機械制造裝備設計第五章習題答案關慧貞

1、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) 夾具的總體方案應及年生產綱領相適應 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

2、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

3、.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

4、）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及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，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） 定位基準及設計基準不重合帶來的基準轉換誤差2

5、）定位元件如銷及工件上定位表面，如孔之間的配合間隙帶來的定位誤差。3）及夾具設計制造的誤差及定位副作用中的磨損。7.夾緊及定位有何區(qū)別？對夾緊裝置的基本要求有那些？（1）定位及夾緊的區(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及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)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

6、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、自動化程度必須及生產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）夾緊力的方向應及工件剛度高的方向一致，有利于減小夾緊變形3)應盡可能及切削力，重力的方向一致，有利于減小夾緊力。（2）夾緊力作用點

7、的選擇1）夾緊力的作用點應及支承點“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，夾具產生較大的夾緊變形，過小則不能保證加工條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

8、。（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及定位鍵方向平行或垂直。車床夾具的幾何中心必須及車床主軸中心同軸，夾具及主軸的對定一是通過夾具幾何中心上的莫氏錐柄及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及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，使之及CA6140主軸部位的大平臺面和短錐配合，實

9、現(xiàn)定位對定。10.使用夾具來加工工件時，產生加工誤差的因素有那些方面？它們及零件的公差有何關系？（1）使用夾具加工時，產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、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

10、批來自不同產品的某些具有結構，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的系列產品，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，應保證孔軸線及管軸線ox、oz垂直相交；圖b為車床夾具，應保證外圓及內孔同軸；圖c為車階梯軸；圖d在圓盤零件上鉆孔，應保證孔及外圓同軸；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

11、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

12、孔和外圓不同軸，存在較大誤差，則中心孔及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、，及短銷限制了重復屬于過定位，此外V限制的實際上是及短銷配合限制了，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

13、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及原有底面定位板（、）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及兩端面及孔的垂直度；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

14、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，且及切削力方向一致。14 在圖579a所示零件上銑鍵槽，要求保證尺寸，及對稱度。現(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

15、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，則產生鍵槽對孔中心的對稱度誤差，僅是內孔及外圓的同軸度誤差mm,因此會產生對稱=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，雖然心軸及孔有間隙，在自重作用下孔中心及心軸

16、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）及心軸中心距離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,其原因有心軸及孔的配合間隙；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；以及外圓半徑最大時：L2min的情況下，孔中心下移最?。煌鈭A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

17、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，內孔中心及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)對要求的驗算：由于該定位方案是以外圓下母線為定位基準，及設計基準重合，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

18、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。忽略內孔及外圓同軸度誤差，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，產生，孔半徑變化產生，所以 由于d和D同時做大或同時做小的概率小，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

19、 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）：鉆套及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，應及夾緊機構分離；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

20、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。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生的。18 工件的定位如圖583所示，加工C面，要求C面及O1O2平行。工件一端圓柱d1用120°V型塊定位，另一端d2定位在支承釘上。已知，中心距為。試計算其定位誤差。圖583 圖583 a由圖583 a）分析的，計算一種情況即可，d1max和d2min時：左

21、邊是V型鐵定位，d1為標準尺寸時中心O1，d1為最大d1max時中心為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所示為柴油機頂柱套筒銑槽工序的定位簡圖。已知，。試計算該定位方案能否滿足加工的槽及兩孔中心連線間成角度45°±10的要求。圖 584參見p.290 一面兩銷定位時的轉角誤差公式：20工件裝夾如圖585所示，欲在60±0.01mm的圓柱工件上銑一平面，保證尺寸h25±0.05mm。已知90°V型塊所確定的標準工件(60mm)的中心距安裝面為45±0.003mm，塞尺

22、厚度S0.002mm。試求：當保證對刀誤差為h公差(0.1mm)的三分之一時，夾具上安裝對刀塊的高度H應為多少？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：25±0.05為封閉環(huán)，其公差應為所有組成環(huán)公差之和：2×0.05=（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±=67±0.032)定位誤差：外圓在V型鐵上定位，其中心的變動量為：21 夾緊裝置如圖586所示。如