摘要：石材加工設備包括了鋸切加工設備、磨拋加工設備、異型加工設備。石材設備跟隨著整個石材行業一同蓬勃發展，但是中國的石材行業還是一個新興的行業，石材加工設備及其應用還有 不足之處，與國際先進水平還有一定差距，對這些現狀需要我們總結和認清，同時對石材加工設備的發展也有所展望。
　　
　　關鍵字：金剛石圓盤鋸、樹脂磨具、多維數控
　　
　　一、前言
　　
　　天然石材由于具有質感好，外觀莊重，設備及無力化學性能良好（如耐壓、耐磨及耐腐蝕）等優點，自古以來就成為一種優良的建筑材料。在古代，石材的加工完全是靠手工操作完成，直到19世紀，歐洲才出現了第一臺用于加工石材的設備，這給石材加工行業帶來了一場革命，從此，石材加工開始從手工操作向設備化方向發展。改革開放二十多年來，我國石材工業取得了快速發展，同時石材裝備水平也不斷地提升。石材業先后出現了世紀80年代末至90年代末至本世紀初期兩次引進國外先進裝備的高潮，在此帶動下國產石材裝備制造水平也迅速提高。當然，如果是縱比，也就時說與自身的過去比，我國石材業裝備長足的發展是毋庸置疑的；而橫比，即與國際上石材業發達的國家比，業內認識都會承認存在差距。本文按石材加工方式的不同，就國內石材裝備情況及發展趨勢，做簡單分析。
　　
　　二、鋸切加工設備
　　
　　石材的鋸切加工設備種類很多，但目前仍以框架式鋸機和靜安是圓盤式鋸機為主。
　　
　　框架鋸主要由鋸框、鏈桿、立柱框架、鋸條等部件組成。其工作原理為裝在鋸框上的鋸條在連桿的帶動下隨著鋸框作往復運動，同時通過升降傳動機構連續向下作進給運動，從而實現對石材的鋸切加工。最早的框架式鋸機由于所使用的刀具是鋼條和砂料，故被稱為鋼砂鋸。當今鋼砂鋸的發展趨勢是自動化和大型化。比如，目前世界上做大的框架據一次可生產120塊板材，鋸條行程為80厘米。另外，鋸機的鋸切工藝參數可在一定范圍內自動調節，連桿行程實現不停機自動補償。
　　
　　由于鋼砂鋸要消耗大量的鋼砂和石灰，加工后所產生的大量廢鋼砂漿很難處理，對環境污染嚴重，而且噪音很大，因此，目前框架據的一個引人注目的發展動向時采用鑲焊金剛石燒結塊為刀頭的鋸條。1970年意大利首先推出了兩種使用金剛石刀頭鋸條的大型框架鋸機。一種可鋸切的大理石荒料寬度為2米，長度為3.5米，一次可鋸切2厘米厚的板材100塊，生產效率比普通框架鋸機提高20%。
　　
　　目前，這種金剛石的鋸條主要局限在大理石的加工中，還不能用于鋸切花崗石等較硬的石材。原因時框架鋸的鋸條作往返運動時，會致使金剛石的燒結塊刀頭上的金剛石磨料后部無法形成拖尾狀支撐，把持力小，容易從胎體上脫落。因此，用框架鋸來鋸花崗石大板一直沿用鋼砂鋸。
　　
　　由于框架鋸的鋸切過程是非連續性的，，鋸切速度慢，一般不超過2 ，這么低的切割速度嚴重地地制約了加工效率的提高。因此，一種新的石材加工設備金剛石圓盤鋸機應運而生，該鋸機主要由機架、鋸片驅動電機及金剛石圓鋸片、升降進給導向裝置、鋸片平移導軌等組成，其工作原理為裝在主軸上的金剛石圓鋸片作旋轉運動和在橫梁導軌上作往復直線運動，通過升降進給導向裝置，實現鋸片的上下運動和準確吃刀。與框架鋸相比，圓盤鋸的鋸切先速度可達30~45 ，從而極大地提高了加工效率。因此，目前圓盤鋸機是石材鋸切加工中運用最為廣泛的鋸切設備。但是另一方面，圓盤鋸機的鋸切深度受到了鋸片直徑的限制，一般不能超過鋸片直徑的。1980年德國研制成功直徑達5米的圓鋸片，據稱是世界上最大的圓盤鋸機。但是，由于鋸機的驅動軸不能完全有效地支承較大重量的圓鋸片沿空間垂直平面進行鋸切，同時，由于鋸片的直徑太大，致使鋸路不平直，因此從技術上說，圓鋸片難于做得很大。雖然圓鋸片的鋸切線速度比框架高的多，但從鋸切深度和一次鋸切的板材數量上說，圓鋸片不如框架鋸，所以在石材大板生產中，圓鋸片鋸機在短期內還不能完全替代框架鋸。
　　
　　為了進一步提高石材加工的效率，人們在單片圓盤鋸的基礎上提出了組合鋸，即將多片圓盤鋸以一定的間隔裝在用一主軸上用時對石材進行加工。雖然從鋸機的結構上，組合鋸與單片圓盤鋸并沒做太多的改進，但是由于組合鋸鋸片數目可多達上百片。因此，一次加工可以生產上百片毛板，使得生產效率大為提高。另一方面，為了提高石材加工的自動化程度，人們在用組合鋸機將石材荒料鋸切薄板的同時，用水平鋸機將石材薄板鋸切成板條，這種垂直鋸切和水平鋸切集中在一臺機器上完成的設備陳偉雙向切機。雙向切機選在多為生產線中的主機，它是近代石材工業中發展最為迅速的一種設備。用雙向切機進行加工，生產效率可大為提高，而生產成本大幅度降低。
　　
　　國內石材行業應用的金剛石框架和花崗石砂鋸，主要時進口意大利設備。進入二十世紀后，國內先后有幾家公司開始消化吸收意大利大板加工設備的技術，生產國產框架據和花崗石砂鋸，但是由于關鍵技術沒有掌握，在工作效率、切割成本以及連續無故障運行等方面與意大利設備還存在較大差距。廣東利達、福建盛達、廣東科達、濟南恒運達等企業均生產框架據和砂鋸。上海飛宙公司引進意大利BM公司的技術生產的花崗石砂鋸，質量及性能較好，在國內市場占有率較高。大理石排鋸在國內應用量較大，而且國產設備相對成熟，主要存在問題時鋸框導軌系統及液壓漲緊系統故障較多，意大利設備以雙連桿為主，而且國產設備以單連桿為主。山東華興已設計出靜壓導軌和雙連桿驅動的金剛石框架鋸，今年將推向市場。
　　
　　花崗石砂鋸在國內石材行業應用情況較差，除少數較大企業及外資企業能夠正常使用外，大部分企業的砂鋸基本處于停產狀態，主要原因是國內缺少砂鋸切割工作的操作管理經驗，特別是砂鋸的砂漿配料及供漿系統與意大利石材企業相比，還存在較大的差距。
　　
　　國內大理石框架鋸鋸條數量主要時80條、400條；花崗石砂鋸鋸條數量主要有120條、156條框架鋸的發展主要時向著高速切削、鋸條超薄方向發展，砂鋸主要時朝著大型多鋸條方向發展。目前山東華興已研究出新型花崗石砂鋸，正在進行研究試驗，該項技術成功后，將是砂鋸的切割效率提高10倍以上，將極大地推動花崗石大板切割技術的進步。
　　
　　國內少數企業采用金剛石串珠繩鋸進行切割，繩鋸切割大幅面板材主要存在平面度誤差比較大的問題，厚度要求嚴格時，切削出的板材需要進行定厚機定厚，切割成本較高。
　　
　　另外，在進行碑石切割及條石切割時，主要采用金剛石圓盤鋸石機，配套專用切割機進行加工。目前有多片條石切割機、條石齊頭切割機、蘑菇石專用切割機。
　　
　　三、磨拋加工設備
　　
　　石材的磨拋加工設備，按加工的自動化程序可分為單塊作業的磨拋機和連續作業的磨拋機。各種磨拋加工都采用了垂直軸恒壓端面加工，這是因為垂直軸加工時工具與工件之間為面的接觸，加工面積大，加工效率高。目前以手扶式磨機及多頭連續磨拋機運用最為廣泛。手扶式磨拋機是飾面石材的傳統磨拋加工設備。其基本結構由主搖臂、副搖臂、主電機、主軸和加壓裝置、立柱、搖臂基座、升降電機及絲桿、扶手等組成。
　　
　　該機工作原理為主電機通過皮帶傳動使垂直安裝的主軸和安裝在主軸下的磨盤作旋轉運動，使用扶手借助兩節搖臂可使磨盤沿著石材制品表面移動和在有限范圍內上下移動，通過加壓裝置或人工加壓時磨盤上磨石對石材便面產生磨削作用，從而完成研磨拋光作業。它在同一臺機床上通過手工更換磨盤的方法，可相續完成粗磨、半細磨、細磨、精磨、拋光的全部作業。其主要優點是機床結構簡單，操作容易，投資少，但工人的老公強度大，所能加工的板材面積有限。由于通過工人眼睛觀察來確定不同粒度磨盤的更換，所以要求工人技術水平較高，而產品的最終質量也會因人而異。目前此設備主要用于異型板材的磨拋加工。多頭式連續磨拋機是一種新型先進的研磨拋光設備，它通過在生產線上安裝多個不同的磨塊和拋光塊，一次性完成石材的粗磨、細磨、精磨、拋光的全部加工過程。該機主要由磨頭、磨頭電機、磨盤傳動架、機架、自動傳送帶及傳動軸、總控制盤、磨盤控制盤、油壓站、噴水冷卻裝置等組成。連續多頭磨拋機加上的自動化程度高。操作人員的勞動強度小，生產效率高，可靠性好，生產損耗少，而且加工精度高，磨拋板材的質量穩定，該設備在國內外已被廣泛采用。同時它也有一些缺點，比如安裝調試復雜，投資大，生產成本高，而且只能用于加工平面板材，對于異形板材的加工并不使用。目前此設備正被廣泛用于普通平板的加工，特別是大面積飾面板材的加工。
　　
　　國產連續磨拋生產線，近幾年也大量地被國內石材企業使用，如廣東科達、福建盛達、廣東合升等企業生產的連續磨拋機也大量應用在國內石材加工業，山東華興已研制出連續磨拋生產線，并于去年銷售越南、哈殺克斯坦等國家。石材磨光技術也不斷發展，近幾年樹脂磨具也廣泛取代了菱苦土磨具，金剛石磨具也被大量地應用。
　　
　　石材磨光設備主要發展方向是采用電氣控制新技術，將光、液、電一體化。現在大板磨拋設備的磨拋厚度越來越薄，寬面薄板磨拋技術將被應用。
　　
　　石材磨拋設備國產化技術水平正在與意大利先進技術差距不斷縮小，隨著石材設備生產企業制造及設計水平的不斷提高，國產磨拋設備將很塊趕超意大利。
　　
　　四、異型加工設備
　　
　　由于異型石材制品附加值高，無論是現代建筑或碑石和石材家具制造，對異型石材制品的要求都與日俱增。石材的異型加工若用人工或單工序設備加工，則勞動量大，生產效率低，拋光成本高，難于滿足質量要求；而且運用精鋼是工具損耗快。因此，國內外出現了很多專門針對異型石材設計的設備。異型石材加工設備按制品加工形狀的不同可分為兩類：一類是用來加工等截面的石材異型制品，或者截面形狀相識，但面積不等的異型回轉體制品；另一類用來加工截面形狀不等的空間立體制品，二者控制維數是不同的。針對異型石材制品的加工形狀不同，對設備的要求也是不同的。對于用來加工等截面的石材異型制品，或者截面形狀不等的異型回轉體制品，以金剛石串珠繩鋸和高壓水射流技術為主，而對于用來加工截面形狀不等的空間立體制品則主要是仿形數控設備為主。
　　
　　數控金剛石串珠鋸是使用柔性刀具加工異型石材制品的數控加工設備，主要由繩輪、金剛石串珠、導向輪電機、機架、繩輪推進設備等組成。該機所采用的切削刀具是串珠繩，它利用串珠（金剛石燒結環）內含有的金剛石顆粒，在石材表面以20 或更高的線速度高速運動。切割石材適合于加工體積大，厚度大的異型石材制品。繩鋸具有較高的切割效率和較大的切割面積，使用靈活，而且無噪音、無振動，并可獲得光滑的切割表面。目前開發的串珠鋸，已從只能安裝一根金剛石串珠繩的單繩式串珠鋸發展到可同時安裝60根串珠繩的多繩式金剛石串珠鋸。與早期的占地面積很大的多繩串珠鋸相比，今日的多繩串珠鋸已經變得更加輕巧實用，設備外型尺寸與普通的串珠整形機相差無幾。
　　
　　高壓水射流技術時以高壓水射流或磨料射流為切割手段的石材加工技術，以異型石材制品的加工為突破進入石材加工領域并在石材加工中應用發展得很快。這是一種刀具簡單，無粉塵污染，低噪音，切口狹窄的切割技術。在石材行業，它主要用于石材拼花板材的加工和各種平板材類石材標志加工，而且產品批量大，精度高。數控高壓水射流切割機由高壓水泵、工作主機和數控系統三部分組成。這一技術裝備遠比現在生產使用的加工設備造價低，產品加工成本低，功耗低，而且磨損料和水可回收利用，設備應用范圍廣，時我國石材工業發展中值得重視的一項很有前景的新技術。由于有關技術和關鍵的問題還未得到完全徹底解決，故在國內石材加工中好沒得到廣泛應用。
　　
　　雖然繩鋸機和高壓水射流切割機在異型石材的加工中的到了廣泛的運用，但是從嚴格意義來說，這兩種設備并不能完成真正的三維石材制品的加工。隨著計算機技術的發展，針對截面形狀不等的空間立體制品，出現了各種多功能、高效率的數控加工設備。這些加工設備可以通過編程來完成多種復雜形狀的石材異型制品加工，如回轉體、主體雕刻制品加工、平面雕刻加工。這種加工設備的最大優點是一次裝夾可以完成多工序作業，加工質量和加工精度都很高，很適宜加工復雜的輪廓，缺點是只能單件生產，而且對刀具的技術要求很高。
　　
　　目前。國內石材異型加工設備也有幾十種，但是與意大利等先進設備相比，還存在很大差距。國內少數大型石材加工企業，近幾年從意大利引進數控異型加工設備，進行復雜的異型石材加工，進口異型加工設備主要有石材加工中心、臥式數控加工機床、立式數控加工機床、數控臺面加工機床等。
　　
　　石材異型加工有許多工序，即使是大企業，也是靠手工完成，特別是不規則形狀表面的磨拋光，基本上是靠手工完成。國產異型加工設備雖然有許多品種，但真正功能強的數控加工機床還沒有，主要時簡單的數控（二軸聯動、三軸聯動）機床，再就是采用成形刀具進行異型加工。異型石材加工設備的發展空間較大，主要方向就是多維數控，異型石材的設備磨拋光技術，各種復雜空間曲面的加工設備及刀具，可以借鑒金屬數控加工設備的結構及控制技術，用于石材異型加工設備。石材平面異型加工設備工藝較成熟，數控金剛石串珠繩鋸，數控水刀切割機，三維數控銑床等異型加工設備已經成熟，并廣泛應用于石材加工。圓弧石材、球形石材的切割及磨拋技術相對成熟。異型磨邊設備（特別是各種圓弧邊），近幾年不斷推向市場，并實現了多頭連續磨削、磨光，設備化水平不斷提高。
　　
　　應該指出，石材設備除了上述集中主要加工設備外，還應包括金剛石鏈鋸、倒角機等。其他設備在石材加工中使用有限，故不在此贅述。
　　
　　五、國內石材設備發展趨勢
　　
　　從國外石材設備今年來的發展和在國內石材行業中的應用，目前國內石材設備的發展趨勢主要體現在三個方面：
　　
　　1、石材設備向高效方面發展，如在鋸片數量上增加；
　　2、石材設備向自動化方面發展，如數控技術在石材加工設備的廣泛運用；
　　3、石材設備向環境化發展，如金剛石串珠繩鋸，高壓水射流等環保加工設備的研制與應用。
　　
　　可以預見，隨著石材加工技術及裝備的進步，石材加工企業將朝著工廠化、管理信息化、優質低耗的方向發展，而高效以及自動化依然是石材設備發展的永恒主題！