石材圓柱加工工藝詳解

圓柱的加工流程

石柱是指采用大理石、花崗石加工而成的建筑裝飾用實(shí)芯或空芯柱體，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(shí)芯或空芯的整體圓柱或拼接圓柱。

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(biāo)準(zhǔn)的石柱包括柱礎(chǔ)、柱體和柱帽三個(gè)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(jìn)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。如意大利omac公司圓柱加工車床磨拋圓柱。

由于磨拋時(shí)的磨削力遠(yuǎn)小于成型切割時(shí)的切削阻力，所以裝夾磨拋圓柱時(shí)，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。如加工花崗石時(shí)，可以使用5種粗細(xì)不同的磨料，加工大理石可以使用"種磨料。

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{艮難磨拋加工，所以目前仍使用手動研磨異形回轉(zhuǎn)體的簡易磨拋設(shè)備，完成欄奸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(gè)端面，使其長度尺寸達(dá)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(shí)，接縫才能小而美觀。

(三)清洗、檢驗(yàn)及包裝

加工好的圓柱，經(jīng)過清洗、檢驗(yàn)、干燥后，可以包裝。圓柱的包裝分成兩個(gè)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(yùn)輸時(shí)一定要注意防止磕碰圓柱。

三、普通圓柱柱礎(chǔ)、柱帽的加工

為普通圓柱、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(gè)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(jī)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(jì)和加工軟件，就可以十分方便的編制柱礎(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(gè)加工過程可以一次裝夾完成。也可使用只裝有一個(gè)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(shí)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(jī)構(gòu)，可以一次裝夾完成兩個(gè)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(jī)，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(jī)，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，一般是無法磨拋的。

加工技術(shù)詳解

第一節(jié)普通圓柱加工技術(shù)

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<=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(biāo)準(zhǔn)的石柱包括柱礎(chǔ)、柱體和柱帽三個(gè)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(jìn)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。如意大利OMAC 公司圓柱加工車床磨拋圓柱有關(guān)示意圖。 由于磨拋時(shí)的磨削力遠(yuǎn)小于成型切割時(shí)的切削阻力，所以裝夾磨拋圓柱時(shí)，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。如加工花崗石時(shí)，可以使用5種粗細(xì)不同的磨料，加工大理石可以使用" 種磨料。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｛艮難磨拋加工，所以目前仍使用手動研磨異形回轉(zhuǎn)體的簡易磨拋設(shè)備，完成欄奸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(gè)端面，使其長度尺寸達(dá)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(shí)，接縫才能小而美觀。

（三）清洗、檢驗(yàn)及包裝加工好的圓柱，經(jīng)過清洗、檢驗(yàn)、干燥后，可以包裝。圓柱的包裝分成兩個(gè)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(yùn)輸時(shí)一定要注意防止磕碰圓柱。

第二節(jié)羅馬柱加工技術(shù)

羅馬柱一般是指在圓柱體外表面的母線方向加工出若干條溝槽的異型圓柱。從羅馬柱的橫截面看，其圓周是由尺寸相等的直線段和凹形的部分圓周線段，間隔等分連接而成。羅馬柱上所開的溝槽在接近柱礎(chǔ)、柱帽的部位一般是不貫通的。根據(jù)柱高的不同，羅馬柱可以是整根石料加工而成的整體柱，也可以是幾段柱體與柱礎(chǔ)、柱帽拼接而成的圓柱，只要設(shè)備的加工精度能夠滿足要求，羅馬柱部件之間的拼接縫和溝槽之間的吻合度是可以滿足要求的。加工羅馬柱的荒料、坯料準(zhǔn)備要求與普通圓柱相同，加工羅馬柱的工序、要求與加工普通圓柱的工序、要求基本一樣，只是增加了一道開槽加工工序。因此對羅馬柱加工設(shè)備的要求有所不同，至少需要2個(gè)可以沿圓柱軸線方向運(yùn)動、加工位置可以0-360度轉(zhuǎn)動的金剛石鋸片動力頭，用來安裝開槽加工金剛石結(jié)塊切割截面是圓弧形狀的圓盤形銑刀，以及可以定位圓柱轉(zhuǎn)動角度的機(jī)構(gòu)。使用車床加工羅馬柱時(shí)，坯料的端面支承方式、要求與普通圓柱相同。一般在最基本配置的數(shù)控車床上，圓柱坯料轉(zhuǎn)動的驅(qū)動都采用交流伺服電機(jī)，由數(shù)控系統(tǒng)控制，以轉(zhuǎn)動角度可以任意分度和定位；而且都裝有一個(gè)鋸片動力頭，只要在動力頭上增加一個(gè)輔件，可以使用片0-360度轉(zhuǎn)動，鋸片轉(zhuǎn)動的控制有手動、手控電機(jī)驅(qū)動和CNC全自動控制三種方式。這種數(shù)控車床可以用來加工羅馬柱的柱體及與柱礎(chǔ)、柱帽結(jié)合的柱體部分。

使用帶車床輔件、鋸片角度0-360度動力頭的多功能數(shù)控加工中心，也可以用來加工羅馬柱。在裝有可0-360度轉(zhuǎn)動鋸片動力頭的數(shù)控銑床、或其它控制方式的石材銑床上，安裝裝一套圓柱旋轉(zhuǎn)支承和分度輔件（可以采用手動、半自動和CNC 控制的全自動分度），也可以加工羅馬柱制品，但是注意刀具垂直升降的距離是否符合加工制品直徑的要求。用二維以上控制系統(tǒng)的數(shù)控繩鋸也可以用來加工羅馬柱，但只能加工羅馬柱的柱體部分。加工羅馬柱溝槽的刀具，一般采用鑲焊金剛石結(jié)塊的銑刀盤，其金剛石結(jié)塊割位截面是圓弧形狀的，以便加工出曲線截面的溝槽。結(jié)塊的寬度決定了溝槽的寬度，所以加工直徑很大的羅馬柱時(shí)，銑刀盤則近似于金剛石滾輪。 

還有一種類似于羅馬柱的異形圓柱，國內(nèi)稱為梅花柱，其橫截面的圓周是由凸形部分圓周曲線段等分連接而成?？梢允褂描偤赣邪夹谓饎偸Y(jié)塊的銑刀盤加工這種梅花圓柱，使用設(shè)備要求與加工羅馬柱時(shí)相同。羅馬柱一般都采用亞光或鑿毛、火燒表面的裝飾。亞光裝飾時(shí)，外表面的光澤度達(dá)到金剛石刀具加工后的程度即可。如果需要拋光表面的羅馬柱，最多對其外表面的圓柱部分磨拋，這是因?yàn)樵跍喜蹆?nèi)拋光是很困難的。如果需要光亮的溝槽面，只好采用軟磨片人工拋光的方法了。

第三節(jié)扭紋柱加工技術(shù)

扭紋柱又稱螺旋柱，其外表面呈螺旋線形狀。螺旋柱外表面的螺旋線有單頭、雙頭和多頭等形狀；螺旋線牙尖的形狀有圓弧、直線與圓弧線組合等形狀；根據(jù)設(shè)計(jì)造型的需要，螺距的大小也沒有特定的要求。根據(jù)扭紋柱橫截面的尺寸，可以將它分成截面處處相等的等直徑扭紋柱及截面不相等的鼓形扭紋柱和圓錐形扭紋柱。扭紋柱一般都是整體柱，至少柱體部分是整體的，這是因?yàn)榉侄渭庸ず蟮呐ぜy柱，在拼接時(shí)，每一個(gè)拼接面上會有多個(gè)接縫，加工中稍有誤差（這在加工中是不可避免的），就會引起接縫的偏，影響裝飾效果。在加工一些高度很高（如超過4m）的扭紋柱時(shí)，如果開采或運(yùn)輸超長整體石料有困難，可以將幾塊石料事先拼接成一個(gè)整體柱的坯料，然后加工成整體柱。只要設(shè)備加工長度能夠滿足要求，同時(shí)具備拼接石加工扭紋柱的荒料、坯料準(zhǔn)備要求與普通圓柱相同，其加工工序、要求與加工普通圓柱的相應(yīng)工序和要求一樣?？梢允褂醚b有一個(gè)可以0-360度（0-90度）轉(zhuǎn)動的金剛石鋸片動力頭的數(shù)控車床、多功能數(shù)控加工中心等設(shè)備，加工扭紋柱。對于一些牙形形狀比較特殊的扭紋柱，也可以使用圓柱立銑刀進(jìn)行修正成型加工，通常金剛石鋸片完全可以滿足扭紋柱的成型加工需要。拋光扭紋柱是比較困難的，目前還不能解決拋光磨料的問題，如果需要拋光的扭紋柱，使用軟磨片手工拋光仍是一個(gè)實(shí)用的方法。對于一些螺距很大的扭紋柱，其外表面的柱體仍是圓柱，可以使用拋光普通圓柱的方法磨拋扭紋柱的這些部分。

使用車床加工扭紋柱時(shí)，坯料的端面支承方式、要求與普通圓柱相同。成型加工扭紋柱外表面的螺旋線時(shí)，可以使用數(shù)控設(shè)備上安裝的圖形設(shè)計(jì)軟件，對每一根扭紋柱編制加工工藝程序。加工多頭螺旋線扭紋柱時(shí)，一般先從加工一根螺旋線開始，當(dāng)完成這條螺旋線加工后，再開始另外一條螺旋線的加工，直至加工結(jié)束。螺旋線在起始端面的起始點(diǎn)位置，數(shù)控系統(tǒng)會通過控制圓柱坯料的轉(zhuǎn)動角度自動確定。

第四節(jié)實(shí)心柱的柱礎(chǔ)和柱帽加工技術(shù)

為普通圓柱、羅馬柱、扭紋柱和多棱體石柱配備的柱礎(chǔ)、柱帽的造型多種多樣，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(gè)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(jī)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(jì)和加工軟件，就可以十分方便的編制柱礎(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?yàn)檫@類柱帽已經(jīng)屬于雕刻制品了，整個(gè)加工過程可以一次裝夾完成。

也可使用只裝有一個(gè)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(shí)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(jī)構(gòu)，可以一次裝夾完成兩個(gè)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(jī)，同樣使用在杠桿上裝磨料的手動磨拋方式。使用帶軟磨片的手動磨拋機(jī)，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，一般是無法磨拋的。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。

第五節(jié)、四拼傾斜圓柱加工方法

廣州西塔工程的八條斜拼圓柱均勻的呈倒八字行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(diǎn)睛的作用。

斜拼柱立面圖、平面圖、斜率如下：

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。縱向拼縫與中軸平行，由于分件原因，現(xiàn)每件弧板都存在撇底、撇面和一個(gè)工作臺轉(zhuǎn)角。立體幾何計(jì)算量較大。如果豎縫及分件線旋轉(zhuǎn)45度，加工將變得簡單得多，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，效果就會打折扣。

加工經(jīng)驗(yàn)： 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(jī)來加工，分析單層柱子得知：斜切左旋2件，右旋2件；同一個(gè)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(zhǔn)來加工要求我們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。＜EFC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。即證明了EF⊥AD。

為直觀、方便計(jì)算我們從如下圖所示角度進(jìn)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?？梢姡海糃DA就是以弧板底面定位時(shí)的工作臺轉(zhuǎn)角α，＜FCE為扳刀角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臺上斜切，操作起來簡單得多。

結(jié)束語： 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。