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第一章緒論

1.1 石材加工設(shè)備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在我國，石材的加工和應(yīng)用有著悠久的歷史。現(xiàn)如今，隨著房地產(chǎn)和建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，外觀優(yōu)美、經(jīng)久耐用、風格典雅的石材飾品越來越受到人們的喜愛。花崗巖、大理石等石材裝飾產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于家庭、賓館、廣場等場合。隨著應(yīng)用的廣泛，對石材產(chǎn)品的形狀要求也越來越復雜化和多樣化，加工精度要求也隨之不斷提高。然而，傳統(tǒng)的石材加工設(shè)備技術(shù)自動化程度低、人工依賴性強，加工過程中對人體健康危害性大，已不符合科學、循環(huán)、環(huán)保經(jīng)濟的發(fā)展理念。因此，提高石材加工設(shè)備的自動化程度和加工精度是必然趨勢。

20 世紀中葉，在德國、意大利、美國等歐美發(fā)達國家，石材加工設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，促進了石材行業(yè)的快速發(fā)展。20 世紀 80 年代，意大利成為世界石材設(shè)備技術(shù)開發(fā)和制造的發(fā)達國家。20 世紀末，隨著石材產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，我國開始自主研發(fā)石材加工設(shè)備，并取得了一定成效[1]。

1.1.1 國外石材加工設(shè)備技術(shù)發(fā)展概況

國外在石材加工設(shè)備領(lǐng)域起步較早，以意大利和德國為代表，其設(shè)備以高效率、高質(zhì)量、先進的自動化程度代表著世界石材裝備行業(yè)先進的發(fā)展方向。尤其在把五軸數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于石材加工后，研發(fā)出了一系列先進的石材加工設(shè)備，操作方便、功能齊全。生產(chǎn)成本得到有效控制，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，在國際市場占據(jù)著主導地位。把已經(jīng)在金屬加工領(lǐng)域發(fā)展成熟的數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于石材加工是目前研發(fā)的主流方向，具有更好的人機交互功能，更高的自動化程度和加工精度，更多樣化的加工圖形等優(yōu)點。

通過以下兩款國外先進設(shè)備的功能介紹，我們大致可以總結(jié)出國外石材加工設(shè)備發(fā)展的現(xiàn)狀[2]。

意大利 ISAC 公司生產(chǎn)的五軸石材橋切機，如圖 1-1 所示，采用 CNC 控制，集切割和雕銑功能于一體，具有非常便捷的人機交互功能，能夠完成平面切、立體切、仿形和異形等加工功能。控制系統(tǒng)兼有繪圖軟件，其自帶的圖形庫可滿足大部分用戶需求，同時還可根據(jù)實際加工需求自定義加工圖形。功能強大的圖形編輯功能，可完成多個圖形的自動排布、干涉判斷及自動處理、軌跡顯示和移動旋轉(zhuǎn)等。另外，還具有視覺功能，對于大型板材加工時定位困難和不準等情況，可實現(xiàn)自動對刀和定位。大大提高了自動化和智能化程度，具有高效率、高精度和高可靠性等優(yōu)點，在國內(nèi)市場廣受好評。

德國的歐馬克公司研發(fā)的多軸聯(lián)動石材加工中心集拋磨、雕銑等多種功能于一體。不僅可以進行平面切割，同時還可以利用自動換刀功能進行立體雕銑。因此，能夠滿足對加工圖形輪廓日益復雜化和多樣化的要求，由于控制系統(tǒng)采用CNC 技術(shù)，其加工精度和加工效率也能夠得到有效保證。廣泛用于佛像雕刻、羅馬柱加工和家庭廚房臺板的切割等石材產(chǎn)品[3]。

通過以上兩款國外先進的石材加工設(shè)備，我們從中可大致總結(jié)出石材加工機械發(fā)展的方向及主要特點[4]。

1. 石材加工設(shè)備向自動化、智能化方向發(fā)展。

2. 石材加工設(shè)備向高精度、高效率、低能耗、綠色環(huán)保方向發(fā)展。

3. 石材加工設(shè)備向開放性、可擴展性方向發(fā)展。

4. 多軸聯(lián)動，功能集約化。如五軸石材橋切機可集二維、三維加工能于一體。

1.1.2 國內(nèi)石材加工設(shè)備技術(shù)發(fā)展概況

我國從 20 世紀 90 年代已經(jīng)開始自主研發(fā)石材加工機械設(shè)備。然而由于起步較晚，早期所研發(fā)的加工設(shè)備在實際的加工過程中，粉塵大、噪聲污染嚴重，嚴重威脅操作工人的身心健康；材料浪費嚴重、高耗低能，不符合可持續(xù)發(fā)展要求。面對人口紅利優(yōu)勢丟失導致用工難以及環(huán)境污染等問題，傳統(tǒng)發(fā)展方式已不適應(yīng)當前時代要求。因此，我們必須進行產(chǎn)業(yè)升級，走綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展道路，實現(xiàn)傳統(tǒng)粗放式的增長模式向集約生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型。多年來，我國石材加工設(shè)備技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個模仿、引進消化吸收和自主創(chuàng)新相結(jié)合的發(fā)展歷程。隨著國家政策的利好和研發(fā)投入的不斷加大，國內(nèi)出現(xiàn)了一大批優(yōu)秀的石材設(shè)備制造企業(yè)，如山東華興、廈門銀華、福建盛達、莆田華隆等企業(yè)結(jié)合自身優(yōu)勢，引進消化吸收國外先進技術(shù)，自主研發(fā)出比較先進的石材加工設(shè)備，并得到廣泛的應(yīng)用。我國已具備石材加工設(shè)備自主研發(fā)和創(chuàng)新的能力，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)水平等方面都日趨完善，形成了相對完整的行業(yè)體系，在滿足國內(nèi)石材市場需求的同時已逐步走向國際市場[5]。

但是由于起步較晚，縱觀國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，與國外相比，國內(nèi)石材加工設(shè)備與加工技術(shù)尚存在一定的差距，主要有以下幾點：

1. 自主研發(fā)的用于石材加工領(lǐng)域的數(shù)控系統(tǒng)幾乎是空白；

2. 復雜曲面和立體加工的自動編程軟件的研究與開發(fā)尚不完善；

3. 針對石材行業(yè)的繪圖軟件的研究與開發(fā)，意大利等發(fā)達國家所開發(fā)的繪圖軟件，可以直接與控制系統(tǒng)建立連接，不但有強大的圖形庫，還可以根據(jù)用戶需求自定義圖形，并且有非常強大的圖形編輯功能，如軌跡修改和顯示、自動最優(yōu)排布、自動干涉判斷和處理等。

1.2 ServoWorks 開放式數(shù)控系統(tǒng)簡介

IEEE（美國電氣與電子工程師協(xié)會）把開放式系統(tǒng)定義為：一個開放式系統(tǒng)應(yīng)能在不同供應(yīng)商提供的不同平臺之上有效地運行各種應(yīng)用系統(tǒng)，可以與其他應(yīng)用系統(tǒng)相互操作[6]。但是與傳統(tǒng)封閉式數(shù)控系統(tǒng)相比，所謂的“開放性”是指數(shù)控系統(tǒng)具有高度模塊化的結(jié)構(gòu)，機床生產(chǎn)廠商可以根據(jù)實際具體的功能需求，對系統(tǒng)的功能模塊進行重組、修改和擴充等，從而在有限時間內(nèi)迅速建立起一個可重構(gòu)的系統(tǒng)平臺。

1.2.1 開放式數(shù)控系統(tǒng)的特征

20 世紀 80 年代，美國軍方首先提出了 NGC 計劃（Next GenerationWorkstation/Machine Controller）和開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標準SOSAS（Standards ofOpen System Architecture For Control within Automation System）[7]。發(fā)展至今，已成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主流方向，在市場上占據(jù)著主導地位，開放式數(shù)控系統(tǒng)突出的特征有以下幾點：

1. 開放性。開放性是指具有平臺無關(guān)性，不受硬件和操作系統(tǒng)等平臺的限制，用戶可根據(jù)具體的實際情況對系統(tǒng)平臺進行重新配置，對人機交互界面進行修改和擴充。數(shù)控系統(tǒng)的開放性讓功能開發(fā)更加靈活，大大提高了系統(tǒng)的柔性。既可以兼容特定軟件擴充系統(tǒng)功能，又可以有選擇的舍棄一些功能模塊以適應(yīng)特定的功能要求。

2. 模塊化。模塊化包含兩層含義：一是功能模塊化，用戶可根據(jù)實際需求有選擇的對功能模塊進行重組；二個是體系結(jié)構(gòu)模塊化，內(nèi)部算法是相互獨立的、可替換的，各功能的實現(xiàn)不會因此而受到限制。模塊化特點可使得控制器具有兩大特性。一是可互操作性，系統(tǒng)平臺利用標準化接口和統(tǒng)一的通信協(xié)議，可以不受限制的運行不同的功能模塊。二是可移植性，系統(tǒng)內(nèi)部算法和軟件功能與硬件設(shè)備無關(guān)，即使系統(tǒng)的功能模塊是由不同開發(fā)商提供，只要采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、設(shè)備接口和控制機理，就可以根據(jù)實際需求自由配置硬件平臺，并不影響系統(tǒng)功能模塊的正常運行，因此可以給用戶較大的選擇配置空間，降低了生產(chǎn)成本[8 ]。

3. 標準化。開放式數(shù)控系統(tǒng)雖然有很強的開放性，但也是在一定規(guī)范下的開放，在開發(fā)的過程當中需要制定一個統(tǒng)一的標準。所謂的標準化包括開發(fā)語言和外部接口兩層含義。對系統(tǒng)進行功能開發(fā)時，使用的開發(fā)語言應(yīng)與底層代碼所采用的開發(fā)語言保持一致；外部接口包括 NC/PLC 編程接口、通訊接口等應(yīng)符合行業(yè)標準或國際標準，以保證其通用性[9]。

4. 二次開發(fā)。根據(jù)實際需求，用戶可對數(shù)控系統(tǒng)功能進行二次開發(fā)。