(jī)械有向電腦化發(fā)展的趨勢(shì)，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工序操作到生產(chǎn)管理都使用了電腦，可以得心應(yīng)手地加工各種異型石材制品。
⑵石材面磚加工機(jī)械實(shí)現(xiàn)多片式鋸片加工
加工石材面磚最常用的方法是用鋼砂鋸將石材荒料鋸切成所要求厚度的大板，經(jīng)過磨機(jī)磨光后用橋式切機(jī)鋸切成方塊。但是現(xiàn)代先進(jìn)的生產(chǎn)方法已改為采用多片式圓鋸片鋸機(jī)將一定規(guī)格的石材荒料鋸切成一定寬度的薄板，用水平鋸切機(jī)鋸切成板條后再用橫切機(jī)鋸切成方塊。用這種方法生產(chǎn)效率可大為提高，而生產(chǎn)成本大幅度降低。據(jù)估計(jì)目前全世界約有500～600臺(tái)多片式圓鋸片鋸機(jī)在使用[13]。現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)和施工方法都迫切需要重量輕的建筑材料，特別是外墻面磚的重量應(yīng)盡量輕。
90年代初，為了生產(chǎn)超薄石材面磚，意大利研制成功M570型切片機(jī)。這是一種串列式多片圓鋸片鋸，裝有14片金剛石圓鋸片，直徑由小到大順序排列在一空間平面上，可以說這是當(dāng)前生產(chǎn)薄型石材面磚最先進(jìn)的設(shè)備。
⑶荒料石板加工機(jī)械趨向大型、自動(dòng)化
將石材荒料鋸切成板材，常用的機(jī)械有：框架鋸、圓鋸片鋸和金剛石串珠繩鋸等。
①框架鋸??
當(dāng)今明顯的發(fā)展趨勢(shì)是自動(dòng)化和大型化，鋸切工藝參數(shù)可在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)，連桿行程實(shí)現(xiàn)不停機(jī)自動(dòng)補(bǔ)償?？蚣茕彽匿徢羞^程是非連續(xù)性的，因而鋸切速度不可能快，一般不超過2米／秒，所以提高生產(chǎn)效率的途徑之一就是向大型化發(fā)展，增加每批次的鋸切數(shù)量。目前世界上最大的框架鋸一次可生產(chǎn)120塊板材。
②圓鋸片鋸??
廣泛用于鋸切各種石材，它的鋸切速度很快，但鋸切深度受到鋸片直徑的限制，一般不超過直徑的1/3。1997年德國(guó)研制成功直徑達(dá)5米的圓鋸片芯片，據(jù)稱是世界上最大的。據(jù)預(yù)測(cè)，在未來5年內(nèi)，國(guó)際上多片式圓鋸片將以每年200臺(tái)的速度增長(zhǎng)。
③單道金剛石串珠繩鋸??
有多種結(jié)構(gòu)，鋸切速度可根據(jù)不同的石材在30～40米／秒之間調(diào)節(jié)，可鋸切特大塊的荒料，高度達(dá)2米，寬度5米，長(zhǎng)度不限。由于金剛石串珠繩比鋼絲繩加磨料鋸切法用的鋼絲繩短得多，廠房占地面積小，工作噪音也較小，因此這種鋸切方法在國(guó)外已推廣。
2 雕刻機(jī)工作原理
2.1雕刻機(jī)總體構(gòu)成
2.1.1設(shè)備構(gòu)成
此次設(shè)計(jì)的雕刻機(jī)是參照國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，揚(yáng)長(zhǎng)避短，而設(shè)計(jì)出來的。該機(jī)在整體上采用全自動(dòng)雕刻頭位移定位，微電腦控制，有操作簡(jiǎn)便、雕刻精度高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。可完成高精度大小規(guī)格的花崗巖、大理石板材的雕刻,雕刻頭運(yùn)動(dòng)控制采用步進(jìn)電機(jī)控制，主要參數(shù)如表2-1所示.
表2-1 主要參數(shù)
工作臺(tái)尺寸
主軸轉(zhuǎn)速
主電動(dòng)機(jī)功率
橫向電動(dòng)機(jī)功率
縱向電動(dòng)機(jī)功率
垂直電動(dòng)機(jī)功率
耗水量
重量
相關(guān)參數(shù)
3040x1900mm
20000r/min
1.5KW
1KW
1KW
1KW
2M3/h
約2000Kg
該機(jī)在整體結(jié)構(gòu)的主要零部件有底座基礎(chǔ)體、縱向?qū)к壷误w、橫梁支撐件、橫向及垂直運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向塊、工作臺(tái)、控制箱、電源柜等組成。其中底座上安裝有螺栓，縱向?qū)к壷误w通過螺栓與基礎(chǔ)體固定在一起，并保持一定的平行度和水平度。與縱向?qū)к壨L(zhǎng)的絲杠通過絲杠兩端的軸承及軸承座和提供動(dòng)力的步進(jìn)電機(jī)固定在縱向?qū)к壷误w上。橫梁支撐件為鑄鐵整體鑄出，在鑄件的倆側(cè)與縱向?qū)к壪噙B接，電機(jī)軸伸出端在支撐件外部，通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠連接，并通過絲杠兩端的軸承放置在支撐架上，電機(jī)通過防護(hù)罩固定在支撐架外部。垂直及橫向運(yùn)動(dòng)由一個(gè)整體的連接塊提供導(dǎo)向及支撐，連接塊連接于橫向運(yùn)動(dòng)絲杠上并通過兩根光杠固定，在連接塊的上面安裝另一組步進(jìn)電機(jī)及絲杠、光杠等提供雕刻電機(jī)的垂直運(yùn)動(dòng)。（論文附總裝配圖一份，參見論文附圖）
該機(jī)分為主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)（X向）、縱向進(jìn)給系統(tǒng)（Y向）、上下進(jìn)給系統(tǒng)（Z向）、工作臺(tái)和控制系統(tǒng)六大部分。該機(jī)工作簡(jiǎn)圖如圖2-1所示：
1.底座 2.螺栓M12 3.導(dǎo)軌 4.螺栓M8 5.上臂支架 6.螺栓
7.防護(hù)罩 8.密封圈 9.導(dǎo)軌端蓋 10.軸承端蓋 11.螺栓M8 12.導(dǎo)軌端蓋 13.軸承 14.滑動(dòng)導(dǎo)軌 15.滾珠絲杠 16螺栓M6 17.綜合導(dǎo)塊 18.步進(jìn)電機(jī) 19.螺栓M8 20.連接板 21.螺栓M8 22.聯(lián)軸器 23.步進(jìn)電機(jī) 24.沉頭螺釘 25.螺栓M5 26.擋水板 27.螺栓M5 28.工作臺(tái) 29工作臺(tái)支撐板 30.螺栓M8
圖2-1 工作簡(jiǎn)圖
2.1.2工作原理
機(jī)器工作時(shí)，電主軸轉(zhuǎn)動(dòng)雕刻頭隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸帶動(dòng)雕刻頭高速雕刻工作臺(tái)上的工件。縱向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由電機(jī)連接滾珠絲杠通過螺母與橫梁支架連接帶動(dòng)雕刻頭縱向運(yùn)動(dòng),導(dǎo)軌則提供支撐使其平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由電機(jī)連接滾珠絲杠通過絲杠螺母與導(dǎo)塊連接,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)塊橫向運(yùn)動(dòng),最終實(shí)現(xiàn)雕刻頭的橫向運(yùn)動(dòng)。垂直方向的運(yùn)動(dòng)也同樣以步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠的方式實(shí)現(xiàn)雕刻頭的垂直運(yùn)動(dòng)。整機(jī)的運(yùn)動(dòng)是在PLC的控制下進(jìn)行的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)工件加工的連續(xù)性和自動(dòng)化。
2.2運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)
2.2.1主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
圖2-2 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
2.2.2工作原理
工作原理：主電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)雕刻頭旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)雕刻加工。
2.3傳動(dòng)系統(tǒng)
2.3.1升降系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
1螺栓M8 2.軸承端蓋 3.軸承 4 步進(jìn)電機(jī) 5 鍵 6螺栓M5 7 滾珠絲杠 8 升降塊
圖2-3 主傳動(dòng)升降系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
2.3.2橫向傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
1.橫梁支架 2.軸承端蓋 3.滾珠絲杠 4.滑動(dòng)導(dǎo)軌 5.導(dǎo)塊 6. 聯(lián)軸器 7.步進(jìn)電機(jī)
2-4橫向傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
2.3.3縱向傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
1.導(dǎo)軌擋塊 2.螺栓M12 3.導(dǎo)軌 4.絲杠螺母 5.導(dǎo)軌滑塊
6.軸承 7.聯(lián)軸器 8.螺栓M8 9.步進(jìn)電機(jī)
圖2-5 縱向傳動(dòng)系統(tǒng)圖
2.4控制系統(tǒng)
由于機(jī)床要實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制，因而采用工業(yè)上通用的PLC控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制。可編程控制器PLC是針對(duì)繼電器邏輯控制器系統(tǒng)復(fù)雜、故障率高等致命缺點(diǎn)而發(fā)展起來的可編程智能型控制器，目前已經(jīng)成為工業(yè)設(shè)備的重要控制手段。
可編程序控制器是以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制對(duì)象、面向控制過程的“自然語言編程，簡(jiǎn)單易懂、操作方便、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置,是現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱。雖然因PLC本質(zhì)上是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有較大不同，具有一定的特殊性。PLC的CPU是不能并行的進(jìn)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作的原理，每一時(shí)刻只執(zhí)行一個(gè)操作，隨著時(shí)間的延續(xù)，一個(gè)操作接著一個(gè)操作地順序執(zhí)行，這種分時(shí)操作過程稱CPU對(duì)程序的掃描[18]。
2.4.1 PLC的特點(diǎn)
(1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)
PLC往往工作在環(huán)境非常惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，要求其具有很長(zhǎng)的平均無故障間隔時(shí)間。因此，在PLC設(shè)計(jì)中，在硬件上對(duì)元器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和優(yōu)化，采用電源多級(jí)濾波和穩(wěn)壓措施、電磁屏蔽、輸入輸出濾波、光電隔離及通道間絕緣，輸入電源與輸出電源均可相互獨(dú)立，還設(shè)置了連鎖、檢測(cè)與診斷電路。在結(jié)構(gòu)上采用密封防塵抗震的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部封裝；在軟件上采用循環(huán)掃描工作方式、程序語法檢查等措施。所有的特殊設(shè)計(jì)使PLC的平均無故障間隔達(dá)5萬