天然石材（nature stones）：建筑物的裝飾材料,自然本色、絢麗多彩、美觀耐用、豪華氣派，現(xiàn)代高檔建筑裝飾的理想選擇。

我國石材資源極為豐富，目前已探明的花崗石儲量達(dá)千億m3，有150多個花色品種，大理石儲量為2000億m3，有390多個花色品種，其資源儲量及花色品種占世界首位。

石材加工由平面板材為主向平面板材、圓柱體、多面體、曲面體、雕刻品等多品種石材制品發(fā)展。采用鑿子和鏨子等進(jìn)行剝落和研磨的手工方式加工石材的傳統(tǒng)加工方法，有著悠久的歷史，但粉塵和勞動強(qiáng)度大，工效低，尺寸精度和表面質(zhì)量較差。從本世紀(jì)70年代至今，陸續(xù)研制出各種專用機(jī)械加工石材設(shè)備，如金剛石繩鋸、金剛石鋸切機(jī)、立式雕刻機(jī)、多功能數(shù)控加工中心等，其工作效率大大超過了手工加工，并且實現(xiàn)了石材的工業(yè)化批量生產(chǎn)。

1．金剛石鋸切機(jī)加工

金剛石鋸切工具（diamond sawing tools）：切削性能和抗磨損性能優(yōu)越，在石材等許多工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，但金剛石鋸片造價較高，其使用壽命直接影響石材的加工成本。因此，在正確選擇鋸片的同時，應(yīng)采用合理的鋸切工藝參數(shù)，以提高鋸片使用壽命和切割效率。

（1） 金剛石鋸片的磨損

金剛石鋸片(diamond blade)的磨損性能是反映鋸切工藝參數(shù)合理性、鋸切工具性能、石材可鋸切加工性的重要指標(biāo)之一。

典型的金剛石磨損過程為：金剛石出刃→達(dá)到工作高度→破碎→結(jié)合劑磨蝕→金剛石再出刃→磨粒破碎→磨粒完全脫落。

金剛石磨粒的磨損過程中，不斷進(jìn)行的微破碎、局部破碎過程使得新的切削刃不斷產(chǎn)生，鋸片處于鋒利切削狀態(tài)，切削效率高，切削功率消耗降低，但鋸片使用壽命降低；而金剛石的不斷磨平和拋光，會使切削刃鈍化，切削力增大，切割效率降低，而鋸片的使用壽命有所提高。

（2）鋸切工藝參數(shù)選擇

鋸切工藝參數(shù)中，鋸切速度對鋸片磨損性能影響最大，它主要是通過引起鋸切溫度和機(jī)械載荷的變化，導(dǎo)致金剛石磨粒產(chǎn)生不同形態(tài)的磨損。在低速區(qū)，機(jī)械載荷對鋸片磨損起著主要作用，增大鋸切速度，單顆金剛石磨粒切削厚度及有效切削面積減小，因此，機(jī)械載荷隨之減小，鋸片徑向磨損減小，金剛石磨損形態(tài)以磨平、脫落為主；在高速區(qū)，機(jī)械載荷沖擊及熱載荷對鋸片磨損有決定性影響，隨著鋸切速度的提高，熱載荷及機(jī)械載荷沖擊作用增大，鋸片磨損加劇，金剛石磨粒以破碎形式居多。

鋸切深度和進(jìn)給速度的改變主要是通過引起機(jī)械載荷的變化影響鋸片磨損性能。增大鋸切深度或進(jìn)給速度，單顆金剛石磨料切削厚度隨之增大，切削載荷增大，鋸片磨損加劇。此外，增大鋸切深度，還會使金剛石磨粒與巖石接觸弧長隨之增大，由于摩擦作用，金剛石磨損形態(tài)以磨平為主，切削刃變鈍，從而使切削載荷增大，鋸切過程不穩(wěn)定。在相同鋸切率情況下，采用大鋸切深度小進(jìn)給速度時，金剛石磨粒的切削厚度相對減小，切削路徑長，金剛石磨粒的磨損形式以熱載荷作用導(dǎo)致的磨平為主，而破碎的磨粒數(shù)減少；采用小鋸切深度、大進(jìn)給速度時。金剛石磨粒的切削厚度增大，切削路徑短，此時，金剛石磨粒的磨損形式以機(jī)械載荷及其沖擊作用導(dǎo)致的金剛石破碎為主。

此外，鋸片本身的形狀，如直徑、齒數(shù)、槽寬等，以及石材的材質(zhì)、冷卻液的選擇等對鋸切過程也有著重要的影響。因此，在石材的鋸切加工中，需對多方面因素綜合考慮，以獲得最理想的鋸切效果。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

（3）石材鋸切機(jī)加工方法

1）圓筒切機(jī)加工? 用金剛石圓筒切機(jī)可進(jìn)行石材的圓柱面加工。將荒料固定在料車7上，由進(jìn)給電機(jī)4帶動進(jìn)給傳動軸3轉(zhuǎn)動，并帶動橫梁6作垂直方向進(jìn)給運動。同時，主電機(jī)2經(jīng)皮帶帶動金剛石圓筒刀具1作旋轉(zhuǎn)切割運動。進(jìn)給電機(jī)采用無級調(diào)速，其速度范圍為0.9～9mm/min。圓筒金剛石刀具剛度大，加工精度好，效率高。

1-圓筒刀具 2-主電機(jī) 3-進(jìn)給傳動絲杠4-進(jìn)給電機(jī) 5-立柱 6-橫梁 7-料車

2）仿形切機(jī)加工? 仿形切機(jī)可進(jìn)行石材曲面的加工，根據(jù)所需曲面形狀，用其它材料制作同形樣板5，并固定在橫梁6上；與鋸片3同直徑的靠輪4，由電機(jī)驅(qū)動沿樣板5作曲面運動，并控制液壓缸9上下位移；以帶動金剛石鋸片3的主軸作垂直進(jìn)給運動。金剛石鋸片3由電機(jī)帶動，作主切削運動。鋸片的進(jìn)給運動，由主軸橫向進(jìn)給運動和液壓缸垂直運動合成。因此，石材橫向廓形由樣板的形狀所決定。當(dāng)靠模輪在樣板上完成一次橫向行程后，由電機(jī)帶動橫梁6沿縱向?qū)к?運動，其縱向位移距離等于鋸片寬度，然后再進(jìn)行橫向切割，重復(fù)上述動作即可切出所需尺寸的石材曲面。仿形切削適于大批量生產(chǎn)，可以切割各種凹凸曲面。

1-工作臺 2-石料 3-鋸片 4-靠輪 5-樣板6-橫梁 7-操作臺 8-縱向?qū)к?9-液壓缸

3）數(shù)控機(jī)床加工?

加工石材的數(shù)控機(jī)床主要有：數(shù)控車床和數(shù)控銑床。金剛石刀具由計算機(jī)控制，可實現(xiàn)三個坐標(biāo)方向的運動和坐標(biāo)軸聯(lián)動，以加工各種異型曲面。操作人員可直接在計算機(jī)的屏幕上，對被加工石材的圖樣進(jìn)行造型設(shè)什，并按加工順序在屏幕上演示全部加工運動軌跡（可進(jìn)行剪裁、編輯和修改）并根據(jù)其廓形編程。符合要求后，將設(shè)計的石材廓形轉(zhuǎn)換成數(shù)控加工程序，輸入到機(jī)床的控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)發(fā)出位移和速度指令，以控制機(jī)床伺服系統(tǒng)的運動。伺服系統(tǒng)通過伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，帶動刀架完成各坐標(biāo)方向的運動，實現(xiàn)各種曲面的加工。數(shù)控機(jī)床加工精度高，但相應(yīng)地加工成本也高。

1-床身 2-工件 3-主軸箱 4-主軸 5-橋架馬達(dá)6-橫梁 7-金剛石切片 8-切片升降導(dǎo)軌 9-切片升降電機(jī)10-橫向運動電機(jī) 11-金剛石切片動力頭12-磨頭 13-縱向橋架?

2．金剛石繩鋸加工? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

（1）金剛石繩鋸結(jié)構(gòu)

金剛石繩鋸（diamond wire saw）由彈性橡膠套、載體金屬絲網(wǎng)、金剛石環(huán)塊與連接件組成。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。金剛石環(huán)塊安裝在金屬絲網(wǎng)上，兩環(huán)塊間墊以特殊橡膠套，用來保護(hù)金屬絲網(wǎng)，同時使繩鋸有較高的柔性。金剛石環(huán)塊可用電鍍法將金剛石顆粒固定在環(huán)上，也可用燒結(jié)法制備。燒結(jié)法制備的金剛石環(huán)塊更耐磨損，并有自銳性，使用壽命較長。金屬絲網(wǎng)使繩鋸具有足夠的強(qiáng)度。在絲網(wǎng)中供冷卻液，使其容易進(jìn)入切削區(qū)內(nèi)，以冷卻潤滑金剛石環(huán)塊，并能清除磨屑使鋸切順利進(jìn)行。

（2）繩鋸的安裝

金剛石繩鋸長度一般根據(jù)需要來選定。因其較長，多做成很多分段，繩鋸是由各分段間利用其端面緊固用的鋼套（或銅套）管螺紋連接，并將繩鋸張緊。繩鋸在安裝前要檢查各個環(huán)的外徑使其大小均勻一致，其差要小于0.2mm，目的是保證全長上各金剛石環(huán)均勻磨損。繩鋸總長應(yīng)是所需長度的1～1.5倍，使其能寬松地安裝在設(shè)備上為宜。但另一方面要盡可能的短，以防止工作時彈跳使繩鋸損壞。

在安裝繩鋸前，先在礦山巖石上用特制鉆具鉆孔。鉆孔要求：在繩鋸水平方向孔徑為80mm，垂直方向孔徑為34mm。繩鋸穿過孔并裝在主動輪上，然后用張緊輪張緊并緩慢轉(zhuǎn)動，當(dāng)繩鋸消除彎曲不離開工件時即可開始切削。

在天然石材加工中，直徑為6mm的繩鋸常用于臺式設(shè)備上。用大型設(shè)備切割大型石材，可選用直徑16mm的繩鋸。

金剛石繩鋸已在石材加工、建筑、土木工程中成功使用，但其缺點是繩鋸為柔性刀具，加工尺寸精度較差，表面粗糙度大。

3．高壓水射流加工

利用超高壓水射流技術(shù)切割石材、具有加工效率高、噪聲低、無粉塵污染、石材切縫窄、加工表面質(zhì)量好、易實現(xiàn)微機(jī)自動控制等特點。同時可以方便地切割不同硬度、不同厚度的石材，特別是對于形狀復(fù)雜的異形石材加工，更具有憂越性。

超高壓水射流（ultrahigh pressure water jet）加工設(shè)備主要由以下幾部分組成：①供水系統(tǒng)，由水泵、電機(jī)、水箱、過濾器等組成，其作用是提高水壓至3MPa，并供給增壓系統(tǒng)。②增壓系統(tǒng)，在液壓泵的作用下，將水壓由3MPa增到300～400MPa。③蓄能器，其作用是積存一定量的高壓水，以吸收來自增壓器的脈沖水流和工作時斷續(xù)引起的沖擊，保證工作時獲得連續(xù)、穩(wěn)定的超高壓水流。④噴嘴及運動控制系統(tǒng)，主要采用寶石制造的噴嘴，其直徑據(jù)石材硬度及厚度選擇，一般選擇0.15～0.75mm。同時采用加磨料裝置，使磨料與水混合，共同對石材進(jìn)行切割。磨料一般采用石榴石。

水射流切割石材的原理如圖6所示。當(dāng)高壓水射流進(jìn)入混合室時，其流速可達(dá)到音速的2～3倍左右，在磨料入口處產(chǎn)生很大的負(fù)壓，抽吸來自磨料倉中的石榴石磨料。石榴石磨料在水射流的作用下產(chǎn)生較大的沖擊能量，經(jīng)磨料噴嘴射出對被加工石材表面產(chǎn)生很大的沖擊力，沖擊強(qiáng)度與射流速度的平方成正比。當(dāng)這種沖擊強(qiáng)度達(dá)到和超過石材的抗壓強(qiáng)度極限時，在射流沖擊處形成粉末狀的石材切屑，沿著磨料水射流噴嘴的運動方向，在石材上形成切口。

1-石材 2-磨料 3-高壓水噴嘴4-混合室 5-磨料水噴嘴

超高壓水射流切割石材時，切割參數(shù)的選擇對切割質(zhì)量有重要的影響。當(dāng)磨料水射流的壓力增加時，其流速增加，磨料的沖擊動能增大，石材的切割深度也隨之增大。噴嘴移動速度增大，磨料水射流切割能力降低。噴嘴靶距增大，磨料水射流集束性降低，切割能力降低。所以應(yīng)選擇合理的切割參數(shù)以提高切割效率。?