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在石材加工中数字化技术的应用研究

2023-08-30 148 上传者：管理员

摘要：随着数字化技术发展，石材加工行业日新月异，对其加工技术提出了更高的要求。为了提高石材大板的加工效率，本文对数字化技术在石材加工中地应用进行了研究，并介绍了数字化技术在石材加工中的应用方法，包括数字化技术在石材大板中、石材工程板中以及异型石材加工的应用。石材加工通过数据的采集、数字化设计、数字化管理，形成了完整的石材加工数字化技术。有利于提高石材的加工过程信息化管理，可大大提高石材加工效率，确保石材的二次加工质量。

关键词：
应用
数字化技术
石材产品设计
石材加工
石材大板
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1、前言

石材最终产品通常要进行设计、切割、磨抛等工艺过程，使其更具艺术感、档次感。石材大板的基本加工流程大致包括选料、排版、切割、磨抛、包装入库等工序。因石材大板的不易切割和加工难度大，很难保证石材二次加工的精准性。无法满足石材大板高效率加工，导致加工后的石材现场安装时易出现错位、色差或阴阳角拼接不严等问题。

采用数字化技术可以将信息技术用于石材产品设计、加工和管理全生命周期中，以达到提高制造效率和质量，降低制造成本，实现敏捷响应市场目的所涉及的一系列活动总和。在石材设计数字化阶段，通过数字化采集系统采集的图像信息，可应用UG、PRO/E等计算机软件技术建立和修改数字化模型，又可基于特征的编程技术完成石材加工数控程序的编制，也可应用专业仿真软件进行虚拟加工优化数控加工程序，最后进行石材的尺寸测量。并对石材加工中设备实现数字化管理。设计数字化、生产数字化、管理数字化是石材企业现代化的一个重要标志。

2、石材大板数字化加工

石材大板加工是石材行业当中一种重要的加工方法和主要产品，几乎占据了石材产品百分之80以上。因此实现石材大板数字化加工是石材智能化加工的基础。石材大板加工工艺流程主要包括毛板加工-大板磨削-大板抛光-成品板分割。因此，在整个石材大板加工工艺流程中包含整体信息采集过程和数字化加工过程。数字加工包括设备数字化和工艺数字化。

设备数字化含有切机和磨机的控制系统，工艺数字化包括加工参数的控制系统，产品的数字化包括产品质量检测系统，包括石材大板几何形状及尺寸、装饰面视觉效果及相关石材标准中要求检测的项目数，如：光泽度、抗折强度、抗压强度、吸水率等。其中图像是用以体现石材大板视觉效果的，所以，必须具有高保真品质。数字大板的保真程度决定着替代实物大板信息化处理的深度及广度。获取高保真石材板面图像是建立石材大板数字化流程的难度较高且重要的环节，其他参数可应用现有技术同步测量，或集合实验数据。石材数字化系统如图1所示。

设备数字化主要由各种硬件系统构成，包括驱动系统、检测系统和反馈系统。工艺数字化主要由硬件和软件构成。硬件包括加工工具参数，如金刚石粒度、金刚石浓度、刀具硬度、磨料种类、磨料粒度、结合剂种类、结合剂比例等。加工参数如液压参数、气动参数和电力参数等。

3、数字化在石材成品板材中的应用

近年来，我国的石材加工机械装备已向高效率、高自动化、高精度的方向发展。但目前石材大板加工信息采集检测方面仍处于人工阶段，使得其采集信息真实保真度不高，影响加工精度及质量。如果采用数字方法可大大提高检测率、出材率、生产效率及降低加工成本。石材大板图像采集系统是在大板加工过程完成的，采集到的图像能真实的反映石材大板实物的尺寸、颜色、纹理、质感元素。石材大板图像测量采集系统包括采集设备和软件两部分，如图2所示。值得注意的是，采集的图像要经电脑显示器、其他显示设备或打印纸进行观看，这些设备的不同原理及工艺特性，会对显示的图像有色域差异，不利于石材图像保真保障。可加入Adobe RGB色域概念，它能提高73%的RGB色域，使采集图像更接近于石材大板实物的真实色彩。

图1石材数字化加工系统构成

石材大板图像和尺寸数据能为其二次加工切割提供可靠良好的支撑，能更好地控制石材加工成品质量，协同排版优化软件可提高石材大板的切割出材率及质量。另外，石材大板图像和尺寸数据结合图像渲染软件，可实现工程BIM模型建立，实现效果图的模拟，为工程项目排版提供良好支持。

利用计算机软件在采集到的石材大板上进行工程板优化下料。计算机排样系统有两种排样手段，即单一工程板排样及多尺寸工程板排样。单一工程板排样是对某一块石材大板进行相同尺寸工程板排样，经铺设方案计算出石材大板的利用率约为97%。多尺寸工程板排样可在某一大板上进行多种种工程板排样，能获得更高的石材利用率。经铺设方案计算出石材大板的利用率达到了100%，确保了石材大板的完全有效利用。同时在排样板上进行数字化孪生技术，实施仿真加工以寻找最优加工轨迹。利用采集到的石材工程板数据可以进行模拟装饰设计，形成数字化设计空间，充分展示出虚拟空间效果。

图2石材大板图像测量采集系统

4、数字化加工在异型石材中的应用

随着石材加工技术向智能化发展，石材企业的异型石材产品设计也从平面转向了三维发展，从简单的实用性转向艺术性。应用UGNXl0.0NX和PRO/E软件对石材异型产品进行建模和仿真，使用这两种软件可实现石材异型加工的数字化及智能化，缩短设计和编程时间，促进石材制品加工效率的提高。同时，通过软件可实现对石材的三维模型加工轨迹仿真，完成石材加工可视化，实现石材的设计、加工一体化。通过仿真可以确定加工参数、加工刀具和加工管理等数据。同时进行可视化操作和自动编程。对于形状复杂的异型石材可以采用逆向设计方法，即采用扫描仪对原有异型石材产品进行数字扫描，形成原图设计，并把采集到的数据转换成加工轨迹，由此大大节省设计和加工时间。对于异型石材的加工，可以使用UG实现加工过程的CAM。首先应建立切削参数库。该数据库用于存储切削参数、刀具、制造装备、毛坯等信息。然后建立以最高生产效率和最低生产成本为优化目标的多目标切削参数优化数学模型，并以工艺BOM和制造BOM所提供的信息为依据，以制造资源库中所提供的制造装备参数、刀具参数等为约束条件，采用模拟退火遗传算法对数控加工过程中的切削参数（切削速度、进给速度、切割深度、冷却水流量等）进行优化；再由操作人员判断优化后的结果是否合理。

5、数字化管理在石材加工中的应用

石材加工过程中，积极将数字化管理系统引入，发挥数字化技术的优势和作用，从本质层面来讲将会大大提高生产效率及质量。通过数字化技术对石材加工过程中设备进行数字化管理，可以保证石材加工过程中各个设备机械零件的工作强度。另外，引入数字化控制、信号报警等方法，促使设备和机械工作产生异常状况，自动、精准进行报警做以警示，促使石材加工工作安全、可靠。将数字化管理系统用于石材加工设备控制中，实现石材自动化生产，工作效率和质量都将显著提升，对整个石材产品加工精度更高效把控。其优点包括：

1）获取可靠的数据信息：数字化系统可发挥各类数字化技术，实现石材加工数控设备相关信息自动化采集，促使保证数据获取更具可靠性及完整性。

2）提高生产力。

3）降低运营成本：数字化管理系统可自动化重新订购，能够保证原材料处于随时可用状态，且无需消耗较高的现场成本或加急费用支出，显著降低石材加工自动化生产工作费用。

数字化管理系统在石材加工设备中应用，可实时检测各个故障诊断。石材自动化加工生产线正式运行过程中，数字化管理系统高效化完成整个生产过程故障诊断，第一时间做好处理，保证生产安全、可靠，及时掌握故障发生的具体部位和种类，积极选用数字化系统，对各类生产数据进行收集和汇总分析，对各类生产过程中高危性风险做好精准性评估，显著提升整个工作效率及质量。数字化管理在石材加工中可以实现石材加工设备的购置、调拨、租赁、报废的线上审批，减少石材加工设备日常管理过程中消耗的人力物力，避免追溯检索过程中耗费的大量精力。自动生成装备管理日志，保留装备管理记录。

6、结论

通过综述可知，石材加工若继续使用传统人工或机械加工，会导致劳动量大、生产效率低、成本高，难于满足现代化的高效率、高质量、低损耗的加工质量要求。将数字化技术应用到石材大板、工程板或异形板的二次加工中，可通过字化测量采集系统，数字化设计以、数字化孪生技术和数字化管理等技术，经自动化传输及计算，并且利用数字化技术管理石材加工设备，大大提高石材加工效率。对石材行业的现代化和智能化发展有极大的促进作用。

参考文献:

[1]赵民.近十年中国石材加工装备与技术评述[J].石材,2016.(02):25-29

[2]林培林.金刚线多线切割机在天然石材荒料板材加工领域应用及产业化可行性[J] .机械管理开发,2021,36(12):303-304.

[3]杨开怀,傅枞春,林生凤等石材加工废材回收装置设计与应用[J].新型工业化,2021,11(12):96-98.

[4]钥忠,陈颖侠,张素萍提高压铸变速箱中间板二次加工工程能力的方法[J].特种铸造及有色台金,2020,40(09):984-986.

[5]赵民,武小龙,李旭,郭佳伟.石材加工数字化技术[J]石材,2015,(02):39-41

[6]王耀东化工塔BOM管理及关键件CAM的研究[D].石家庄河北科技大学, 2012.

基金资助：辽宁省教育厅2022年度高校基本科研项目LJKZ1348；

文章来源:李凝,栾国强,白冰.数字化技术在石材加工中的应用研究[J].石材,2023(09):11-13.DOI:10.14030

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期刊名称：石材

期刊人气：2559

期刊详情

主管单位：中国建筑材料联合会

主办单位：中国石材协会

出版地方：北京

专业分类：建筑

国际刊号：1005-3352

国内刊号：11-3373/TU

创刊时间：1983年

发行周期：月刊

期刊开本：大16开

见刊时间：7-9个月

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