機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第五章習(xí)題答案

/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)床的運(yùn)用范圍。4)減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證生產(chǎn)平安。（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)和年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)3)平安、便利、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(duì)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“何謂定位的正常狀況和非正常狀況，它們各包括那些方面？（1）六點(diǎn)定位原理是接受六個(gè)按確定規(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）定位的非正常狀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狀況，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）定位的非正常狀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)當(dāng)被限制而沒有被限制的狀況。此狀況不能保證加工精度，因此此定位方案是確定不允許的。過定位是指為保證加工精度應(yīng)當(dāng)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。一般狀況下這是不允許的。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狀況下，過定位的狀況是被允許的。4.試分析圖5－7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5.7a）：工件下底面有倆個(gè)短圓柱銷臺(tái)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(tái)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。所以事實(shí)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)，須要考慮：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)是否和該加工面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一樣，一樣最好，否則應(yīng)當(dāng)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)依據(jù)該面的加工方案，機(jī)床，刀具等具體狀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，差生定位誤差的緣由有：1）定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合帶來的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差2）定位元件如銷和工件上定位表面，如孔之間的協(xié)作間隙帶來的定位誤差。3）和夾具設(shè)計(jì)制造的誤差及定位副作用中的磨損。7.夾緊和定位有何區(qū)分？對(duì)夾緊裝置的基本要求有那些？（1）定位和夾緊的區(qū)分：1）其目的不一樣，定位是保證工件的加工面獲得其精確的位置精度，因此只要工件的定位表面和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精確位置在加工環(huán)境下（外力運(yùn)動(dòng)等）不發(fā)生變更。2）其依次必需是限定位后夾緊。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)不是我們期望的志向的精確的位置狀態(tài)，它沒有完成精確定位的目的。（2）夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求1）夾緊必需保證定位精確牢靠，而不能破壞定位。2）工件和夾具的變形必需在允許的范圍內(nèi)。3）夾緊機(jī)構(gòu)必需牢靠。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)必需保證自鎖，機(jī)動(dòng)夾緊應(yīng)有聯(lián)鎖愛惜裝置，夾緊行程必需足夠。4）夾緊機(jī)構(gòu)操作必需平安、省力、便利、快速、符合工人操作習(xí)慣。5）夾緊機(jī)構(gòu)的困難程度、自動(dòng)化程度必需和生產(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(duì)夾緊力的三要素有何要求？（1）確定夾緊力的方向要求有：1)有利于工件的精確定位，主夾緊力方向優(yōu)先垂直于第確定位基準(zhǔn)2）夾緊力的方向應(yīng)和工件剛度高的方向一樣，有利于減小夾緊變形3)應(yīng)盡可能和切削力，重力的方向一樣，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)和支承點(diǎn)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”對(duì)應(yīng)，或在支承點(diǎn)確定的區(qū)域內(nèi)，以避開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)當(dāng)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精確性和牢靠性，以及加工中的平安性，一般應(yīng)予以計(jì)算或試驗(yàn)確定。9.何謂夾具的對(duì)定？為什麼運(yùn)用夾具加工工件時(shí)，還須要解決夾具的對(duì)定問題？（1）家具的對(duì)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(duì)定問題。如銑床夾具安裝早銑床工作臺(tái)上，工作臺(tái)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)當(dāng)放在改方向上。夾具在工作臺(tái)上安裝就不行能在隨意方向上。因此在夾具體上必需設(shè)計(jì)兩個(gè)在一條線上的定向鍵，工件的加工面應(yīng)通過定位保證其和定位鍵方向平行或垂直。車床夾具的幾何中心必需和車床主軸中心同軸，夾具和主軸的對(duì)定一是通過夾具幾何中心上的莫氏錐柄和主軸上莫氏空協(xié)作來實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)方案是夾具幾何中心上應(yīng)有和主軸端部結(jié)構(gòu)一樣的結(jié)構(gòu)形式，尺寸來保證對(duì)定，例如CA6140車床夾具，夾具體的左端必需有短錐孔和較大左端平面結(jié)構(gòu)和尺寸，使之和CA6140主軸部位的大平臺(tái)面和短錐協(xié)作，實(shí)現(xiàn)定位對(duì)定。10.運(yùn)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？它們和零件的公差有何關(guān)系？（1）運(yùn)用夾具加工時(shí)，產(chǎn)生加工誤差的緣由又是那個(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(duì)機(jī)床主軸(或刀具)或運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的位置誤差，也稱對(duì)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)等緣由引起的誤差。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)限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(chǎng)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)，尺寸和工藝相像的一組零件的某工序的加工設(shè)計(jì)的夾具，經(jīng)過簡潔的調(diào)整，可運(yùn)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)整式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)尺寸和工藝上的相像的那些零件適用可調(diào)整夾具。12.圖5－77中圖a夾具用于在三通管中心O處加工一孔，應(yīng)保證孔軸線和管軸線ox、oz垂直相交；圖b為車床夾具，應(yīng)保證外圓和內(nèi)孔同軸；圖c為車階梯軸；圖d在圓盤零件上鉆孔，應(yīng)保證孔和外圓同軸；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5－77中各分圖的定位方案，指出各定位元件所限制的自由度，推斷有無欠定位或過位，對(duì)方案中不合理處提出改進(jìn)看法。圖5－77圖5.77a）：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(tái)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，屬于定位正常狀況。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，是定位的正常狀況。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，則中心孔和三爪卡盤同時(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，不須要限制。此方案中若左右V型鐵對(duì)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，是定位的正常狀況。若兩V型鐵對(duì)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、，和短銷限制了重復(fù)屬于過定位，此外V限制的事實(shí)上是和短銷協(xié)作限制了，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(tái)，在凸臺(tái)除設(shè)置一擋銷未限制和原有底面定位板（、、）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5－78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及兩端面和孔的垂直度；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5－78所列加工零件所必需限制的自由度；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5－78解：（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，但為夾緊便利，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(tái)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(tái)為第一基準(zhǔn)，用板支撐限制、、3個(gè)自由度，選底面為其次基準(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，且和切削力方向一樣。14．在圖5－79a所示零件上銑鍵槽，要求保證尺寸，及對(duì)稱度?，F(xiàn)有三種定位方案，分別如圖5－79b、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5－79銑鍵槽有三項(xiàng)要求，寬16mm可由刀具保證；對(duì)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5-79b）中是外圓用V型鐵定位：由于V型鐵的對(duì)稱性，設(shè)對(duì)刀具時(shí)刀具中截面對(duì)準(zhǔn)了V型鐵的對(duì)稱中心，則產(chǎn)生鍵槽對(duì)孔中心的對(duì)稱度誤差，僅是內(nèi)孔和外圓的同軸度誤差mm,因此會(huì)產(chǎn)生△對(duì)稱=0.01mm2)鍵槽深度的定位誤差可干脆按公式計(jì)算，參見p。289，(0.14)所以該方案的定位誤差收合格的。圖5-79c）中是內(nèi)孔用心軸定位:1)心軸水平放置，雖然心軸和孔有間隙，在自重作用下孔中心和心軸中心自然在同一個(gè)垂直面內(nèi)，若無對(duì)刀誤差，則△對(duì)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(duì)刀塊（槽底）和心軸中心距離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,其緣由有心軸和孔的協(xié)作間隙；內(nèi)孔中心到外圓中心的同軸度；以及外圓半徑。L2max的狀況下間隙最大，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的狀況下，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)：所以明顯（0.14），該定位方案，定位誤差超差，不合格。圖c圖5-79d）設(shè)銑鍵槽左右位置由對(duì)刀塊確定，對(duì)刀塊的左右位置有標(biāo)準(zhǔn)外圓尺寸確定（此方案可削減定位誤差），即刀具中截面對(duì)準(zhǔn)了外圓中心：此時(shí)，銑槽對(duì)內(nèi)孔中心的對(duì)稱度的影響因素有：外圓尺寸變更影響外圓中心的左右位置，內(nèi)孔中心和外圓中心的同軸度影響內(nèi)孔中心的左右位置。槽中心對(duì)于孔中心偏左的狀況是：外圓最小，中心右移；內(nèi)孔中心對(duì)外圓中心右移：△定=外圓半徑對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)外圓半徑半徑的差+內(nèi)外同軸度之半=，明顯它已超出圖紙上關(guān)于對(duì)稱度的要求。2)對(duì)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)，和設(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5-79a）方案是精度滿足要求的合格方案。15．圖5－80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。忽視內(nèi)孔和外圓同軸度誤差，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，其尺寸變更隨孔中心變更，產(chǎn)生，孔半徑變更產(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5－81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)看法。圖5—81圖5—81a）：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。圖示狀況而言簡潔使工件彎曲變形，加工后工件不直。圖5—81b）；右邊夾緊力沒有對(duì)準(zhǔn)左邊支撐釘，沒有“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”使工件右端抬高，破壞底面定位。圖5—81c）：兩圓柱面用兩個(gè)固定V型鐵定位是過定位，事實(shí)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，不行以。圖5—81d）：鉆套和夾緊在同一個(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)和夾緊機(jī)構(gòu)分別；就夾緊來說，臺(tái)階平面兩處夾緊接受此方案，若此臺(tái)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(tái)階平面未經(jīng)加工，位置不精確，則此方案難以實(shí)現(xiàn)兩處的均衡夾緊。此狀況下，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5－81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5—82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生物變更是由外圓固定心和兩圓柱同軸度影響的；A2的變更是由小圓柱半徑變更產(chǎn)生的。18．工件的定位如圖5－83所示，加工C面，要求C面和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(jì)算其定位誤差。圖5—83圖5—83a由圖5—83a）分析的，計(jì)算一種狀況即可，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5－84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和兩孔中心連線間成角度α＝45°±10ˊ的要求。圖5—84參見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5－85所示，欲在φ60±0.01mm的圓柱工件上銑一平面，保證尺寸h＝25±0.05mm。已知90°V型塊所確定的標(biāo)準(zhǔn)工件(φ60mm)的中心距安裝面為45±0.003mm，塞尺厚度S＝0.002mm。試求：①圖5—85圖5—85a如圖5—58a，按裝配尺寸鏈解：25±0.05為封閉環(huán)，其公差應(yīng)為全部組成環(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=-所以-=-0.0345+25=H+3所以H=67