浮動卡具概覽：從航天領(lǐng)域走向普通零件生產(chǎn)

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浮動卡具最早在加工飛機蒙皮上被廣泛使用。由于蒙皮為曲面結(jié)構(gòu),，并且是薄壁零件，剛性極差,，普通的裝夾方法無法滿足要求,。在沒有浮動卡具的時候，多采用化學(xué)銑的方法,，一點一點地將蒙皮材料溶解掉,，費時費力，并且存在化學(xué)品污染的問題,。

浮動卡具由多個按矩陣排列的支撐桿組成,，每一根桿可以單獨運動，通過高度調(diào)整,，可以將頭部組成一個曲面,，與需要被加工的零件相符，各桿頭部為球形,，配有萬向的吸盤,，通過真空的方法，將零件吸緊,，貼緊到頭部的球形表面,，從而實現(xiàn)了定位和夾緊功能，而不需要其他的輔助方式進行夾緊,，整個被加工表面完全暴露在機床的加工區(qū),，沒有阻擋，非常適合于快速加工,，如圖1所示,。

圖1

浮動卡具的各桿是單獨調(diào)節(jié)的，可以適應(yīng)各種形狀的零件,，并且各桿的行程可以做得很大,，一般50～800mm均可，可以適應(yīng)曲面變化較大的零件,，也可以適應(yīng)有多個臺階的表面,。各桿按移動形式可以分為以下3種：

（1）液壓或氣動式。利用三點定位的原理,，將零件的主定位點支撐好,，再向各輔助桿內(nèi)通以液壓油或壓縮空氣，將桿緩慢地推起,，推向工件底面,，當(dāng)桿頭部與工件接觸并產(chǎn)生一定的力后，將桿鎖緊,，如圖2所示,，在整個零件加工過程中,，持續(xù)保持桿的鎖緊狀態(tài)，通過各桿的輔助支撐,，減少剛性差的零件在加工過程中的振動,，平衡切削力，減少零件受力變形和讓刀的情況,。

圖2

（2）電動式,。每一根桿的內(nèi)部由一個伺服電動機和一根滾珠絲杠驅(qū)動，可以通過數(shù)控程序?qū)γ恳桓鶙U的高度進行主動的,、自動的調(diào)節(jié),，可在安裝零件之前即將各桿的高度調(diào)整到位，將零件放置后,，直接夾緊（如圖3）,。由于事先已經(jīng)通過各桿頭部形成了零件的輪廓，將零件放上后,，可以通過觀察各支撐點與零件的間隙,，來判斷零件外表面形狀誤差，對于蒙皮這樣的薄板,，還可以通過浮動卡具進行形狀校正,，通過壓砂袋的方法，將蒙皮調(diào)整到理想的形狀,。但這種形式的浮動卡具的最大缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、成本高，各桿間的距離會受到電動機等執(zhí)行機構(gòu)的影響,， 只適用于專機固定化的使用,。

圖3

（3）被動式。各桿沒有自已的動力,，但均可以單獨運行,，在使用時，通過數(shù)控機床編程,，利用主軸定位到各桿上方,，通過專用的工具，由主軸將各桿拉到設(shè)計的高度,，再鎖緊,，這樣逐根桿地操作，最后將需要的各桿高度調(diào)節(jié)好,，以適應(yīng)零件形狀。優(yōu)點是較為緊湊,、柔性好,、易于維護，適用于移動使用和小批量生產(chǎn)，存在的問題是調(diào)整時間較長,。

浮動卡具的關(guān)鍵部分有兩點,，一個是“浮動”，即可以通過各桿的調(diào)整,，將卡具變換為適應(yīng)工件的裝夾系統(tǒng),；另一個就是“卡具”。這里所說的“卡”是指需要各桿能夠在任何需要的位置停下來,， 并且承受一定的工件自重和加工力量,，要有一定的剛性。

圖4

一般用于浮動卡具抱緊的是液壓脹緊機構(gòu),。圖4所示的MATRIX公司產(chǎn)品,，其工作原理如圖5所示，當(dāng)3號件軸向運動到正確的位置后,，通過進油孔對液壓油或液體塑料加壓,，即可以件1塑料密封壁變形，作用到件6金屬襯套后,，就可以將件3抱緊,。

圖5

由于液壓油或液體塑料的不可壓縮性，只要給進油孔一定的壓力,，力量就會均勻分散到整個圓柱面上,，產(chǎn)生穩(wěn)定的抱緊力，確保各桿能夠在加工過程中,，始終保持在固定的位置,。利用液壓聯(lián)通器的原理，對于各桿可以方便地通過控制系統(tǒng)進行控制,，可以單獨控制,，也可以成批控制。對于自動化要求不高,、需要結(jié)構(gòu)緊湊的場合,，還可以將加壓機構(gòu)直接制作在各桿上，利用類似加工刀具液壓刀柄的結(jié)構(gòu),，可以方便地實現(xiàn)定位和支撐功能,。對于工件支撐面不平的問題，使用帶球鉸鏈的浮動卡具,，仍能確保支撐桿吸住工件,，避免工件上下振動的現(xiàn)象發(fā)生，如圖6所示,。

圖6

來看一個大直徑,、小斷面尺寸環(huán)類零件的案例,，其中一個端面堆焊了合金材料，需要磨削端面,，以往的做法是通過端面墊塞尺的方法,，一點一點將零件底面墊實，再進行磨削,，經(jīng)過多次操作,，才能將端面磨平，費工費時,，并且經(jīng)常出現(xiàn)平面度或厚度尺寸超差的現(xiàn)象,。

圖7

受MATRIX公司產(chǎn)品（見圖7）的啟發(fā)，如圖8所示,，經(jīng)過對浮動卡具的改造,，將工件放到多個可以單獨調(diào)整的圓柱上，圓柱底部用彈簧支撐,，將零件直接放到圓柱端面上,，各圓柱可以自動調(diào)整高度，適應(yīng)工件端面形狀,，鎖緊各圓柱后,，即可磨削，翻轉(zhuǎn)1～2次,，即可以將平面磨平,，可以輕松達到平面度0.02mm的要求。

圖8

浮動卡具的柔性特點逐漸被認同,，開始從高端的飛機蒙皮加工走向普通零件的生產(chǎn),，特別是對于單個且剛性不足的零件生產(chǎn)，有著特殊的應(yīng)用價值,，可以極大地節(jié)省定位,、裝夾時間，提高裝夾精度,，減少加工過程中因切削力產(chǎn)生的振動或變形,。

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