介绍石材倾斜圆柱和空心圆柱加工方法

石柱是指采用大理石、花岗石加工而成的建筑装饰用实心或空心柱体，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；石柱则是实心或空心的整体圆柱或拼接圆柱。
在石柱中也有特殊形态的圆柱加工方法,如广州西塔工程的倾斜圆柱。

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。

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。


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很难磨抛加工，所以目前仍使用手动研磨异型回转体的简易磨抛设备，完成栏杆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。



罗马柱科林斯柱式

三、普通圆柱柱础、柱帽的加工

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，就可以十分方便地编制柱础、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，一般则无法磨抛。

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。


广州西塔工程

四、倾斜圆柱的加工方法


以广州西塔工程的倾斜圆柱为例，详解特殊形态的圆柱加工方法。广州西塔工程是环球石材(东莞)有限公司的经典工程。其八条斜拼圆柱均匀地呈倒八字形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，可以起到画龙点晴的作用。

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，加工将会变得简单得多。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，效果就会大打折扣。

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：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。即证明了EF⊥AD。

为直观、方便计算我们从如右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；



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
这样，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。

注：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。

五、空心圆柱的加工方法

国内石材空心圆柱异型弧板加工已经很普遍了。在实际加工过程中，开料(留余量)、粗磨、精打磨等都用得着弦长，做到心中有数。

我们的技术加工人员，有时并不是不会计算，而是计算起来比较麻烦、费时，不小心还会弄错。有没有简单的方法呢？像查询“代数表”一样查“均分弦长值”？




如图，⊙O中均分弦长为AB，OC为∠AOB 的角平分钱，OC⊥AB 交点为F，圆周均分值n(块），∠BOC =1/2圆心角=360/2n。
为方便表达，设∠BOC=∠δ，设半弦长FB为a，弦的圆心距OF为h、半径为r，即在 Rt△OFB中：
半弦长a=sinδ·r，则：弦长=sinδ·直径。
如果我们要个方便简单的计算方法，即只要知道均分值，即可查出等分系数，设此圆“等分系数”为“K”，
即K=sinδ=sinδ(360/2n）

已知圆的圆周土均匀分值n，查询等分系数K值即可快速算出弦长:
弦长=K·直径（*公式①)

下面“圆均分弦长系数”K值表或许能够给你带来方便(如下图):
例:直径为2000mm的空心圆柱，均分值n=8，求对应均分件弦长。


解:查询下表得n=8 时对应的K值为0.38268，代入公式①
8分弦长=K(注:n=8)·直径
=0.38268·2000mm=765.36mm
实际运用中，有时还要计算圆弧板的“拱高”。
设拱高为FC=H，则：H=r-h
又，在RT△OFB中，h=cos∠δ·r
拱高H= r·(l-cos∠δ)


来源：《海西石材》杂志