石材圆柱加工工艺详解

圆柱的加工流程

石柱是指采用大理石、花岗石加工而成的建筑装饰用实芯或空芯柱体，按所选用的石材种类不同，可分为大理石石柱和花岗石石柱；按柱体外形特征又可分为罗马柱、梅花柱、扭纹柱、栏杆柱、雕刻柱，多棱柱以及单色柱和多色柱；按横截面尺寸，又可分为等截面的等直径柱、横截面不相等的锥形柱和鼓形柱。与圆弧板的区别在于，圆弧板只是用来包裹装饰柱体，是圆柱外表面的一部分；石柱则是实芯或空芯的整体圆柱或拼接圆柱。

一、普通圆柱的种类

这里介绍的普通圆柱主要是指母线是直线、曲线，但横截面是圆的等截面或不等截面的圆柱，如等直径圆柱、锥形圆柱、两头直径小于中间直径的鼓形圆柱和栏杆柱等。

普通圆柱的直径和高度主要取决于荒料的尺寸，最小直径一般为100mm，最大直径小于等于2000mm；不论是整体的、还是部分的圆柱，其单体高度一般小于5000mm，但也有一些高度超过5000mm的特殊圆柱。标准的石柱包括柱础、柱体和柱帽三个部分。

二、普通圆柱的加工

(一)圆柱的磨抛加工

圆柱的磨抛一般在配有气动或液压加压磨头的车床上进行，磨头上安装的磨料可以快速更换，磨抛圆柱的磨料通常为圆环型，采用端面与圆柱接触，线磨抛方式。如意大利omac公司圆柱加工车床磨抛圆柱。

由于磨抛时的磨削力远小于成型切割时的切削阻力，所以装夹磨抛圆柱时，在床头箱一端，只使用中心孔支承即可。

视被磨抛石材材质不同，磨抛磨料的级配也有所区别。如加工花岗石时，可以使用5种粗细不同的磨料，加工大理石可以使用"种磨料。

由于栏杆柱、花瓶等制品的轮廓线凹凸变化起伏大，使用上述圆环型磨料{艮难磨抛加工，所以目前仍使用手动研磨异形回转体的简易磨抛设备，完成栏奸柱等制品的抛光加工。

(二)端面切边加工

圆柱的抛光加工结束后，可以使用金刚石锯片切割圆柱的两个端面，使其长度尺寸达到成品尺寸要求。必须注意，切割后的端面与其轴线的夹角应该略小于90度，这样在安装时，接缝才能小而美观。

(三)清洗、检验及包装

加工好的圆柱，经过清洗、检验、干燥后，可以包装。圆柱的包装分成两个步骤，首先用厚度0.5mm的塑料薄膜将圆柱包封，然后放入木栏固定。包装、运输时一定要注意防止磕碰圆柱。

三、普通圆柱柱础、柱帽的加工

为普通圆柱、罗马柱、扭纹柱和多棱体石柱配备的柱础、柱帽的造型各种多样，一般常用的结构形式是母线为曲线、直线线段组合的回转体柱础、柱帽，有些是配合一个方型底座构成的柱础、柱帽，使用普通车床、数控车床、多功能数控加工中心和ssw型曲面、球面加工机等数控或非数控设备都能加工普通回转体柱础、柱帽，使用金刚石锯片刀具就可以成型加工多棱曲面造型的柱础则需要带金刚石锯片、横梁可以前后移动的数控车床，或者带锯片动力头和车床附件的多功能数控加工中心，加工柱础、柱帽产品使用数控设备本身安装的图形设计和加工软件，就可以十分方便的编制柱础、柱帽的加工工艺程序。

如果四面雕刻柱帽，必须使用装备三维激光扫描器、带车床附件和固定圆柱立铣刀动力头的多功能数控加工中心加工，因这类柱帽已经属于雕刻制品了，整个加工过程可以一次装夹完成。也可使用只装有一个圆柱立铣刀动力头的普通数控铣床加工，但该铣床必须装备三维激光扫描器，配合人工翻转柱帽的位置，实现不同面的加工；如果为这种数控铣床配备立铣刀的左右0-90度摆动机构，可以一次装夹完成两个面的加工，加工四面雕刻柱帽前，必须先制作柱帽的模型，供激光扫描器扫描用，激光扫描器的软件可自动生成雕刻柱帽的加工程序，操作简便。

直径较小的回转体柱础、柱帽的磨抛可以使用类似于意大利omac公司生产的88sl型、在杠杆上装磨料的卧式手动回转体磨抛设备；大直径回转体柱础、柱帽的磨抛可以采用立式磨抛机，同样使用在杠杆上装磨料的手动磨抛办法。使用带软磨片的手动磨抛机，采用人工磨抛方法还可以磨抛多棱曲面柱础，但对于四面雕刻的柱帽产品，一般是无法磨抛的。

加工技术详解

第一节普通圆柱加工技术

一、普通圆柱的种类：这里介绍的普通圆柱主要是指母线是直线、曲线，但横截面是圆的等截面或不等截面的圆柱，如等直径圆柱、锥形圆柱、两头直径小于中间直径的鼓形圆 柱和栏杆柱等。 普通圆柱的直径和高度主要取决于荒料的尺寸，最小直径一般为100mm，最大直径<=2000mm；不论是整体的、还是部分的圆柱，其单体高度一般小于5000mm，但也有一些高度超过5000mm的特殊圆柱。标准的石柱包括柱础、柱体和柱帽三个部分。

二、普通圆柱的加工

（一）圆柱的磨抛加工圆柱的磨抛一般在配有气动或液压加压磨头的车床上进行，磨头上安装的磨料可以快速更换，磨抛圆柱的磨料通常为圆环型，采用端面与圆柱接触，线磨抛方式。如意大利OMAC 公司圆柱加工车床磨抛圆柱有关示意图。 由于磨抛时的磨削力远小于成型切割时的切削阻力，所以装夹磨抛圆柱时，在床头箱一端，只使用中心孔支承即可。视被磨抛石材材质不同，磨抛磨料的级配也有所区别。如加工花岗石时，可以使用5种粗细不同的磨料，加工大理石可以使用" 种磨料。由于栏杆柱、花瓶等制品的轮廓线凹凸变化起伏大，使用上述圆环型磨料｛艮难磨抛加工，所以目前仍使用手动研磨异形回转体的简易磨抛设备，完成栏奸柱等制品的抛光加工。

（二）端面切边加工 圆柱的抛光加工结束后，可以使用金刚石锯片切割圆柱的两个端面，使其长度尺寸达到成品尺寸要求。必须注意，切割后的端面与其轴线的夹角应该略小于90度，这样在安装时，接缝才能小而美观。

（三）清洗、检验及包装加工好的圆柱，经过清洗、检验、干燥后，可以包装。圆柱的包装分成两个步骤，首先用厚度0.5mm的塑料薄膜将圆柱包封，然后放入木栏固定。包装、运输时一定要注意防止磕碰圆柱。

第二节罗马柱加工技术

罗马柱一般是指在圆柱体外表面的母线方向加工出若干条沟槽的异型圆柱。从罗马柱的横截面看，其圆周是由尺寸相等的直线段和凹形的部分圆周线段，间隔等分连接而成。罗马柱上所开的沟槽在接近柱础、柱帽的部位一般是不贯通的。根据柱高的不同，罗马柱可以是整根石料加工而成的整体柱，也可以是几段柱体与柱础、柱帽拼接而成的圆柱，只要设备的加工精度能够满足要求，罗马柱部件之间的拼接缝和沟槽之间的吻合度是可以满足要求的。加工罗马柱的荒料、坯料准备要求与普通圆柱相同，加工罗马柱的工序、要求与加工普通圆柱的工序、要求基本一样，只是增加了一道开槽加工工序。因此对罗马柱加工设备的要求有所不同，至少需要2个可以沿圆柱轴线方向运动、加工位置可以0-360度转动的金刚石锯片动力头，用来安装开槽加工金刚石结块切割截面是圆弧形状的圆盘形铣刀，以及可以定位圆柱转动角度的机构。使用车床加工罗马柱时，坯料的端面支承方式、要求与普通圆柱相同。一般在最基本配置的数控车床上，圆柱坯料转动的驱动都采用交流伺服电机，由数控系统控制，以转动角度可以任意分度和定位；而且都装有一个锯片动力头，只要在动力头上增加一个辅件，可以使用片0-360度转动，锯片转动的控制有手动、手控电机驱动和CNC全自动控制三种方式。这种数控车床可以用来加工罗马柱的柱体及与柱础、柱帽结合的柱体部分。

使用带车床辅件、锯片角度0-360度动力头的多功能数控加工中心，也可以用来加工罗马柱。在装有可0-360度转动锯片动力头的数控铣床、或其它控制方式的石材铣床上，安装装一套圆柱旋转支承和分度辅件（可以采用手动、半自动和CNC 控制的全自动分度），也可以加工罗马柱制品，但是注意刀具垂直升降的距离是否符合加工制品直径的要求。用二维以上控制系统的数控绳锯也可以用来加工罗马柱，但只能加工罗马柱的柱体部分。加工罗马柱沟槽的刀具，一般采用镶焊金刚石结块的铣刀盘，其金刚石结块割位截面是圆弧形状的，以便加工出曲线截面的沟槽。结块的宽度决定了沟槽的宽度，所以加工直径很大的罗马柱时，铣刀盘则近似于金刚石滚轮。 

还有一种类似于罗马柱的异形圆柱，国内称为梅花柱，其横截面的圆周是由凸形部分圆周曲线段等分连接而成。可以使用镶焊有凹形金刚石结块的铣刀盘加工这种梅花圆柱，使用设备要求与加工罗马柱时相同。罗马柱一般都采用亚光或凿毛、火烧表面的装饰。亚光装饰时，外表面的光泽度达到金刚石刀具加工后的程度即可。如果需要抛光表面的罗马柱，最多对其外表面的圆柱部分磨抛，这是因为在沟槽内抛光是很困难的。如果需要光亮的沟槽面，只好采用软磨片人工抛光的方法了。

第三节扭纹柱加工技术

扭纹柱又称螺旋柱，其外表面呈螺旋线形状。螺旋柱外表面的螺旋线有单头、双头和多头等形状；螺旋线牙尖的形状有圆弧、直线与圆弧线组合等形状；根据设计造型的需要，螺距的大小也没有特定的要求。根据扭纹柱横截面的尺寸，可以将它分成截面处处相等的等直径扭纹柱及截面不相等的鼓形扭纹柱和圆锥形扭纹柱。扭纹柱一般都是整体柱，至少柱体部分是整体的，这是因为分段加工后的扭纹柱，在拼接时，每一个拼接面上会有多个接缝，加工中稍有误差（这在加工中是不可避免的），就会引起接缝的偏，影响装饰效果。在加工一些高度很高（如超过4m）的扭纹柱时，如果开采或运输超长整体石料有困难，可以将几块石料事先拼接成一个整体柱的坯料，然后加工成整体柱。只要设备加工长度能够满足要求，同时具备拼接石加工扭纹柱的荒料、坯料准备要求与普通圆柱相同，其加工工序、要求与加工普通圆柱的相应工序和要求一样。可以使用装有一个可以0-360度（0-90度）转动的金刚石锯片动力头的数控车床、多功能数控加工中心等设备，加工扭纹柱。对于一些牙形形状比较特殊的扭纹柱，也可以使用圆柱立铣刀进行修正成型加工，通常金刚石锯片完全可以满足扭纹柱的成型加工需要。抛光扭纹柱是比较困难的，目前还不能解决抛光磨料的问题，如果需要抛光的扭纹柱，使用软磨片手工抛光仍是一个实用的方法。对于一些螺距很大的扭纹柱，其外表面的柱体仍是圆柱，可以使用抛光普通圆柱的方法磨抛扭纹柱的这些部分。

使用车床加工扭纹柱时，坯料的端面支承方式、要求与普通圆柱相同。成型加工扭纹柱外表面的螺旋线时，可以使用数控设备上安装的图形设计软件，对每一根扭纹柱编制加工工艺程序。加工多头螺旋线扭纹柱时，一般先从加工一根螺旋线开始，当完成这条螺旋线加工后，再开始另外一条螺旋线的加工，直至加工结束。螺旋线在起始端面的起始点位置，数控系统会通过控制圆柱坯料的转动角度自动确定。

第四节实心柱的柱础和柱帽加工技术

为普通圆柱、罗马柱、扭纹柱和多棱体石柱配备的柱础、柱帽的造型多种多样，一般常用的结构形式是母线为曲线、直线线段组合的回转体柱础、柱帽，有些是配合一个方型底座构成的柱础、柱帽，使用普通车床、数控车床、多功能数控加工中心和SSw型曲面、球面加工机等数控或非数控设备都能加工普通回转体柱础、柱帽，使用金刚石锯片刀具就可以成型加工多棱曲面造型的柱础则需要带金刚石锯片、横梁可以前后移动的数控车床，或者带锯片动力头和车床附件的多功能数控加工中心，加工柱础、柱帽产品使用数控设备本身安装的图形设计和加工软件，就可以十分方便的编制柱础、柱帽的加工工艺程序。 如果四面雕刻柱帽，必须使用装备三维激光扫描器、带车床附件和固定圆柱立铣刀动力头的多功能数控加工中心加工，因为这类柱帽已经属于雕刻制品了，整个加工过程可以一次装夹完成。

也可使用只装有一个圆柱立铣刀动力头的普通数控铣床加工，但该铣床必须装备三维激光扫描器，配合人工翻转柱帽的位置，实现不同面的加工；如果为这种数控铣床配备立铣刀的左右0-90度摆动机构，可以一次装夹完成两个面的加工，加工四面雕刻柱帽前，必须先制作柱帽的模型，供激光扫描器扫描用，激光扫描器的软件可自动生成雕刻柱帽的加工程序，操作简便。 直径较小的回转体柱础、柱帽的磨抛可以使用类似于意大利OMAC公司生产的88SL型、在杠杆上装磨料的卧式手动回转体磨抛设备；大直径回转体柱础、柱帽的磨抛可以采用立式磨抛机，同样使用在杠杆上装磨料的手动磨抛方式。使用带软磨片的手动磨抛机，采用人工磨抛方法还可以磨抛多棱曲面柱础，但对于四面雕刻的柱帽产品，一般是无法磨抛的。柱础、柱帽端面支承孔的结构形式、加工要求与其它圆柱是一样的。

第五节、四拼倾斜圆柱加工方法

广州西塔工程的八条斜拼圆柱均匀的呈倒八字行分布在一层水池背面。位置相当重要。是该工程的核心部位。如果加工效果好，可以起到画龙点睛的作用。

斜拼柱立面图、平面图、斜率如下：

该批圆柱与以往加工的圆柱不同，倾斜密拼且端面水平，属首次加工。纵向拼缝与中轴平行，由于分件原因，现每件弧板都存在撇底、撇面和一个工作台转角。立体几何计算量较大。如果竖缝及分件线旋转45度，加工将变得简单得多，如下图：

这样就变得两列弧板只存在撇底或撇面，另两列弧板只存在斜切角，相对来说加工就会变得简单。如果按以上方案拼接，竖缝就在正面，效果就会打折扣。

加工经验： 只要产品的加工面是平面，那么这种产品就可以用桥切机来加工，分析单层柱子得知：斜切左旋2件，右旋2件；同一个端面撇底两件，撇面两件。端面分解如下图：

以弧板底面和一条边线为基准来加工要求我们算出刀切面和地面的夹角和工作台的转角。下面将此切面深入简化：

其中＜CAB为圆柱的倾斜角。＜EFC为刀切面ADB和底面ACD的夹角，即刀扳角，则需证明EF⊥AD。

在RT△AFC中AF²=AC²-CF²；在RT△AEC中AE²=AC²-CE²可推出AE²-AF²=CF²-CE²，又在RT△CEF中EF²=CF²-CE²可推出EF²=AE²-AF²。即证明了EF⊥AD。

为直观、方便计算我们从如下图所示角度进行分析：

图中DB、BC为弦长；CD为弧板弦长，AD为斜切后弦长，CA为弧板顺高度切除的最大尺寸。可见：＜CDA就是以弧板底面定位时的工作台转角α，＜FCE为扳刀角β：

α=arctg(AC／DC)= ＜CDA；

在RT△DBA: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：tgβ=EF/CE推出tgβ=(AC*DB)/(AD*BC)=sinα*(DB/BC)；

故得出：β=arctg(DB/BC)*sinα

知道α和β后，就可以把弧板平放在工作台上斜切，操作起来简单得多。

结束语： 此公式同样适用于弧板类檐口、天花、门套线条切角，前提条件是此类弧板的两条边线距工作台要一样高。批量加工前要加工正、反各一件试拼。