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第一章绪论

1.1 石材加工设备技术发展现状

在我国，石材的加工和应用有着悠久的历史。现如今，随着房地产和建筑行业的迅速发展，外观优美、经久耐用、风格典雅的石材饰品越来越受到人们的喜爱。花岗岩、大理石等石材装饰产品广泛应用于家庭、宾馆、广场等场合。随着应用的广泛，对石材产品的形状要求也越来越复杂化和多样化，加工精度要求也随之不断提高。然而，传统的石材加工设备技术自动化程度低、人工依赖性强，加工过程中对人体健康危害性大，已不符合科学、循环、环保经济的发展理念。因此，提高石材加工设备的自动化程度和加工精度是必然趋势。

20 世纪中叶，在德国、意大利、美国等欧美发达国家，石材加工设备得到广泛应用，促进了石材行业的快速发展。20 世纪 80 年代，意大利成为世界石材设备技术开发和制造的发达国家。20 世纪末，随着石材产品的广泛应用，我国开始自主研发石材加工设备，并取得了一定成效[1]。

1.1.1 国外石材加工设备技术发展概况

国外在石材加工设备领域起步较早，以意大利和德国为代表，其设备以高效率、高质量、先进的自动化程度代表着世界石材装备行业先进的发展方向。尤其在把五轴数控技术应用于石材加工后，研发出了一系列先进的石材加工设备，操作方便、功能齐全。生产成本得到有效控制，提高了生产效率和产品质量，在国际市场占据着主导地位。把已经在金属加工领域发展成熟的数控技术应用于石材加工是目前研发的主流方向，具有更好的人机交互功能，更高的自动化程度和加工精度，更多样化的加工图形等优点。

通过以下两款国外先进设备的功能介绍，我们大致可以总结出国外石材加工设备发展的现状[2]。

意大利 ISAC 公司生产的五轴石材桥切机，如图 1-1 所示，采用 CNC 控制，集切割和雕铣功能于一体，具有非常便捷的人机交互功能，能够完成平面切、立体切、仿形和异形等加工功能。控制系统兼有绘图软件，其自带的图形库可满足大部分用户需求，同时还可根据实际加工需求自定义加工图形。功能强大的图形编辑功能，可完成多个图形的自动排布、干涉判断及自动处理、轨迹显示和移动旋转等。另外，还具有视觉功能，对于大型板材加工时定位困难和不准等情况，可实现自动对刀和定位。大大提高了自动化和智能化程度，具有高效率、高精度和高可靠性等优点，在国内市场广受好评。

德国的欧马克公司研发的多轴联动石材加工中心集抛磨、雕铣等多种功能于一体。不仅可以进行平面切割，同时还可以利用自动换刀功能进行立体雕铣。因此，能够满足对加工图形轮廓日益复杂化和多样化的要求，由于控制系统采用CNC 技术，其加工精度和加工效率也能够得到有效保证。广泛用于佛像雕刻、罗马柱加工和家庭厨房台板的切割等石材产品[3]。

通过以上两款国外先进的石材加工设备，我们从中可大致总结出石材加工机械发展的方向及主要特点[4]。

1. 石材加工设备向自动化、智能化方向发展。

2. 石材加工设备向高精度、高效率、低能耗、绿色环保方向发展。

3. 石材加工设备向开放性、可扩展性方向发展。

4. 多轴联动，功能集约化。如五轴石材桥切机可集二维、三维加工能于一体。

1.1.2 国内石材加工设备技术发展概况

我国从 20 世纪 90 年代已经开始自主研发石材加工机械设备。然而由于起步较晚，早期所研发的加工设备在实际的加工过程中，粉尘大、噪声污染严重，严重威胁操作工人的身心健康；材料浪费严重、高耗低能，不符合可持续发展要求。面对人口红利优势丢失导致用工难以及环境污染等问题，传统发展方式已不适应当前时代要求。因此，我们必须进行产业升级，走绿色环保和可持续发展道路，实现传统粗放式的增长模式向集约生产方式转型。多年来，我国石材加工设备技术的发展经历了一个模仿、引进消化吸收和自主创新相结合的发展历程。随着国家政策的利好和研发投入的不断加大，国内出现了一大批优秀的石材设备制造企业，如山东华兴、厦门银华、福建盛达、莆田华隆等企业结合自身优势，引进消化吸收国外先进技术，自主研发出比较先进的石材加工设备，并得到广泛的应用。我国已具备石材加工设备自主研发和创新的能力，在产品结构和工艺技术水平等方面都日趋完善，形成了相对完整的行业体系，在满足国内石材市场需求的同时已逐步走向国际市场[5]。

但是由于起步较晚，纵观国内发展现状，与国外相比，国内石材加工设备与加工技术尚存在一定的差距，主要有以下几点：

1. 自主研发的用于石材加工领域的数控系统几乎是空白；

2. 复杂曲面和立体加工的自动编程软件的研究与开发尚不完善；

3. 针对石材行业的绘图软件的研究与开发，意大利等发达国家所开发的绘图软件，可以直接与控制系统建立连接，不但有强大的图形库，还可以根据用户需求自定义图形，并且有非常强大的图形编辑功能，如轨迹修改和显示、自动最优排布、自动干涉判断和处理等。

1.2 ServoWorks 开放式数控系统简介

IEEE（美国电气与电子工程师协会）把开放式系统定义为：一个开放式系统应能在不同供应商提供的不同平台之上有效地运行各种应用系统，可以与其他应用系统相互操作[6]。但是与传统封闭式数控系统相比，所谓的“开放性”是指数控系统具有高度模块化的结构，机床生产厂商可以根据实际具体的功能需求，对系统的功能模块进行重组、修改和扩充等，从而在有限时间内迅速建立起一个可重构的系统平台。

1.2.1 开放式数控系统的特征

20 世纪 80 年代，美国军方首先提出了 NGC 计划（Next GenerationWorkstation/Machine Controller）和开放式系统体系结构标准SOSAS（Standards ofOpen System Architecture For Control within Automation System）[7]。发展至今，已成为数控系统发展的主流方向，在市场上占据着主导地位，开放式数控系统突出的特征有以下几点：

1. 开放性。开放性是指具有平台无关性，不受硬件和操作系统等平台的限制，用户可根据具体的实际情况对系统平台进行重新配置，对人机交互界面进行修改和扩充。数控系统的开放性让功能开发更加灵活，大大提高了系统的柔性。既可以兼容特定软件扩充系统功能，又可以有选择的舍弃一些功能模块以适应特定的功能要求。

2. 模块化。模块化包含两层含义：一是功能模块化，用户可根据实际需求有选择的对功能模块进行重组；二个是体系结构模块化，内部算法是相互独立的、可替换的，各功能的实现不会因此而受到限制。模块化特点可使得控制器具有两大特性。一是可互操作性，系统平台利用标准化接口和统一的通信协议，可以不受限制的运行不同的功能模块。二是可移植性，系统内部算法和软件功能与硬件设备无关，即使系统的功能模块是由不同开发商提供，只要采用统一的数据格式、设备接口和控制机理，就可以根据实际需求自由配置硬件平台，并不影响系统功能模块的正常运行，因此可以给用户较大的选择配置空间，降低了生产成本[8 ]。

3. 标准化。开放式数控系统虽然有很强的开放性，但也是在一定规范下的开放，在开发的过程当中需要制定一个统一的标准。所谓的标准化包括开发语言和外部接口两层含义。对系统进行功能开发时，使用的开发语言应与底层代码所采用的开发语言保持一致；外部接口包括 NC/PLC 编程接口、通讯接口等应符合行业标准或国际标准，以保证其通用性[9]。

4. 二次开发。根据实际需求，用户可对数控系统功能进行二次开发。