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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、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。視被磨拋石材材質不同,磨拋磨料的級配也有所區別。

 由于欄桿柱、花瓶等制品的輪廓線凹凸變化起伏大,使用上述圓環型磨料很難磨拋加工,所以目前仍使用手動研磨異型回轉體的簡易磨拋設備,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、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、柱帽的造型各種多樣,一般常用的結構形式是母線為曲線、直線線段組合的回轉體柱礎、柱帽,有些是配合一個方型底座構成的柱礎、柱帽,使用普通車床、數控車床、多功能數控加工中心和ssw型曲面、球面加工機等數控或非數控設備都能加工普通回轉體柱礎、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則需要帶金剛石鋸片、橫梁可以前后移動的數控車床,或者帶鋸片動力頭和車床附件的多功能數控加工中心,加工柱礎、柱帽產品使用數控設備本身安裝的圖形設計和加工軟件,就可以十分方便地編制柱礎、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控加工中心加工,因這類柱帽已經屬于雕刻制品了,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,配合人工翻轉柱帽的位置,實現不同面的加工;如果為這種數控銑床配備立銑刀的左右0~90度擺動機構,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。

 直徑較小的回轉體柱礎、柱帽的磨拋可以使用類似于意大利omac公司生產的88sl型、在杠桿上裝磨料的臥式手動回轉體磨拋設備;大直徑回轉體柱礎、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,但對于四面雕刻的柱帽產品,一般則無法磨拋。

 柱礎、柱帽端面支承孔的結構形式、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,詳解特殊形態的圓柱加工方法。廣州西塔工程是環球石材(東莞)有限公司的經典工程。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,現每件弧板都存在撇底、撇面和一個工作臺轉角。立體幾何計算量較大,如果豎縫及分件線旋轉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。

 加工經驗:只要產品的加工面是平面,那么這種產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

 國內石材空心圓柱異型弧板加工已經很普遍了。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。

 我們的技術加工人員,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∠BOC=∠δ,設半弦長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,設此圓“等分系數”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”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,求對應均分件弦長。

 解:查詢下表得n=8 時對應的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)