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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。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。∠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: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。可見:∠CDA 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)