機械制造裝備設計第三章習題答案(關慧貞)

1、第三章 典型部件設計1. 主軸部件應滿足那些基本要求？答：主軸部件應滿足的基本要求有旋轉精度、剛度、抗振性、溫升熱變形和精度保持性等。主軸的旋轉精度是指裝配后，在無載荷、低速轉動條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和軸向跳動。旋轉精度取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調整精度。主軸部件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義，主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。主軸部件的抗振性是指抵抗受迫振動和自激振動的能力。主軸部件的振動會直接影響工件的表面加工質量，刀具的使用壽命，產(chǎn)生噪聲。主軸部件

2、的精度保持性是指長期地保持其原始制造精度的能力，必須提高其耐磨性。2. 主軸軸向定位方式有那幾種？各有什麼特點？適用場合答：（1）前端配置 兩個方向的推力軸承都分布在前支撐處；特點：在前支撐處軸承較多，發(fā)熱大，升溫高；但主軸承受熱后向后伸，不影響軸向精度；適用場合：用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機床或數(shù)控機床。（2）后端配置 兩個方向的推力軸承都布置在后支撐處；特點：發(fā)熱小、溫度低，主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度；適用范圍：用于普通精度機床、立銑、多刀車床。（3）兩端配置 兩個方向的推力軸承分別布置在前后兩個支撐處；特點：這類配置方案當主軸受熱伸長后，影響軸承的軸向間隙，為避免松動，可用

3、彈簧消除間隙和補償熱膨脹；適用范圍：用于短主軸，如組合機床。（4）中間配置 兩個方向的推力軸承配置在前支撐后側；特點：此方案可減少主軸的懸伸量，使主軸熱膨脹后向后伸長，但前支撐結構復雜，溫升可能較高。3. 試述主軸靜壓軸承的工作原理答：主軸靜壓軸承一般都是使用液體靜壓軸承，液體靜壓軸承系統(tǒng)由一套專用供油系統(tǒng)、節(jié)流器和軸承三部分組成。靜壓軸承由供油系統(tǒng)供給一定壓力油，輸進軸和軸承間隙中，利用油的靜壓壓力支撐載荷、軸頸始終浮在壓力油中。所以，軸承油膜壓強與主軸轉速無關，承載能力不隨轉速而變化。靜壓軸承與動壓軸承相比有如下優(yōu)點：承載能力高；旋轉精度高；油膜有均化誤差的作用，可提高加工精度；抗振性好；

4、運轉平穩(wěn)；既能在極低轉速下工作，也能在極高轉速下工作；摩擦小，軸承壽命長。定壓式靜壓軸承的工作原理如下圖所示，在軸承的內圓柱孔上，開有四個對稱的油腔14。油腔之間由軸向回油槽隔開，油腔四周有封油面，封油面的軸向寬度為a，軸向寬度為b。液壓泵輸出的油壓為定值P的油液，分別流經(jīng)節(jié)流器T1、T2、T3和T4進入各個油腔。節(jié)流器的作用是使各個油腔的壓力隨外載荷的變化自動調節(jié)，從而平衡外載荷。當無外載荷作用（不考慮自重）時，各油腔的油壓相等，即p1=p2=p3=p4，保持平衡，軸在正中央，各油腔封面與軸頸的間隙相等，即h=h1=h2=h3=h4，間隙液阻也相等。當有外載荷F向下作用時，軸頸失去平衡，沿載

5、荷方向偏移一個微小位移e，油腔3間隙減小，即h3=h-e，間隙液阻增大，流量減小，分流器T3的壓力降減小，因供油壓力P是定值，故油腔壓力P3隨之增大。同理，上油腔1間隙增大，即h1=h+e，間隙液阻減小，流量增大。節(jié)流器T1的壓力降增大，油腔壓力P1隨之減小。兩者的壓力差p=p3-p1，壓力差將主軸推回中心以平衡外載荷F。4. 試分析圖3114中，所示三種主軸軸承的配置型式的特點和適用場合。答：（1）46000為圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承承受軸向負荷的能力取決于接觸角，即外圈滾道角度，角度越大，軸向負荷能力也越大；3182100是雙列向心圓柱滾子軸承，這種軸承承載能力大，摩擦系數(shù)小，溫升低，但

6、不能承受軸向力。這種配置方式主要在后面的軸承承受軸向力，因此相當于后端配置，這種配置的特點是發(fā)熱小、溫度低，主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度；適用范圍是用于普通精度機床、立銑、多刀車床。（2） 這種配置方式主要在前段的軸承承受軸向力，因此這種軸承配置相當于前端配置；這種配置的特點是在前支撐處軸承較多，發(fā)熱大，升溫高；但主軸承受熱后向后伸，不影響軸向精度；適用場合是用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機床或數(shù)控機床。（3） 2268000是雙向推力向心球軸承，因此這種配置相當于中間配置，這種配置的特點是兩個方向的推力軸承配置在前支撐后側，此方案可減少主軸的懸伸量，使主軸熱膨脹后向后伸長，但前支撐結

7、構復雜，溫升可能較高。5.按圖3115中的主軸部件，分析軸向力如何傳遞？間隙如何調整？答：軸向力傳遞如下圖所示調整主軸上的后螺母可消除后止推軸承的軸向間隙和角接觸球軸承的徑向和軸向間隙；調整主軸上的前螺母可消除前部雙列向心圓柱滾子軸承的徑向間隙，繼續(xù)調整主軸上的后螺母，將主軸向后拉可消除前部止推軸承的軸向間隙。6.試檢查圖3116所示主軸部件中有否錯誤；如有，請指出錯在那里？應怎樣改正？用另畫的正確簡圖表示出來。答：有多處錯誤，主軸前端的雙列向心圓柱滾子軸承間隙不能調整；大齒輪應靠主軸前支承，主軸上有軸向力不能用彈性檔圈定位，應改為螺母定位鎖緊；中間支承應用向心球軸承或圓柱滾子軸承；主軸后支承

8、兩個圓錐滾子軸承應大口朝外；沒有考慮密封和潤滑。7. 試設計一主軸部件，前支承用兩個圓錐滾子軸承承受徑向力和雙向軸向力，后支承用一個雙列圓柱滾子軸承，畫出前后支承部分的結構簡圖。8. 在支承件設計中，支承件應滿足那哪些基本要求？答：支撐件應滿足的下列要求：1） 應具有足夠的剛度和較高的剛度-質量比。2） 應具有較好的動態(tài)特性，包括較大的位移阻抗（動剛度）和阻尼；整機的低階頻率較高，各階頻率不致引起結構共振；不會因薄壁振動而產(chǎn)生噪聲。3） 熱穩(wěn)定性好，熱變形對機床加工精度的影響較小。4） 排屑暢通、吊運安全，并具有良好的結構工藝性。9.支承件常用的材料有哪些？有什麼特點？答：支承件常用的材料有鑄

9、鐵、鋼板和型鋼、大然花崗巖、預應力鋼筋混凝土、樹脂混凝土等。（1）鑄鐵 鑄鐵鑄造性能好、容易獲得復雜結構的支承件，同時鑄鐵的內摩擦力人，阻尼系數(shù)大，使振動衰減的件能好，成本低。但鑄件需要木模芯盒，制造周期長，有時產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷，成本高，適于成批生產(chǎn)。鑄造支承件要進行時效處理，以消除內應力。2）鋼板焊接結構用鋼板和型鋼等焊接支承件，其特點是制造周期短，省去制作木模和鑄造工藝：支承件可制成封閉結構，剛性好；便于產(chǎn)品更新和結構改進；鋼板焊接支承件固有頻率比鑄鐵高，在剛度要求相同情況下，采用鋼焊接支承件可比鑄鐵支承件壁厚減少一半，重量減輕2030。鋼板焊唼結構的缺點是鋼板材料內摩檫阻尼約為鑄鐵的

10、1/3，抗振性較鑄鐵差，為提高機床抗振性能，可采用提高阻尼的方法來改善動態(tài)性能。(3）預應力鋼筋混凝土預應力鋼筋混凝土主要用于制作不常移動的大型機械的機身、底座、立注等支承件，預應力鋼筋混凝土支承件的剛度和阻尼比鑄鐵大幾倍，抗振性好，成本較低。用鋼筋混凝土制成支承件時，鋼筋的配置對支承件影響較大。一般三個方向都要配置鋼筋、總預拉力為120150KN。缺點是脆性大，耐腐蝕性差，油滲入導致材質疏松，所以表面芘進行噴漆或噴涂塑料。(4）天然花崗巖天然花崗巖性能穩(wěn)定，精度保持性好，抗振性好、阻尼系數(shù)比鋼大15倍，耐磨性比鑄鐵高56倍，導熱系數(shù)和線脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好，抗氧化性強，不導電，抗磁，與金屬不

11、粘合，加工方便，通過研磨和拋光容易得到很高的靖度和表面粗糙度。(5）樹脂混凝土樹脂混凝土特點是：剛度高；具有良好的阻尼性能，阻尼比為灰鑄鐵的810倍，抗振 性好；熱容量大，熱傳導率低，導熱系數(shù)只為鑄鐵的1/251/40，熱穩(wěn)定性高，其構件熱變形??；比重為鑄鐵的1/3，質量輕；可獲得良好的幾何形狀精度，表面精糙度也較低；對切削油、潤滑劑、冷卻液有極好的耐腐蝕性；與金屬粘接力強，可根據(jù)不同的結構要求，預埋金屬件，使機械加工量減少，降低成本；澆注時無大氣污染；生產(chǎn)周期短，工藝流程短；澆注出的床身靜剛度比鑄鐵床身提高1640?？傊哂袆偠雀?、抗振性好、耐水、耐化學腐蝕和耐熱特性。缺點是某些力學性能低

12、，但可以預埋金屬或添加加強纖維。對于高速、高效、髙精度加工機床具有廣泛的應用前景。10.根據(jù)什麼原則選擇支承件的截面形狀，如何布置支承件上的筋板和筋條？答：支承件的截面形狀的選擇原則主要有以下幾個方面：1）無論是方形、圓形或矩形，空心截面的剛度都比實心的大，而且同樣的斷面形狀和相同大小的面積，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗彎剛度和抗扭剛度都高。所以為提高支承件剛度，支承件的截面應是中空形狀，盡可能加大截面尺寸，在工藝可能的前提下壁厚盡量薄一些。當然壁厚不能太薄，以免出現(xiàn)薄壁振動。2圓（環(huán)）形截面的抗扭剛度比方形好，面抗彎剛度比方形低。因此，以承受彎矩為主的支承件的截面形狀

13、應取矩形，并以其髙度方向為受彎方向；以承受扭矩為主的支承件的截面形狀應取圓（環(huán)）形。3） 封閉截面的剛度遠遠大于開口截面的剛度，特別是抗扭剛度。設計時應盡可能把支承件的截面作成封閉形狀。但是為了排屑和在床身內安裝一些機構的需要，有時不能作成全封閉形狀。 筋板是指聯(lián)接支承件四周外壁的內板，它能使支承件外壁的局部載荷傳遞給其它壁板，從而使整個支承件承受載荷，加強支承件的自身和整體剛度筋板的布置取決于支承件的受力變形方向，其中，水平市置的筋板有助于提高支承件水平面內彎曲剛度；垂直放置的筋板有助 于提高支承件垂直面內的彎曲剛度；而斜向筋板能 同時提高支承件的抗彎和抗扭剛度。 筋條配置于支承件某一內壁上

14、，主要為了減小局部變形和薄壁振動，用來提高支承件的局部剛度。筋條可以縱向、橫向和斜向，常常布置成交叉排列，如井字形、米字形等。必須使肋條位于壁板的彎曲平面內，才能有效地烕少壁板的彎曲變形。筋條厚度一般是床身壁厚的3.70.8倍。11提高支承件結構剛度和動態(tài)性能有哪些措施？答： (1）提高支承件的靜剛度的主要方法有根據(jù)支承件受力情況合理地選擇支承件的材料、截面形狀和尺寸、壁厚，合理地布置肋板和筋條，以提髙結構整體和局部的彎曲剛度和扭轉剛度。（2）提高動態(tài)特性的方法主要有改善阻尼特性，對于鑄鐵支承件，鑄件內砂芯不清除，或在支承件中填充型砂或混凝土等阻尼樹料，可以起到減振作用。對于焊接支承件、除了可

15、以在內腔中填充混凝土 減振外，還可以充分利用接合面間的摩擦阻尼來減小振動。即兩焊接件之間留有貼合而未焊死的表面，在振動過程中，兩貼合面之間產(chǎn)生的相對摩擦起阻尼作用，使振動減小。間斷焊縫雖使靜剛度有所下降，但阻尼比大為增加，使動剛度大幅度增大。在支承件表面采用阻尼涂層，能獲得較卨的阻尼比，既提高了抗振性，又提髙了機床對噪聲輻射的吸收能力。采用新材料制造支承件如樹脂混凝土材料它具有剛性高、抗振性好、熱變形小、耐化學腐濁的特點，可以使動剛度提高幾倍。12.導軌設計中應滿足那些要求？答：異軌應滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結構簡單、工藝性好、便于加工、裝配

16、、調整和維修、成本低等要求。下面的五個要求允為突出：（1）導向精度 導向精度是導軌副在空載荷或切削條件下運動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之間的偏差。影響導向精度的因素很多，如導軌的幾何精度和接觸精度，導軌的結構型式，導軌和支承件的剛度，導軌的油膜厚度和油膜剛度，導軌和支承件的熱變形等等。(2)承載能力大、剛度好 根據(jù)導軌承受載荷的性質、方向和大小，合理地選擇導軌的截面形狀和尺寸，使導軌具有足夠的剛度，保證機床的加工精度。（3）精度保持性好 精度保持性主要是由導軌的耐磨性決定的，常見的磨損形式有磨料(或磨粒）磨損、粘著磨損或咬焊、接觸疲勞磨損等。影響耐磨性的因素有導軌材料、載荷狀況、摩擦性質、

17、工藝方法、潤滑和防護條件等。（4）低速運動平穩(wěn) 當動導軌作低速運動或微量進給時，應保證運動始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。影響低速運動平穩(wěn)性的因素有導軌的結構形式、潤滑情況、導軌摩擦面的靜、動摩擦系數(shù)的差值，以及傳動導軌運動的傳動系剛度，(5)結構簡單、1：藝性好導軌要求結構簡單，易于加工。13.鑲條和壓板有什麼作用？答：導軌間隙常用壓板、鑲條來調整。壓板用來調整輔助導軌面的間隙和承受顛覆力矩。壓板用螺釘固定在運動部件上，用配刮、墊片來調整間隙。鑲條用來調整矩形導軌和燕尾形導軌的側向間隙，鑲條應放在導軌受力較小側，常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。14.導軌的卸荷方式有那幾種？各有什麼特點？答：卸荷導

18、軌用來降低導軌面的壓力，減少摩擦阻力，從而提高導軌的耐磨性和低速運動的平穩(wěn)性，尤其是對大型、重型機床來說，工作臺和工件的質鷥很大，導軌面上的摩擦阻力很大，常采用卸荷導軌.導軌的卸荷方式有機械卸荷、液壓卸荷和氣壓卸荷。1.機械卸荷下圖是常用的機械卸荷裝置.導軌上的一部分載荷由支承在輔助導軌面a上的滾動軸承3承受。卸荷力的大小通過螺釘1和碟形彈簧2調節(jié)。卸荷點的數(shù)目由動導軌上的載荷和卸荷系數(shù)決定。特點：機械卸荷方式的卸荷力不能隨外載荷的變化而調節(jié)。2.液壓卸荷導軌將高壓油壓入工作臺導軌上的一串縱向油槽，產(chǎn)生向上的浮力，分擔工作臺的部分外載， 起到卸荷的作用。如果工作臺上工件的質量變化較大，可采用類

19、似靜壓導軌的節(jié)流器調整卸荷壓力，如工作臺全長上受載不均勻，可用節(jié)流器調整各段導軌的卸荷壓力，以保證導軌全長保持均勻的接觸壓力。帶節(jié)流器的液壓卸荷導軌與靜壓導軌不同之處是后者的上浮力足以 將工作臺全部浮起，形成純流體摩擦；而前者的上浮力不足以將工作臺全部浮起，但由于介質的粘度較高，由動壓效應產(chǎn)生的干擾較大，難以保持摩擦力基本恒定。3.自動調節(jié)氣壓卸荷導軌氣壓卸荷導軌的基本原理如圖所示。壓縮空氣進入工作臺的氣嚢，經(jīng)導軌面間由表而粗糙度而形成的微小溝槽流人大氣，導軌間的氣壓呈悌形分布，形成一個氣墊，產(chǎn)生的上浮力對導軌進行卸荷。氣墊的數(shù)量根據(jù)工作臺的長度和剛度而定，長度較短或剛度較高時，氣墊數(shù)暈可取少

20、些，每個導軌面至少應有兩個氣墊。氣壓卸荷導軌以壓縮空氣作為介質，無污染，無回收問題；且粘度低，動壓效應影響小，但由于氣體的可壓縮性，氣體靜壓導軌的剛度不如液體靜壓導軌。為了兼顧精度和阻尼的要求應使摩擦力基本保持恒定，即卸荷應力應隨外載荷變化能自動調節(jié)出現(xiàn)了自動調節(jié)氣壓卸荷導軌，也稱半氣浮導軌。自動調節(jié)氣壓卸荷導軌具有自動調節(jié)卸荷導軌系統(tǒng)的剛度K1，比無卸荷時的接觸剛度K提高了。當外載荷有較大變化時，導軌間的接觸力和摩擦力只有微小變化，保證運動平穩(wěn)、不爬行。15.提高導軌耐磨性有那些措施？答：1）合理選擇導軌的材料和熱處理2）導軌的預緊3）導軌的良好潤滑和可靠防護4）爭取無磨損、少磨損、均勻磨損

21、，磨損后能補償16. 數(shù)控機床的刀架和臥式車床的刀架有什麼不同？為什麼？答：刀架是機床的重要組成部分，用于加持切削用的刀具，臥式車床刀架只能裝四把刀，加上尾架也最多裝五把刀。而有些零件加工表面很多，需要更多的刀具才能完成，因而出現(xiàn)了轉塔刀具?？傮w來說臥式車床刀架自動化程度不高，大部分都需要人工轉動刀架進行換刀。數(shù)控機床是一種高度自動化的機床，它的刀架一般都采用自動（電氣或液壓）轉位方式。數(shù)控車床刀架大體分為排刀式刀架和轉塔式刀架兩大類。數(shù)控機床的刀架和臥式車床的刀架的不同是由兩者完全不同的自動化程度造成的。17. 機床刀架自動換刀裝置應滿足什麼要求？答：滿足工藝過程所提出的要求。機床依靠刀具和

22、工件間相對運動形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀架和刀庫上能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件表面，為了實現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀架、刀庫可以方便地轉位。在刀架、刀庫上要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具時還應能精確地調整刀具的位置，采用自動交換刀具時，應能保證刀具交換前后都能處于正:確位置。以保證刀具和工件間準確的相對位置。刀架的運動精度將直接反映到被加工工件的幾何形狀精度和表而粗糙度上，為此，刀架的運動軌跡必須準確，運動應平穩(wěn)，刀架運轉的終點到垮應準確、并且這種精度保持件要好，以便長期保持刀具的正確位置。刀架、刀庫、換刀機械手都應具

23、有足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動轉換過程中方向變換較復雜，而且有些刀架還直接承受切削力，考慮到采用新型刀具材料和先進的切削用量，所以刀架刀庫和換刀機械手都必須具有足夠的剛度.以使切削過程和換刀過程平穩(wěn)?？煽啃愿?。由于刀架和自動換刀裝置在機床丁作過程中，使用次數(shù)很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。刀架和自動換刀裝置是為了提高機床自動化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時間應盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。操作方便和安全。刀架是工人經(jīng)常操作的機床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評價刀架設計好壞的指標。刀架上應便于工人裝刀和調刀，切屑流出方向不能朝向工人

24、，而且操作調整刀架的手柄（或手輪）要省力，應盡暈設置在便于操作的地方。18. 何謂端面齒盤定位？有何特點？答：端面齒盤定位又稱端齒盤定位，端齒盤定位由兩個相同的端面齒盤相嚙合而成，由于嚙合時各個齒的誤差相互補償，起著誤差均化的作用，定位精度高。齒盤的齒形角一般有2等于90°和60°兩種。齒盤的齒數(shù)z的選擇應根據(jù)所要求的分度數(shù)以及齒盤外徑D的大小來確定。一般齒盤外徑均在100800mm之間，且參數(shù)z、齒形角、外徑D、定位基準孔徑d、重合度均已標準化。19.加工中心的自動換刀裝置包括些什麼？答：加工中心的自動換刀裝置包括刀庫和機械手自動換刀裝置。 20.加工中心上刀庫的類型有哪

25、些？各有何特點？答：刀庫用于存放刀具，它是自動換刀裝置中的主要部件之一。根據(jù)刀庫存放刀具的數(shù)目和取刀方式，刀庫可設計成不同類型。刀庫類型有鼓輪式、鏈式、格子箱式、直線刀庫等。以下介紹幾種常見的刀庫形式。（1） 直線刀庫，刀具在刀庫中直線排列，結構簡單，存放刀具數(shù)量有限（一般812把），較少使用。（2） 圓盤刀庫。圓盤刀庫少則68把，多則5060把有多種形式。特點是制造成本低。主要部件是刀庫體及分度盤，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可，運動部件中刀庫的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機構”，前后、上下運動主要選用氣缸。裝配調整比較方便，維護簡單。一般機床制造廠家都能自制。（3） 鏈式刀庫。鏈式刀庫

26、是較常使用的形式，常用的有單排式刀庫和加長鏈條的鏈式刀庫。鏈式刀庫由一個主動鏈輪帶動裝有刀套的鏈條。（4） 其他刀庫如格子箱式刀庫。21.刀庫驅動電動機選擇的依據(jù)有哪些？答：刀庫驅動電動機的選擇應同時滿足刀庫運轉時的負載扭矩TF和起動時的加速扭矩T的要求。考慮到實際情況比計算時設定條件復雜，電動機額定扭矩TS應為負載扭矩TF的1.21.5倍，即TS>（1.21.5）TF。22.典型換刀機械手有幾種？各有何特點及其使用范圍。答：1）單臂單手機械手：這種機械手又分為機械手只做往復直線運動和機械手往復擺動兩種。單臂單手機械手的特點是結構較簡單，換刀動作均需順序進行，時間不能重合，故換刀時間較長

27、。機械手只做往復直線運動的機械手一般應用于刀具主軸與刀庫刀座的軸線平行的場合。機械手作往復擺動的機械手又分為機械手擺動軸線與刀具主軸平行和擺動軸線與刀具主軸垂直兩種，其應用場合分別對應于刀庫換刀位置的刀座軸線與主軸軸線相平行的場合和刀具換刀位置的刀座的軸線與主軸軸線相垂直的場合。2）回轉式單臂雙手機械手：這類機械手可以同時抓住和拔、插位于主軸和刀庫見間的刀具，與單臂單手式機械手相比，可以縮短換刀時間，應用最廣泛，形式也較多。3）雙手式機械手：這種機械手又分為機械手只作往復直線運動和機械手有回轉運動兩種。機械手只作往復直線運動的雙手式機械手的特點是向刀庫還回用過的刀具和選取新刀均可在主軸正在加工

28、時進行，故換刀時間可較短，這種機械手還起到運輸裝置的作用，適用于容量較大的，距主軸較遠的、特別是分置式刀庫的換刀。4）多手式機械手：這類機械手的特點是各個機械手順次使用，這類機械手適用于單主軸機床或者是帶雙刀庫的雙主軸轉塔機床。第五章機床夾具設計習題答案1.機床夾具的作用是什麼？有那些要求？（1）機床夾具的作用1）保證加工精度 2）提高生產(chǎn)率 3) 擴大機床的使用范圍。4) 減輕工人的勞動強度，保證生產(chǎn)安全。（2）機床夾具的要求1）保證加工面的位置精度 2) 夾具的總體方案應與年生產(chǎn)綱領相適應 3) 安全、方便、減輕勞動強度 4) 排屑順暢 5）應有良好的強度、剛度和結構工藝性。2.機床夾具的

29、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）導向及對刀元件 4）動力裝置 5）夾具體 6）其它元件及裝置 不同的生產(chǎn)條件下的夾具，其組成會有不同。3.何謂六點定位原理“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）六點定位原理是采用六個按一定規(guī)則布置的約束點，限制工件的六個自由度，使工件實現(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，即限制了六個自由度，也可以是小于六個約束點。（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該被限制而沒有被限制的情況。此情況不能保證

30、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該被限制的某個自由度被兩個或兩個以上的約束所重復限制。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？如何改進的？尚存在什麼問題？5.7過定位及其改進圖5.7 a）：工件下底面有倆個短圓柱銷臺階面支撐，為平面約束，限制3個自由度，而每個短圓柱銷插入工件孔內，限制了2個自由度，因此共限制了7個自由度，超出了6個，即y方向的移動自由度被重復限制了，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個自由度，而銷的長徑

31、比已超過1，屬于長銷，它限制了4個自由度，共限制了7個自由度，還有轉動的自由度沒有被限制。所以實際上和都被重復限制，此方案屬于過定位。5.確定夾具的定位方案時，要考慮那些方面的要求？設計某工序加工某表面的定位方案時，需要考慮：1）該加工面在圖紙上的位置要求，即該加工面的設計基準，盡可能以設計基準為定位基準2）工件整個工藝過程所選定的工藝精基準是否與該加工面的設計基準一致，一致最好，否則應該轉換到工藝精基準上去，做到基準統(tǒng)一，有利于保證各個加工面間有較高的位置精度3）定位方案應滿足六點定位原理4）因估算此方案的定位誤差是否符合要求5）應根據(jù)該面的加工方案，機床，刀具等具體情況分析該方案的可行性，

32、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，工序基準在工序尺寸方向上的最大位置變動量，它是加工誤差的一部分，差生定位誤差的原因有：1） 定位基準與設計基準不重合帶來的基準轉換誤差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）與夾具設計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確位置在加工環(huán)境下（外力運動等）不發(fā)

33、生改變。2）其順序必須是限定位后夾緊。若工件先夾緊，雖然工價的6個自由度均不能動了，是有一個確定的位置狀態(tài)，但這個位置狀態(tài)不是我們期望的理想的準確的位置狀態(tài)，它沒有完成準確定位的目的。（2）夾緊機構設計應滿足的要求1）夾緊必須保證定位準確可靠，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。3）夾緊機構必須可靠。夾緊機構各元件要有足夠的強度和剛度，手動夾緊機構必須保證自鎖，機動夾緊應有聯(lián)鎖保護裝置，夾緊行程必須足夠。4）夾緊機構操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習慣。5）夾緊機構的復雜程度、自動化程度必須與生產(chǎn)綱領和工廠的條件相適應。8.設計夾緊機構時，對夾緊力的三要素有何要

34、求？（1）確定夾緊力的方向要求有：1)有利于工件的準確定位，主夾緊力方向優(yōu)先垂直于第一定位基準2）夾緊力的方向應與工件剛度高的方向一致，有利于減小夾緊變形3)應盡可能與切削力，重力的方向一致，有利于減小夾緊力。（2）夾緊力作用點的選擇1）夾緊力的作用點應與支承點“點對點”對應，或在支承點確定的區(qū)域內，以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形。2）夾緊力的作用點應作用在工件剛度高的部位。3）夾緊力的作用點和支承點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使夾具產(chǎn)生影響加工精度的變形。3）夾緊力的大小應該合適，過大會使工件，夾具產(chǎn)生較大的夾緊變形，過小則不能保證加工條

35、件下定位的準確性和可靠性，以及加工中的安全性，一般應予以計算或試驗確定。9.何謂夾具的對定？為什麼使用夾具加工工件時，還需要解決夾具的對定問題？（1）家具的對定是指夾具在機床上的安裝，應由其位置要求，否則會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，工作臺運動大都在縱向和橫向有自動進給，加工面一般就應該放在改方向上。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計兩個在一條線上的定向鍵，工件的加工面應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

36、與主軸上莫氏空配合來實現(xiàn)，另一個方案是夾具幾何中心上應有與主軸端部結構一致的結構形式，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構和尺寸，使之與CA6140主軸部位的大平臺面和短錐配合，實現(xiàn)定位對定。10.使用夾具來加工工件時，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系？（1）使用夾具加工時，產(chǎn)生加工誤差的原因又是那個方面：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床上,相對機床主軸(或刀具)或運動導軌的位置誤差，也稱對定誤差；3）加工過程中誤差，如機床幾何精度，工藝系統(tǒng)的受力、受熱變形

37、、切削振動等原因引起的誤差。設計夾具定位方案時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，一般定位誤差應控制在工件允差的之內。11.何謂可調整夾具？調整方式有幾種？可調整夾具適用于何種場合？（1）可調夾整夾具是指為一批來自不同產(chǎn)品的某些具有結構，尺寸和工藝相似的一組零件的某工序的加工設計的夾具，經(jīng)過簡單的調整，可使用這一組零件某工序的加工。(2)調整的方式可分為：1）調節(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，具有結構尺寸和工藝上的相似的那些零件適用可調整夾具。12.圖577中圖a夾具用于在三通管中心O處加工一孔，應保證孔軸線與管軸線ox、

38、oz垂直相交；圖b為車床夾具，應保證外圓與內孔同軸；圖c為車階梯軸；圖d在圓盤零件上鉆孔，應保證孔與外圓同軸；圖e用于鉆鉸連桿小頭孔，應保證大、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意見。圖577圖5.77 a）：上下兩個短V行程一個長V型定位，限制了、四個自由度，左邊V型限制了、兩個自由度，實現(xiàn)了完全定位，無欠定位和過定位。b)：臺階端面限制了、3個自由度，內孔圓柱長徑比小，可看做短銷，限制了、 2 個自由度，未被限制，屬于不完全定位。加工外圓時可以不限制，屬于定位正常情況。C）：若工

39、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個自由度，右頂尖是移動頂尖，它限制了、2個自由度，可不被限制是屬于不完全定位，是定位的正常情況。此時三爪卡盤是夾緊工件并傳遞運動和動力。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個自由度，左邊用固定V型鐵定位，限制了、2個自由度，右邊是移動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，則不構成過定位，共限制了5個自由度，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

40、用定位板定位，限制了、3個自由度，左端孔用短銷定位，限制了、2個自由度，右端外圓用固定V型鐵定位，限制了、，與短銷限制了重復屬于過定位，此外V限制的實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個自由度，實現(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

41、加工零件所必須限制的自由度；選擇定位基準和定位元件，在圖中示意畫出；確定夾緊力的作用點和方向，在圖中示意畫出。圖578解： （a） （b） （c） （d） （e）（a）90內錐套限制了、3個自由度。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，并可以漲緊內孔來夾緊工件。（c）選外圓為定位基準，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。（d）選外圓和臺階右端面，用一個長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，用板支撐限制、3個自由度，選底面為第二基準，用條支撐（或兩個支撐釘）限制了、2個自由度，選大孔為第三基準，用菱形銷限制了自由度

42、實現(xiàn)完全定位，并能保證A、H尺寸。并用壓板向第一基準夾緊，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、外圓的同軸度誤差為0.02mm，其余參數(shù)見圖示。 試計算三種方案的定位誤差，并從中選出最優(yōu)方案。圖579銑鍵槽有三項要求，寬16mm可由刀具保證；對稱度0.03mm的設計基準是內孔A，深度 設計基準是外圓下母線，主要驗算這兩項的定位誤差。圖5-79 b）中是外圓用V型鐵定位：1） 由于V型鐵的對稱性，設對刀具時刀具中截面對準了V型鐵的對稱中心，則產(chǎn)生鍵槽對孔中心的對稱度誤差，僅是內孔與外圓的同軸度誤差m

43、m,因此會產(chǎn)生對稱=0.01mm2) 鍵槽深度的定位誤差可直接按公式計算，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垂直面內，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方向上的最大變動量。夾具制造后，對刀塊（槽底）與心軸中心距離L1不會變動，所以不會影響L的變動。影響L變動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

44、；以及外圓半徑最大時：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：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）設銑鍵槽左右位置由對刀塊確定，對刀塊的左右位置有標準外圓尺寸確定（此方案可減少定位誤差），即刀具中截面對準了外圓中心：此時，銑槽對內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，內孔中心與外圓中心的同軸度影響內孔中心的左右位置。槽中心對于孔中心偏左的情況是：外圓最小，中心右移；內孔中心對外圓中心右移：定=外圓半徑對于標準外圓半徑半徑的差+內外同軸度之半=，顯然它已超出圖紙上關于對稱度的要求。2)對要求

45、的驗算：由于該定位方案是以外圓下母線為定位基準，與設計基準重合，所以定=0總體上看，此方案是一項要求合格，另一項要求不合格。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所示齒輪坯的內孔和外孔已加工合格，即，?，F(xiàn)在插床上用調整法加工內鍵槽，要求保證尺寸mm。忽略內孔與外圓同軸度誤差，試計算該定位方案能否滿足加工要求？若不能滿足，應如何改進？圖5-80設鍵槽底的位置由進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同時做大或同時做小的概率小，因此此

46、方案較為合格。16 指出圖581所示各定位、夾緊方案及結構設計中不正確的地方，并提出改進意見。圖 581圖581 a）：三爪卡盤裝夾長度稍長，應短一些，限制2個自由度較為合適。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左邊支撐釘，沒有“點對點”使工件右端抬高，破壞底面定位。圖581 c）：兩圓柱面用兩個固定V型鐵定位是過定位，實際上也是難以實現(xiàn)的，應改其中一個為移動V型鐵，并實現(xiàn)工件的夾緊。圖示的夾緊力FW雖然它是垂直主基準的，但它會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構件上，夾緊力的反作用力使構件變形，影響鉆套的導向精度，應與夾緊機構分離；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，位置關系較為精確，可將其中一個改為可調整機構，可以實現(xiàn)兩處的均衡夾緊。如臺階平面未經(jīng)加工，位置不準確，則此方案難以實現(xiàn)兩處的均衡夾緊。此情況下，兩處夾緊元件應設計成可浮動一個元件。17 階梯軸工件的定位如圖581所示，欲鉆孔O，保證尺寸A。試計算工序尺寸A的定位誤差。圖 582分析：設小孔中心由鉆套確定，夾具完成后，鉆套中心不變，即即O點不變。A由O到小圓柱中心A1和小圓柱中心到其下母線A2組成。A