機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第五章習(xí)題答案(關(guān)慧貞)

第五章機(jī)床夾具設(shè)計(jì)習(xí)題答案1.機(jī)床夾具的作用是什麼？有那些要求？（1）機(jī)床夾具的作用1）保證加工精度 2）提高生產(chǎn)率 3) 擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍。4) 減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)安全。（2）機(jī)床夾具的要求1）保證加工面的位置精度 2) 夾具的總體方案應(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng) 3) 安全、方便、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 4) 排屑順暢 5）應(yīng)有良好的強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)工藝性。2.機(jī)床夾具的組成有那些部分？1）定位元件及定位裝置 2）夾緊元件及夾緊裝置 3）導(dǎo)向及對刀元件 4）動(dòng)力裝置 5）夾具體 6）其它元件及裝置 不同的生產(chǎn)條件下的夾具，其組成會(huì)有不同。3.何謂六點(diǎn)定位原理“何謂定位的正常情況和非正常情況，它們各包括那些方面？（1）六點(diǎn)定位原理是采用六個(gè)按一定規(guī)則布置的約束點(diǎn)，限制工件的六個(gè)自由度，使工件實(shí)現(xiàn)完全定位。（2）定位的非正常情況是指凡是保證加工位置精度的自由度均已被約束所限制的情況，它可以是完全定位，即限制了六個(gè)自由度，也可以是小于六個(gè)約束點(diǎn)。（3）定位的非正常情況包括欠定位和過定位兩種。欠定位是指保證加工精度的某自由度應(yīng)該被限制而沒有被限制的情況。此情況不能保證加工精度，因此此定位方案是絕對不允許的。過定位是指為保證加工精度應(yīng)該被限制的某個(gè)自由度被兩個(gè)或兩個(gè)以上的約束所重復(fù)限制。一般情況下這是不允許的。但在工件定位和定位元件精度很高或者在工件剛度很低的情況下，過定位的情況是被允許的。4.試分析圖57中a、c方案為什麼屬過定位？如何改進(jìn)的？尚存在什麼問題？5.7過定位及其改進(jìn)圖5.7 a）：工件下底面有倆個(gè)短圓柱銷臺階面支撐，為平面約束，限制3個(gè)自由度，而每個(gè)短圓柱銷插入工件孔內(nèi)，限制了2個(gè)自由度，因此共限制了7個(gè)自由度，超出了6個(gè)，即y方向的移動(dòng)自由度被重復(fù)限制了，因此屬于過定位。C）：工件左端由銷的又臺階端面定位，此端面限制了3個(gè)自由度，而銷的長徑比已超過1，屬于長銷，它限制了4個(gè)自由度，共限制了7個(gè)自由度，還有轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度沒有被限制。所以實(shí)際上和都被重復(fù)限制，此方案屬于過定位。5.確定夾具的定位方案時(shí)，要考慮那些方面的要求？設(shè)計(jì)某工序加工某表面的定位方案時(shí)，需要考慮：1）該加工面在圖紙上的位置要求，即該加工面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，盡可能以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)2）工件整個(gè)工藝過程所選定的工藝精基準(zhǔn)是否與該加工面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致，一致最好，否則應(yīng)該轉(zhuǎn)換到工藝精基準(zhǔn)上去，做到基準(zhǔn)統(tǒng)一，有利于保證各個(gè)加工面間有較高的位置精度3）定位方案應(yīng)滿足六點(diǎn)定位原理4）因估算此方案的定位誤差是否符合要求5）應(yīng)根據(jù)該面的加工方案，機(jī)床，刀具等具體情況分析該方案的可行性，完善該定位方案。6.何謂定位誤差？定位誤差是由那些因素引起的？定位誤差是指該定位方案條件下，工序基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大位置變動(dòng)量，它是加工誤差的一部分，差生定位誤差的原因有：1） 定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合帶來的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差2）定位元件如銷與工件上定位表面，如孔之間的配合間隙帶來的定位誤差。3）與夾具設(shè)計(jì)制造的誤差及定位副作用中的磨損。7.夾緊與定位有何區(qū)別？對夾緊裝置的基本要求有那些？（1）定位與夾緊的區(qū)別：1）其目的不一樣，定位是保證工件的加工面獲得其準(zhǔn)確的位置精度，因此只要工件的定位表面與定位元件的工作面保持接觸即完成定位。而夾緊是保證工件已獲得的準(zhǔn)確位置在加工環(huán)境下（外力運(yùn)動(dòng)等）不發(fā)生改變。2）其順序必須是限定位后夾緊。若工件先夾緊，雖然工價(jià)的6個(gè)自由度均不能動(dòng)了，是有一個(gè)確定的位置狀態(tài)，但這個(gè)位置狀態(tài)不是我們期望的理想的準(zhǔn)確的位置狀態(tài)，它沒有完成準(zhǔn)確定位的目的。（2）夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求1）夾緊必須保證定位準(zhǔn)確可靠，而不能破壞定位。2）工件和夾具的變形必須在允許的范圍內(nèi)。3）夾緊機(jī)構(gòu)必須可靠。夾緊機(jī)構(gòu)各元件要有足夠的強(qiáng)度和剛度，手動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)必須保證自鎖，機(jī)動(dòng)夾緊應(yīng)有聯(lián)鎖保護(hù)裝置，夾緊行程必須足夠。4）夾緊機(jī)構(gòu)操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習(xí)慣。5）夾緊機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度、自動(dòng)化程度必須與生產(chǎn)綱領(lǐng)和工廠的條件相適應(yīng)。8.設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)時(shí)，對夾緊力的三要素有何要求？（1）確定夾緊力的方向要求有：1)有利于工件的準(zhǔn)確定位，主夾緊力方向優(yōu)先垂直于第一定位基準(zhǔn)2）夾緊力的方向應(yīng)與工件剛度高的方向一致，有利于減小夾緊變形3)應(yīng)盡可能與切削力，重力的方向一致，有利于減小夾緊力。（2）夾緊力作用點(diǎn)的選擇1）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)與支承點(diǎn)“點(diǎn)對點(diǎn)”對應(yīng)，或在支承點(diǎn)確定的區(qū)域內(nèi)，以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形。2）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)作用在工件剛度高的部位。3）夾緊力的作用點(diǎn)和支承點(diǎn)盡可能靠近切削部位，以提高工件切削部位的剛度和抗振性。4)夾緊力的反作用力不應(yīng)使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形。3）夾緊力的大小應(yīng)該合適，過大會(huì)使工件，夾具產(chǎn)生較大的夾緊變形，過小則不能保證加工條件下定位的準(zhǔn)確性和可靠性，以及加工中的安全性，一般應(yīng)予以計(jì)算或試驗(yàn)確定。9.何謂夾具的對定？為什麼使用夾具加工工件時(shí)，還需要解決夾具的對定問題？（1）家具的對定是指夾具在機(jī)床上的安裝，應(yīng)由其位置要求，否則會(huì)影響到加工面的位置精度。（2）車床夾具和銑床夾具常有夾具的對定問題。如銑床夾具安裝早銑床工作臺上，工作臺運(yùn)動(dòng)大都在縱向和橫向有自動(dòng)進(jìn)給，加工面一般就應(yīng)該放在改方向上。夾具在工作臺上安裝就不可能在任意方向上。因此在夾具體上必須設(shè)計(jì)兩個(gè)在一條線上的定向鍵，工件的加工面應(yīng)通過定位保證其與定位鍵方向平行或垂直。車床夾具的幾何中心必須與車床主軸中心同軸，夾具與主軸的對定一是通過夾具幾何中心上的莫氏錐柄與主軸上莫氏空配合來實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方案是夾具幾何中心上應(yīng)有與主軸端部結(jié)構(gòu)一致的結(jié)構(gòu)形式，尺寸來保證對定，例如CA6140車床夾具，夾具體的左端必須有短錐孔和較大左端平面結(jié)構(gòu)和尺寸，使之與CA6140主軸部位的大平臺面和短錐配合，實(shí)現(xiàn)定位對定。10.使用夾具來加工工件時(shí)，產(chǎn)生加工誤差的因素有那些方面？它們與零件的公差有何關(guān)系？（1）使用夾具加工時(shí)，產(chǎn)生加工誤差的原因又是那個(gè)方面：1）工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差2)1）工件在夾具中的定位、夾緊誤差；2）夾具帶著工件安裝在機(jī)床上,相對機(jī)床主軸(或刀具)或運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的位置誤差，也稱對定誤差；3）加工過程中誤差，如機(jī)床幾何精度，工藝系統(tǒng)的受力、受熱變形、切削振動(dòng)等原因引起的誤差。設(shè)計(jì)夾具定位方案時(shí)要充分考慮此定位方案的定位誤差的大小是否在允許的范圍內(nèi)，一般定位誤差應(yīng)控制在工件允差的之內(nèi)。11.何謂可調(diào)整夾具？調(diào)整方式有幾種？可調(diào)整夾具適用于何種場合？（1）可調(diào)夾整夾具是指為一批來自不同產(chǎn)品的某些具有結(jié)構(gòu)，尺寸和工藝相似的一組零件的某工序的加工設(shè)計(jì)的夾具，經(jīng)過簡單的調(diào)整，可使用這一組零件某工序的加工。(2)調(diào)整的方式可分為：1）調(diào)節(jié)式 2) 更換式3）綜合式 4） 組合式(3) 企業(yè)為多品種小批量生產(chǎn)的系列產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)尺寸和工藝上的相似的那些零件適用可調(diào)整夾具。12.圖577中圖a夾具用于在三通管中心O處加工一孔，應(yīng)保證孔軸線與管軸線ox、oz垂直相交；圖b為車床夾具，應(yīng)保證外圓與內(nèi)孔同軸；圖c為車階梯軸；圖d在圓盤零件上鉆孔，應(yīng)保證孔與外圓同軸；圖e用于鉆鉸連桿小頭孔，應(yīng)保證大、小頭孔的中心距精度和兩孔的平行度。試分析圖577中各分圖的定位方案，指出各定位元件所限制的自由度，判斷有無欠定位或過 位，對方案中不合理處提出改進(jìn)意見。圖577圖5.77 a）：上下兩個(gè)短V行程一個(gè)長V型定位，限制了、四個(gè)自由度，左邊V型限制了、兩個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)了完全定位，無欠定位和過定位。b)：臺階端面限制了、3個(gè)自由度，內(nèi)孔圓柱長徑比小，可看做短銷，限制了、 2 個(gè)自由度，未被限制，屬于不完全定位。加工外圓時(shí)可以不限制，屬于定位正常情況。C）：若工件左端的外圓和中心孔是一次安裝下加工出來的，則它們位置精度較高，做頂尖限制了、3個(gè)自由度，右頂尖是移動(dòng)頂尖，它限制了、2個(gè)自由度，可不被限制是屬于不完全定位，是定位的正常情況。此時(shí)三爪卡盤是夾緊工件并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。若工件左端中心孔和外圓不同軸，存在較大誤差，則中心孔與三爪卡盤同時(shí)有定位作用，則、存在過定位。d）：工件低用平面定位限制了、3個(gè)自由度，左邊用固定V型鐵定位，限制了、2個(gè)自由度，右邊是移動(dòng)V型鐵，限制了自由度，在圓板上鉆孔，不需要限制。此方案中若左右V型鐵對中性很高，則不構(gòu)成過定位，共限制了5個(gè)自由度，屬不完全定位，是定位的正常情況。若兩V型鐵對中性不好，則有過定位。e）：工件底面用定位板定位，限制了、3個(gè)自由度，左端孔用短銷定位，限制了、2個(gè)自由度，右端外圓用固定V型鐵定位，限制了、，與短銷限制了重復(fù)屬于過定位，此外V限制的實(shí)際上是與短銷配合限制了，是有效的。所以此方案屬于過定位，可去掉右端V型鐵，改為在小頭外圓上邊或下邊添加一工藝凸臺，在凸臺除設(shè)置一擋銷未限制與原有底面定位板（、）和左邊短銷（、）組成定位方案，共同限制了6個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位。13題圖578中圖a工件是過球心鉆一孔；圖b是加工齒坯兩端面，要求保證尺寸A及兩端面與孔的垂直度；圖c在小軸上銑槽，保證尺寸H和L；圖d過軸心鉆通孔，保證尺寸L；圖e在支座零件上加工兩孔，保證尺寸A和H。 試分析圖578所列加工零件所必須限制的自由度；選擇定位基準(zhǔn)和定位元件，在圖中示意畫出；確定夾緊力的作用點(diǎn)和方向，在圖中示意畫出。圖578解： （a） （b） （c） （d） （e）（a）90內(nèi)錐套限制了、3個(gè)自由度。理論上限制、即可，但為夾緊方便，增加（b）小錐度心軸可限制、和，并可以漲緊內(nèi)孔來夾緊工件。（c）選外圓為定位基準(zhǔn)，用長V型鐵限制、自由度，左端用定位釘（或擋銷）限制自由度，共5個(gè)。（d）選外圓和臺階右端面，用一個(gè)長V型鐵極其左端面可以限制、以及。（e）選支座大平臺為第一基準(zhǔn)，用板支撐限制、3個(gè)自由度，選底面為第二基準(zhǔn)，用條支撐（或兩個(gè)支撐釘）限制了、2個(gè)自由度，選大孔為第三基準(zhǔn)，用菱形銷限制了自由度實(shí)現(xiàn)完全定位，并能保證A、H尺寸。并用壓板向第一基準(zhǔn)夾緊，且與切削力方向一致。14 在圖579a所示零件上銑鍵槽，要求保證尺寸，及對稱度?，F(xiàn)有三種定位方案，分別如圖579b、c和d所示。已知內(nèi)、外圓的同軸度誤差為0.02mm，其余參數(shù)見圖示。 試計(jì)算三種方案的定位誤差，并從中選出最優(yōu)方案。圖579銑鍵槽有三項(xiàng)要求，寬16mm可由刀具保證；對稱度0.03mm的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是內(nèi)孔A，深度 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是外圓下母線，主要驗(yàn)算這兩項(xiàng)的定位誤差。圖5-79 b）中是外圓用V型鐵定位：1） 由于V型鐵的對稱性，設(shè)對刀具時(shí)刀具中截面對準(zhǔn)了V型鐵的對稱中心，則產(chǎn)生鍵槽對孔中心的對稱度誤差，僅是內(nèi)孔與外圓的同軸度誤差mm,因此會(huì)產(chǎn)生對稱=0.01mm2) 鍵槽深度的定位誤差可直接按公式計(jì)算，參見p。289， (0.14)所以該方案的定位誤差收合格的。圖5-79 c）中是內(nèi)孔用心軸定位:1)心軸水平放置，雖然心軸與孔有間隙，在自重作用下孔中心與心軸中心自然在同一個(gè)垂直面內(nèi)，若無對刀誤差，則對稱=02）如圖c所示；分析：定位誤差為下母線在L方向上的最大變動(dòng)量。夾具制造后，對刀塊（槽底）與心軸中心距離L1不會(huì)變動(dòng)，所以不會(huì)影響L的變動(dòng)。影響L變動(dòng)的是心軸中心到外圓下母線這一段L2,其原因有心軸與孔的配合間隙；內(nèi)孔中心到外圓中心的同軸度；以及外圓半徑。L2max的情況下間隙最大，孔中心下移最大；外圓中心在孔中心下方；以及外圓半徑最大時(shí)：L2min的情況下，孔中心下移最??；外圓中心在孔中心上方；以及外圓半徑最小時(shí)：所以顯然（0.14），該定位方案，定位誤差超差，不合格。圖 c圖5-79 d）設(shè)銑鍵槽左右位置由對刀塊確定，對刀塊的左右位置有標(biāo)準(zhǔn)外圓尺寸確定（此方案可減少定位誤差），即刀具中截面對準(zhǔn)了外圓中心：此時(shí)，銑槽對內(nèi)孔中心的對稱度的影響因素有：外圓尺寸變化影響外圓中心的左右位置，內(nèi)孔中心與外圓中心的同軸度影響內(nèi)孔中心的左右位置。槽中心對于孔中心偏左的情況是：外圓最小，中心右移；內(nèi)孔中心對外圓中心右移：定=外圓半徑對于標(biāo)準(zhǔn)外圓半徑半徑的差+內(nèi)外同軸度之半=，顯然它已超出圖紙上關(guān)于對稱度的要求。2)對要求的驗(yàn)算：由于該定位方案是以外圓下母線為定位基準(zhǔn)，與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，所以定=0總體上看，此方案是一項(xiàng)要求合格，另一項(xiàng)要求不合格。所以不合格。上述三種方案中，僅圖5-79 a）方案是精度滿足要求的合格方案。15圖580所示齒輪坯的內(nèi)孔和外孔已加工合格，即，?，F(xiàn)在插床上用調(diào)整法加工內(nèi)鍵槽，要求保證尺寸mm。忽略內(nèi)孔與外圓同軸度誤差，試計(jì)算該定位方案能否滿足加工要求？若不能滿足，應(yīng)如何改進(jìn)？圖5-80設(shè)鍵槽底的位置由進(jìn)給最終位置是確定的，則H由槽底到孔中心為H，和孔中心到空下母線H2()組成，外圓用V型定位，其尺寸變化隨孔中心變化，產(chǎn)生，孔半徑變化產(chǎn)生，所以 由于d和D同時(shí)做大或同時(shí)做小的概率小，因此此方案較為合格。16 指出圖581所示各定位、夾緊方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不正確的地方，并提出改進(jìn)意見。圖 581圖581 a）：三爪卡盤裝夾長度稍長，應(yīng)短一些，限制2個(gè)自由度較為合適。圖示狀況而言容易使工件彎曲變形，加工后工件不直。圖581 b）；右邊夾緊力沒有對準(zhǔn)左邊支撐釘，沒有“點(diǎn)對點(diǎn)”使工件右端抬高，破壞底面定位。圖581 c）：兩圓柱面用兩個(gè)固定V型鐵定位是過定位，實(shí)際上也是難以實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)改其中一個(gè)為移動(dòng)V型鐵，并實(shí)現(xiàn)工件的夾緊。圖示的夾緊力FW雖然它是垂直主基準(zhǔn)的，但它會(huì)影響到上表面的銑削加工，不可以。圖581 d）：鉆套與夾緊在同一個(gè)構(gòu)件上，夾緊力的反作用力使構(gòu)件變形，影響鉆套的導(dǎo)向精度，應(yīng)與夾緊機(jī)構(gòu)分離；就夾緊來說，臺階平面兩處夾緊采用此方案，若此臺階平面均經(jīng)過加工，位置關(guān)系較為精確，可將其中一個(gè)改為可調(diào)整機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)兩處的均衡夾緊。如臺階平面未經(jīng)加工，位置不準(zhǔn)確，則此方案難以實(shí)現(xiàn)兩處的均衡夾緊。此情況下，兩處夾緊元件應(yīng)設(shè)計(jì)成可浮動(dòng)一個(gè)元件。17 階梯軸工件的定位如圖581所示，欲鉆孔O，保證尺寸A。試計(jì)算工序尺寸A的定位誤差。圖 582分析：設(shè)小孔中心由鉆套確定，夾具完成后，鉆套中心不變，即即O點(diǎn)不變。A由O到小圓柱中心A1和小圓柱中心到其下母線A2組成。A1生物變化是由外圓固定心和兩圓柱同軸度影響的；A2的變化是由小圓柱半徑變化產(chǎn)生的。 18 工件的定位如圖583所示，加工C面，要求C面與O1O2平行。工件一端圓柱d1用120V型塊定位，另一端d2定位在支承釘上。已知，中心距為。試計(jì)算其定位誤差。 圖583 圖583 a由圖583 a）分析的，計(jì)算一種情況即可，d1max和d2min時(shí)：左邊是V型鐵定位，d1為標(biāo)準(zhǔn)尺寸時(shí)中心O1，d1為最大d1max時(shí)中心為2，其大小為，右邊是支撐釘，影響O2的位置的是d2的半徑，=參見上圖可知：平行度誤差也寫成 19 圖584所示為柴油機(jī)頂柱套筒銑槽工序的定位簡圖。已知，。試計(jì)算該定位方案能否滿足加工的槽與兩孔中心連線間成角度4510的要求。圖 584參見p.290 一面兩銷定位時(shí)的轉(zhuǎn)角誤差公式：20工件裝夾如圖585所示，欲在600.01mm的圓柱工件上銑一平面，保證尺寸h250.05mm。已知90V型塊所確定的標(biāo)準(zhǔn)工件(60mm)的中心距安裝面為450.003mm，塞尺厚度S0.002mm。試求：當(dāng)保證對刀誤差為h公差(0.1mm)的三分之一時(shí)，夾具上安裝對刀塊的高度H應(yīng)為多少？工件的定位誤差為多少？ 圖 585 圖 585 a如圖558 a ，按裝配尺寸鏈解：250.05為封閉環(huán)，其公差應(yīng)為所有組成環(huán)公差之和：20.05=（0.003+0.002+0.015+ ）2所以=0.03封閉環(huán)上偏差=增環(huán)上偏差之和-減環(huán)下偏差之和：0.05=+0.002+0.015-（-0.003）所以+=0.03同理：-0.005=-0.002-0.015-0.003所以-=-0.0345+25=H+3所以H=67 所以H=670.032)定位誤差：外圓在V型鐵上定位，其中心的變動(dòng)量為：21 夾緊裝