石材旋转楼梯栏河的加工工艺及误差的计算
随着中国经济的飞速发展，建筑装饰模式逐渐呈现多样化。特别是近些年来旅游业的发展，各个星级宾馆为了提高装饰效果以吸引更多的游客，他们进行装饰的重点之一就是石材旋转楼梯，它既能满实用要求，又体现了装饰设计的现代艺术风格。所以，石材旋转的应用越来越广泛。但是目前对石材旋转楼梯栏河的加工造型却并不理想。此文介绍了一种旋转楼梯栏河的加工工艺流程并导出了加工螺旋面的方便、实用的计算公式。石材研习社（微信号stone5A）
1、工艺生产加工单的编制
一般而言，首先应该由工艺人员从图纸中获取重要的加工信息。再编写加工工艺生产单。对旋转楼梯栏河而言，它属三维空间造型，所以工艺生产加工生产加工单的编制也较一般的造型要复杂得多。由于它特有的造型特点，所以不能一次加工成型，必须分件加工，然后拼装。在编写工艺生产单的过程中，其中重要的一点就是根据其空间造型确定分件方法。在考虑整体造型美观的前提下，分件后单件的大小要适当。过大则加工误差就会增大，过小则使栏河单件数目增多，拼接次数也增多，从而影响整体造型效果。除此之外，对单件栏河的每个加工面进行编号也是很重要的，编号是旋转楼梯栏河加工过程中不容忽视的一点，因为栏河是分件加工的，工件数目很多，少则几十块，多则有上千块，所以不栏河的左右两侧，而且同侧栏河的每个加工面孔 要进行区分。如果加工出来的石材没有编号或者编号不科学，则很容易造成混乱，只要秉着得意清楚、易于区分的原则进行编号即可。如果对楼层较多，选票较多的栏河编号更为复杂，所以更应灵活处理。
2、生产加工工艺流程
待技术人员将旋转楼梯栏河加工单编制完毕，经审核确定无误后就可以到车间进行生产加工，整个旋转楼梯栏河的加工部分分为工艺加工、工艺打磨以及检验、编号、包装、入库，而工艺加工阶段又分为备料；弧形选型；打磨、抛光；切角、修高、胶补等工艺。
（1）备料
选料是异型石材加工的第一步，也是旋转楼梯栏河加工工艺中必不可少的重要内容。
石料的好坏直接影响着装饰效果。所以必须根据国家石材工艺品检验标准，选择质地优良、尺寸合适的荒料进行下料。另外，对石料的颜色和纹路也要有一定的要求，不同的石料往往具有不同的颜色和纹路。毛料不仅要考虑到石料的质地、特点，还要考虑到整个楼梯栏河的外观效果，用料颜色要均匀，色调深浅过渡要自然而且稳定，纹路美观清晰且要顺高度方向。如果毛料实在有些缺陷也要灵活进行修补。
下料一向使用的是金刚石圆盘锯，将荒料切割成一定数量，按弧板造型所需的坯料，此坯料需在弧板的高度和弦长方向都加上一定的余量，以便弧板造型的加工。
（2）弧板的造型
造型是异型石材的轮廓加工，弧板的造型一般使用电脑线切机。首先将备好的坯料置于电脑线切机的加工台上，保证弧板高度方向与电脑线切机的金刚绳基本垂直。并且要调节两个支承导向轮，使支承导向轮之间的距离稍大于坯料的宽度。
由加工要求设置加工零点，按加工的尺寸程序输入计算机，确认无误的情况下方可进行切割。启动机床，张紧装置使得两个大轮有一个固定的距离，给金刚石串珠绳提供足够并且预定的张紧力。主电动机通过V带传动，带动主动大轮转动，实现金刚石串珠绳的运动，提供串珠绳的切割动力。控制上下进给的电动机带动蜗杆减速器，又带动丝杆螺母进行传动，使得金刚石串珠绳上下运动，移动到要求的部位，按照切割要求进行运动。
每加工完一次圆弧板，需检弧板的精度和误差。
（3）弧板的打磨、抛光
外弧见光弧打磨、抛光可采用手扶磨机，先粗磨、细磨、精磨、再抛光。粗磨采用的磨料粒度大，可去除绝大部分研磨加工余量。开车前，应用平尺检验工作台的平度，再将弧板平稳置于用上，研磨时给水要连续，可边加工边，还要避免磨块与板材边相撞以免碰掉磨块或碰坏弧板。细磨按2#、3#、4#磨石依次进行打磨，每使用一种磨石必须去掉前一道工序留下的划痕，通过细磨，可以除去粗磨弧板表面粗而 深的纹路和瓣细而浅的磨削纹路，每号磨头需磨5～8min，精磨采用5#、6#磨石，精磨每号磨头约5min，光泽度达50度。抛光时要用到抛光头，弧板要清洗干净，关闭冷却水，采用高转速进行抛光，抛光后使其光泽度达到或大于标准指标。
（4）切角、修高
对弧板进行切角、修高要用到桥切机。桥切机可完成切削头在横梁上的横向进给运动，横梁在纵向导轨上的纵向移动和锯片上下进给运动。切割速度可以通过电动机进行调节，锯片可以倾斜，工作台可以翻转，同时还有悬挂式控制键盘。首先，将弧板置于工作台上且进行定位，调试好切角、修高的参数后才可进行加工，加工时要注意所加工的弧板在旋转楼梯栏河上是牌左旋还是右旋方向，而且外弧和内弧的切角方向也不一样，需根据具体情况而定。
（5）工艺打磨
对一些不能用机床造型的则由打磨车间用手工进行加工。如弯位花线的手工造型，需用标准模板依照需要的造型进行辅助划线，结合圆弧侧面画出的加工界线，用手切除多余部分，再用打磨机进行打磨成型。
（6）检验、编号、包装、入库
整个旋转楼梯栏河加工完后，质检员要根据旋转楼梯栏河的工艺生产加工单和石材工艺品的质检标准，对旋转楼梯栏河进行全面的检查和编号，然后进行包装、入库。
3、加工误差的计算
石材旋转楼梯栏河的加工工艺流程基本上如上所述，但这种加工方法在某些方向仍然不能尽善尽美。这是因为旋转楼梯栏河是在螺旋面的基础上形成的，对三维螺旋面的造型是最具加工难度的一个环节。所以为减轻加工困难，该加工方式将单件螺旋面栏河加工成与其近似的圆柱面，从而与螺旋面形成一定的误差，为了减小这个误差，本文作者导出了系列用数控串珠绳锯近似加工螺旋面的方便、实用的计算公式，并用实例计算说明了这种新方法的应用。
（1）方程式的建立
旋转楼梯栏河的盖板上表面是一个螺旋面，如图1所示，它在几何上可看成是一条与x.y.z轴垂直的线段绕z轴作等角度圆周运动，同时沿该直线的方向作等速直线运动而形成的空间曲面。
用空间解析几何的数学式表示为：
{x=rcosθ；y=rsinθ;z=kθ}(r1≤r ≤r2 ) ①
其中θ为圆柱螺旋面上的某一点在圆柱谋面上的投影点和底面圆心的连线与x轴的夹角，r1、r2 为底面内外圆半径，k为常数。螺旋曲面的螺旋线展开图是直角三角形，如图2所示，
r0＝0.5（r1＋r2)；
K＝r1 tgλ1＝r2 tgλ2＝r0 tgλ0 ②
如果用一个母线与此螺旋面的母线重合在x轴上，且经过螺旋面上另一条母线的中点A0圆柱面来逼近螺旋面块A1A2B2B1，其半径为R，此逼近视图如图3所示：
（“＋”表示与法线相交的离螺旋面上A1点较远的圆柱面与螺旋面在A1点的误差，它要远远大于与A1点较近的圆柱面与螺旋面在A1点的误差，故需舍去）
（3）误差分析
由所得误差公式可知，△1、△2 显然与β、θ等因数有关，θ越小，则△1、△2越小，但石材板分块越多，装饰效果越差。所以θ要取适当值，一般可以△1、△2小于3mm为限。由图1可看出β<θ，而要使误差达到更小则由误差公式可得到β的最佳取值，这样就能够使圆柱面和螺旋面间的误差较小。
（4）实例
以环球集团驷马装饰旋转楼梯盖板曲面为例来分析螺旋面与代替它的圆柱面之间的误差，对其中一段弦长为860mm的螺旋面而言，它的内外螺旋线的基圆半径为：r1＝6442mm, r2=6542mm,得到旋转角度θ＝7.54°，r2＝17.47°，将其代入② 式得到k＝2059mm，再代入③式得到R＝648612mm。取β= r0 =tg-1k/ r0，则代入误差公式，算得结果如下：
综上可知，若想使旋转楼梯栏河在造型加工上的误差很小，则可用数控串珠绳锯按以上得到的圆柱面半径公式来进行加工。
4、结论
从今后的发展来看，无论是就旋转楼梯的实用价值还是艺术价值来说，它将会被更多的人欣赏和采用，也有越来越多的企业也对它的技术加工产生了浓厚的兴趣，所以旋转楼梯栏河的加工将会有更为广阔的发展前景。
文章来源网络
摘自《石材》杂志2006年2期
版权归原作者所有
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