介紹石材傾斜圓柱和空心圓柱加工方法

石柱是指采用大理石、花崗石加工而成的建筑裝飾用實心或空心柱體，按所選用的石材種類不同，可分為大理石石柱和花崗石石柱；按柱體外形特征又可分為羅馬柱、梅花柱、扭紋柱、欄桿柱、雕刻柱，多棱柱以及單色柱和多色柱；按橫截面尺寸，又可分為等截面的等直徑柱、橫截面不相等的錐形柱和鼓形柱。與圓弧板的區(qū)別在于，圓弧板只是用來包裹裝飾柱體，是圓柱外表面的一部分；石柱則是實心或空心的整體圓柱或拼接圓柱。
在石柱中也有特殊形態(tài)的圓柱加工方法,如廣州西塔工程的傾斜圓柱。

一、普通圓柱的種類

這里介紹的普通圓柱主要是指母線是直線、曲線，但橫截面是圓的等截面或不等截面的圓柱，如等直徑圓柱、錐形圓柱、兩頭直徑小于中間直徑的鼓形圓柱和欄桿柱等。



普通圓柱的直徑和高度主要取決于荒料的尺寸，最小直徑一般為100mm，最大直徑小于等于2000mm；不論是整體的、還是部分的圓柱，其單體高度一般小于5000mm，但也有一些高度超過5000mm的特殊圓柱。標準的石柱包括柱礎(chǔ)、柱體和柱帽三個部分。




二、普通圓柱的加工

（一）圓柱的磨拋加工

圓柱的磨拋一般在配有氣動或液壓加壓磨頭的車床上進行，磨頭上安裝的磨料可以快速更換，磨拋圓柱的磨料通常為圓環(huán)型，采用端面與圓柱接觸，線磨拋方式。

由于磨拋時的磨削力遠小于成型切割時的切削阻力，所以裝夾磨拋圓柱時，在床頭箱一端，只使用中心孔支承即可。視被磨拋石材材質(zhì)不同，磨拋磨料的級配也有所區(qū)別。


由于欄桿柱、花瓶等制品的輪廓線凹凸變化起伏大，使用上述圓環(huán)型磨料很難磨拋加工，所以目前仍使用手動研磨異型回轉(zhuǎn)體的簡易磨拋設(shè)備，完成欄桿柱等制品的拋光加工。


（二）端面切邊加工

圓柱的拋光加工結(jié)束后，可以使用金剛石鋸片切割圓柱的兩個端面，使其長度尺寸達到成品尺寸要求。必須注意，切割后的端面與其軸線的夾角應(yīng)該略小于90度，這樣在安裝時，接縫才能小而美觀。

（三）清洗、檢驗及包裝

加工好的圓柱，經(jīng)過清洗、檢驗、干燥后，可以包裝。圓柱的包裝分成兩個步驟，首先用厚度0.5mm的塑料薄膜將圓柱包封，然后放入木欄固定。包裝、運輸時一定要注意防止磕碰圓柱。



羅馬柱科林斯柱式

三、普通圓柱柱礎(chǔ)、柱帽的加工

普通圓柱、羅馬柱、扭紋柱和多棱體石柱配備的柱礎(chǔ)、柱帽的造型各種多樣，一般常用的結(jié)構(gòu)形式是母線為曲線、直線線段組合的回轉(zhuǎn)體柱礎(chǔ)、柱帽，有些是配合一個方型底座構(gòu)成的柱礎(chǔ)、柱帽，使用普通車床、數(shù)控車床、多功能數(shù)控加工中心和ssw型曲面、球面加工機等數(shù)控或非數(shù)控設(shè)備都能加工普通回轉(zhuǎn)體柱礎(chǔ)、柱帽，使用金剛石鋸片刀具就可以成型加工多棱曲面造型的柱礎(chǔ)則需要帶金剛石鋸片、橫梁可以前后移動的數(shù)控車床，或者帶鋸片動力頭和車床附件的多功能數(shù)控加工中心，加工柱礎(chǔ)、柱帽產(chǎn)品使用數(shù)控設(shè)備本身安裝的圖形設(shè)計和加工軟件，就可以十分方便地編制柱礎(chǔ)、柱帽的加工工藝程序。

如果四面雕刻柱帽，必須使用裝備三維激光掃描器、帶車床附件和固定圓柱立銑刀動力頭的多功能數(shù)控加工中心加工，因這類柱帽已經(jīng)屬于雕刻制品了，整個加工過程可以一次裝夾完成。也可使用只裝有一個圓柱立銑刀動力頭的普通數(shù)控銑床加工，但該銑床必須裝備三維激光掃描器，配合人工翻轉(zhuǎn)柱帽的位置，實現(xiàn)不同面的加工；如果為這種數(shù)控銑床配備立銑刀的左右0~90度擺動機構(gòu)，可以一次裝夾完成兩個面的加工，加工四面雕刻柱帽前，必須先制作柱帽的模型，供激光掃描器掃描用，激光掃描器的軟件可自動生成雕刻柱帽的加工程序，操作簡便。


直徑較小的回轉(zhuǎn)體柱礎(chǔ)、柱帽的磨拋可以使用類似于意大利omac公司生產(chǎn)的88sl型、在杠桿上裝磨料的臥式手動回轉(zhuǎn)體磨拋設(shè)備；大直徑回轉(zhuǎn)體柱礎(chǔ)、柱帽的磨拋可以采用立式磨拋機，同樣使用在杠桿上裝磨料的手動磨拋辦法。使用帶軟磨片的手動磨拋機，采用人工磨拋方法還可以磨拋多棱曲面柱礎(chǔ)，但對于四面雕刻的柱帽產(chǎn)品，一般則無法磨拋。

柱礎(chǔ)、柱帽端面支承孔的結(jié)構(gòu)形式、加工要求與其它圓柱是一樣的。


廣州西塔工程

四、傾斜圓柱的加工方法


以廣州西塔工程的傾斜圓柱為例，詳解特殊形態(tài)的圓柱加工方法。廣州西塔工程是環(huán)球石材(東莞)有限公司的經(jīng)典工程。其八條斜拼圓柱均勻地呈倒八字形分布在一層水池背面，位置相當(dāng)重要，是該工程的核心部位。如果加工效果好，可以起到畫龍點晴的作用。

該批圓柱與以往加工的圓柱不同，傾斜密拼且端面水平，屬首次加工?？v向拼縫與中軸平行，由于分件原因，現(xiàn)每件弧板都存在撇底、撇面和一個工作臺轉(zhuǎn)角。立體幾何計算量較大，如果豎縫及分件線旋轉(zhuǎn)45度，加工將會變得簡單得多。如下圖：



這樣就變得兩列弧板只存在撇底或撇面，另兩列弧板只存在斜切角，相對來說加工就會變得簡單。如果按以上方案拼接，豎縫就在正面，效果就會大打折扣。

加工經(jīng)驗:只要產(chǎn)品的加工面是平面，那么這種產(chǎn)品就可以用橋切機來加工。分析單層柱子得知:斜切左旋2件，右旋2件；同一個端面撇底兩件，撇面兩件。端面分解如下圖:



以弧板底面和一條邊線為基準來加工，要求算出刀切面和地面的夾角和工作臺的轉(zhuǎn)角。下面將此切面深入簡化:



其中∠CAB為圓柱的傾斜角?！螮FC為刀切面ADB和底面ACD的夾角，即刀扳角，則需證明EF⊥AD。
在RT△AFC中：AF=AC-CF；
在RT△AEC中，AE=AC-CE，可推出AE-AF=CF-CE；
又在RT△CEF中EF=CF-CE，可推出EF=AE-AF。即證明了EF⊥AD。

為直觀、方便計算我們從如右圖所示角度進行分析:
圖中 DB、BC 為弦長；CD 為弧板弦長，AD為斜切后弦長，CA為弧板順高度切除的最大尺寸?？梢姡骸螩DA 就是以弧板底面定位時的工作臺轉(zhuǎn)角α，∠FCE為扳刀角 β:
α=arctg(AC/DC)= ∠CDA；



又在RT△DBA 中 :EF/DB=AF/AB，推出 EF=(AF×DB )/AB；
在RT△ABC中:CE/BC =AC/AB，推出 CE=(AC×BC)/AB；
在 RT△CEF中:tg? =EF/CE，推出 tg?=(AC×DB)/(AD×BC)=sinα×(DB/BC)；

故得出:

?=arctg(DB/BC)×sinα
這樣，知道α和β后，就可以把弧板平放在工作臺上斜切，操作起來簡單得多。

注：此公式同樣適用于弧板類檐口、天花、門套線條切角，前提條件是此類弧板的兩條邊線距工作臺要一樣高。批量加工前要加工正、反各一件試拼。

五、空心圓柱的加工方法

國內(nèi)石材空心圓柱異型弧板加工已經(jīng)很普遍了。在實際加工過程中，開料(留余量)、粗磨、精打磨等都用得著弦長，做到心中有數(shù)。

我們的技術(shù)加工人員，有時并不是不會計算，而是計算起來比較麻煩、費時，不小心還會弄錯。有沒有簡單的方法呢？像查詢“代數(shù)表”一樣查“均分弦長值”？




如圖，⊙O中均分弦長為AB，OC為∠AOB 的角平分錢，OC⊥AB 交點為F，圓周均分值n(塊），∠BOC =1/2圓心角=360/2n。
為方便表達，設(shè)∠BOC=∠δ，設(shè)半弦長FB為a，弦的圓心距OF為h、半徑為r，即在 Rt△OFB中：
半弦長a=sinδ·r，則：弦長=sinδ·直徑。
如果我們要個方便簡單的計算方法，即只要知道均分值，即可查出等分系數(shù)，設(shè)此圓“等分系數(shù)”為“K”，
即K=sinδ=sinδ(360/2n）

已知圓的圓周土均勻分值n，查詢等分系數(shù)K值即可快速算出弦長:
弦長=K·直徑（*公式①)

下面“圓均分弦長系數(shù)”K值表或許能夠給你帶來方便(如下圖):
例:直徑為2000mm的空心圓柱，均分值n=8，求對應(yīng)均分件弦長。


解:查詢下表得n=8 時對應(yīng)的K值為0.38268，代入公式①
8分弦長=K(注:n=8)·直徑
=0.38268·2000mm=765.36mm
實際運用中，有時還要計算圓弧板的“拱高”。
設(shè)拱高為FC=H，則：H=r-h
又，在RT△OFB中，h=cos∠δ·r
拱高H= r·(l-cos∠δ)


來源：《海西石材》雜志