机械制造装备设计习题答案关慧贞

第五章机床夹具设计习题答案１.机床夹具的作用是什麽?有那些规定？（1)机床夹具的作用1)确保加工精度2)提高生产率3)扩大机床的使用范畴。4)减轻工人的劳动强度,确保生产安全。（２）机床夹具的规定1)确保加工面的位置精度2）夹具的总体方案应与年生产大纲相适应３)安全、方便、减轻劳动强度４)排屑顺畅5)应有良好的强度、刚度和构造工艺性。２.机床夹具的构成有那些部分?1)定位元件及定位装置２）夹紧元件及夹紧装置３）导向及对刀元件4)动力装置5)夹具体6）其它元件及装置ﻩ不同的生产条件下的夹具,其构成会有不同。3．何谓六点定位原理“何谓定位的正常状况和非正常状况，它们各涉及那些方面?(１）六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点,限制工件的六个自由度,使工件实现完全定位。（2)定位的非正常状况是指但凡确保加工位置精度的自由度均已被约束所限制的状况,它能够是完全定位,即限制了六个自由度，也能够是不大于六个约束点。(3）定位的非正常状况涉及欠定位和过定位两种。欠定位是指确保加工精度的某自由度应当被限制而没有被限制的状况。此状况不能确保加工精度，因此此定位方案是绝对不允许的。过定位是指为确保加工精度应当被限制的某个自由度被两个或两个以上的约束所重复限制。普通状况下这是不允许的。但在工件定位和定位元件精度很高或者在工件刚度很低的状况下,过定位的状况是被允许的。４.试分析图5－7中a、c方案为什麽属过定位?如何改善的？尚存在什麽问题?5．7过定位及其改善图5.7a):工件下底面有俩个短圆柱销台阶面支撑，为平面约束,限制３个自由度,而每个短圆柱销插入工件孔内，限制了2个自由度，因此共限制了7个自由度,超出了６个，即ｙ方向的移动自由度被重复限制了,因此属于过定位。C）:工件左端由销的又台阶端面定位，此端面限制了3个自由度，而销的长径比已超出１,属于长销,它限制了4个自由度，共限制了7个自由度，尚有转动的自由度没有被限制。因此事实上和都被重复限制,此方案属于过定位。5.拟定夹具的定位方案时,要考虑那些方面的规定?设计某工序加工某表面的定位方案时，需要考虑：１）该加工面在图纸上的位置规定,即该加工面的设计基准,尽量以设计基准为定位基准２）工件整个工艺过程所选定的工艺精基准与否与该加工面的设计基准一致,一致最佳，否则应当转换到工艺精基准上去，做到基准统一，有助于确保各个加工面间有较高的位置精度３)定位方案应满足六点定位原理4)因估算此方案的定位误差与否符合规定5）应根据该面的加工方案,机床，刀具等具体状况分析该方案的可行性，完善该定位方案。６．何谓定位误差？定位误差是由那些因素引发的?定位误差是指该定位方案条件下,工序基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量,它是加工误差的一部分,差生定位误差的因素有:1）定位基准与设计基准不重叠带来的基准转换误差2）定位元件如销与工件上定位表面,如孔之间的配合间隙带来的定位误差。3）与夹具设计制造的误差及定位副作用中的磨损。7.夹紧与定位有何区别?对夹紧装置的基本规定有那些?(1）定位与夹紧的区别:1)其目的不同,定位是确保工件的加工面获得其精确的位置精度,因此只要工件的定位表面与定位元件的工作面保持接触即完毕定位。而夹紧是确保工件已获得的精确位置在加工环境下(外力运动等）不发生变化。2)其次序必须是限定位后夹紧。若工件先夹紧,即使工价的６个自由度均不能动了,是有一种拟定的位置状态,但这个位置状态不是我们盼望的抱负的精确的位置状态,它没有完毕精拟定位的目的。（2)夹紧机构设计应满足的规定1）夹紧必须确保定位精确可靠，而不能破坏定位。2）工件和夹具的变形必须在允许的范畴内。3）夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度,手动夹紧机构必须确保自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。４）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、快速、符合工人操作习惯。5)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产大纲和工厂的条件相适应。８.设计夹紧机构时,对夹紧力的三要素有何规定?(1）拟定夹紧力的方向规定有:１)有助于工件的精拟定位,主夹紧力方向优先垂直于第一定位基准2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致,有助于减小夹紧变形3)应尽量与切削力，重力的方向一致,有助于减小夹紧力。（2)夹紧力作用点的选择1）夹紧力的作用点应与支承点“点对点”对应,或在支承点拟定的区域内,以避免破坏定位或造成较大的夹紧变形。2)夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。3）夹紧力的作用点和支承点尽量靠近切削部位,以提高工件切削部位的刚度和抗振性。4)夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。３）夹紧力的大小应当适宜，过大会使工件,夹具产生较大的夹紧变形,过小则不能确保加工条件下定位的精确性和可靠性,以及加工中的安全性，普通应予以计算或实验拟定。９.何谓夹具的对定？为什麽使用夹具加工工件时，还需要解决夹具的对定问题?（1)家具的对定是指夹具在机床上的安装,应由其位置规定,否则会影响到加工面的位置精度。(２）车床夹具和铣床夹具常有夹具的对定问题。如铣床夹具安装早铣床工作台上,工作台运动大都在纵向和横向有自动进给，加工面普通就应当放在改方向上。夹具在工作台上安装就不可能在任意方向上。因此在夹具体上必须设计两个在一条线上的定向键,工件的加工面应通过定位确保其与定位键方向平行或垂直。车床夹具的几何中心必须与车床主轴中心同轴，夹具与主轴的对定一是通过夹具几何中心上的莫氏锥柄与主轴上莫氏空配合来实现,另一种方案是夹具几何中心上应有与主轴端部构造一致的构造形式，尺寸来确保对定,例如CA6１4０车床夹具,夹具体的左端必须有短锥孔和较大左端平面构造和尺寸，使之与CA6140主轴部位的大平台面和短锥配合，实现定位对定。10.使用夹具来加工工件时,产生加工误差的因素有那些方面？它们与零件的公差有何关系？(１)使用夹具加工时,产生加工误差的因素又是那个方面：1)工件在夹具中的定位误差和夹紧误差2）１）工件在夹具中的定位、夹紧误差;2)夹具带着工件安装在机床上,相对机床主轴(或刀具）或运动导轨的位置误差，也称对定误差；３)加工过程中误差,如机床几何精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等因素引发的误差。设计夹具定位方案时要充足考虑此定位方案的定位误差的大小与否在允许的范畴内，普通定位误差应控制在工件允差的之内。１１.何谓可调节夹具？调节方式有几个？可调节夹具合用于何种场合?（1)可调夹整夹具是指为一批来自不同产品的某些含有构造,尺寸和工艺相似的一组零件的某工序的加工设计的夹具，通过简朴的调节，可使用这一组零件某工序的加工。(2）调节的方式可分为:1）调节式2)更换式3)综合式4）组合式(3)公司为多品种小批量生产的系列产品，含有构造尺寸和工艺上的相似的那些零件合用可调节夹具。12.图5－7７中图a夹具用于在三通管中心O处加工一孔，应确保孔轴线与管轴线ox、ｏz垂直相交;图b为车床夹具,应确保外圆与内孔同轴;图c为车阶梯轴；图d在圆盘零件上钻孔,应确保孔与外圆同轴;图e用于钻铰连杆小头孔,应确保大、小头孔的中心距精度和两孔的平行度。试分析图５－77中各分图的定位方案，指出各定位元件所限制的自由度，判断有无欠定位或过位，对方案中不合理处提出改善意见。图５－77图5．7７a）:上下两个短V行程一种长Ｖ型定位,限制了、、、四个自由度，左边Ｖ型限制了、两个自由度,实现了完全定位,无欠定位和过定位。b）：台阶端面限制了、、3个自由度,内孔圆柱长径比小,可看做短销,限制了、2个自由度,未被限制,属于不完全定位。加工外圆时能够不限制,属于定位正常状况。Ｃ):若工件左端的外圆和中心孔是一次安装下加工出来的,则它们位置精度较高，做顶尖限制了、、3个自由度，右顶尖是移动顶尖，它限制了、2个自由度，可不被限制是属于不完全定位，是定位的正常状况。此时三爪卡盘是夹紧工件并传递运动和动力。若工件左端中心孔和外圆不同轴，存在较大误差,则中心孔与三爪卡盘同时有定位作用，则、存在过定位。ｄ)：工件低用平面定位限制了、、3个自由度，左边用固定V型铁定位,限制了、２个自由度,右边是移动Ｖ型铁，限制了自由度,在圆板上钻孔,不需要限制。此方案中若左右V型铁对中性很高，则不构成过定位,共限制了5个自由度,属不完全定位，是定位的正常状况。若两Ｖ型铁对中性不好,则有过定位。e）：工件底面用定位板定位，限制了、、3个自由度,左端孔用短销定位，限制了、2个自由度,右端外圆用固定V型铁定位,限制了、,与短销限制了重复属于过定位,另外V限制的事实上是与短销配合限制了，是有效的。因此此方案属于过定位，可去掉右端V型铁,改为在小头外圆上边或下边添加一工艺凸台,在凸台除设立一挡销未限制与原有底面定位板（、、)和左边短销（、)构成定位方案,共同限制了６个自由度，实现完全定位。1３.题图5-78中图a工件是过球心钻一孔;图b是加工齿坯两端面,规定确保尺寸A及两端面与孔的垂直度；图ｃ在小轴上铣槽,确保尺寸H和L;图ｄ过轴心钻通孔,确保尺寸L;图ｅ在支座零件上加工两孔，确保尺寸A和H。试分析图5-78所列加工零件所必须限制的自由度;选择定位基准和定位元件,在图中示意画出;拟定夹紧力的作用点和方向,在图中示意画出。图5-78解:(b)（c）（ｄ)（ｅ）（ａ)90○内锥套限制了、、3个自由度。理论上限制、即可,但为夹紧方便，增加(b)小锥度心轴可限制、、、和,并能够涨紧内孔来夹紧工件。（c)选外圆为定位基准，用长V型铁限制、、、自由度,左端用定位钉(或挡销）限制自由度,共5个。（d)选外圆和台阶右端面,用一种长V型铁极其左端面能够限制、、、以及。（e）选支座大平台为第一基准,用板支撑限制、、３个自由度，选底面为第二基准，用条支撑(或两个支撑钉）限制了、２个自由度，选大孔为第三基准，用菱形销限制了自由度实现完全定位,并能确保A、H尺寸。并用压板向第一基准夹紧,且与切削力方向一致。14.在图5-79a所示零件上铣键槽,规定确保尺寸,及对称度。现有三种定位方案，分别如图5-79b、c和d所示。已知内、外圆的同轴度误差为0.０2mｍ,其它参数见图示。试计算三种方案的定位误差，并从中选出最优方案。图5-7９铣键槽有三项规定，宽1６ｍm可由刀具确保；对称度0.0３mm的设计基准是内孔A，深度设计基准是外圆下母线，重要验算这两项的定位误差。图5-79ｂ)中是外圆用V型铁定位：由于Ｖ型铁的对称性，设对刀具时刀具中截面对准了Ｖ型铁的对称中心，则产生键槽对孔中心的对称度误差，仅是内孔与外圆的同轴度误差mm,因此会产生△对称=0.０１mm2)键槽深度的定位误差可直接按公式计算,参见ｐ。2８９，(0．14)因此该方案的定位误差收合格的。图5-79ｃ)中是内孔用心轴定位：1)心轴水平放置，即使心轴与孔有间隙,在自重作用下孔中心与心轴中心自然在同一种垂直面内,若无对刀误差,则△对称=0２)如图c所示;分析:定位误差为下母线在L方向上的最大变动量。夹具制造后，对刀块（槽底）与心轴中心距离L1不会变动，因此不会影响L的变动。影响Ｌ变动的是心轴中心到外圆下母线这一段Ｌ2,其因素有心轴与孔的配合间隙;内孔中心到外圆中心的同轴度;以及外圆半径。L２max的状况下间隙最大，孔中心下移最大；外圆中心在孔中心下方；以及外圆半径最大时:L2mｉn的状况下，孔中心下移最小；外圆中心在孔中心上方;以及外圆半径最小时:因此显然（0．1４),该定位方案,定位误差超差，不合格。图c图5-79d)设铣键槽左右位置由对刀块拟定,对刀块的左右位置有原则外圆尺寸拟定（此方案可减少定位误差)，即刀具中截面对准了外圆中心：此时，铣槽对内孔中心的对称度的影响因素有:外圆尺寸变化影响外圆中心的左右位置，内孔中心与外圆中心的同轴度影响内孔中心的左右位置。槽中心对于孔中心偏左的状况是:外圆最小，中心右移；内孔中心对外圆中心右移：△定=外圆半径对于原则外圆半径半径的差+内外同轴度之半=,显然它已超出图纸上有关对称度的规定。2）对规定的验算：由于该定位方案是以外圆下母线为定位基准，与设计基准重叠，因此△定＝0总体上看,此方案是一项规定合格,另一项规定不合格。因此不合格。上述三种方案中，仅图5-79a）方案是精度满足规定的合格方案。15．图5－８0所示齿轮坯的内孔和外孔已加工合格，即,。现在插床上用调节法加工内键槽，规定确保尺寸mm。无视内孔与外圆同轴度误差，试计算该定位方案能否满足加工规定?若不能满足,应如何改善?图５-80设键槽底的位置由进给最后位置是拟定的,则H由槽底到孔中心为H，和孔中心到空下母线H2(）构成，外圆用Ｖ型定位，其尺寸变化随孔中心变化,产生,孔半径变化产生，因此由于d和D同时做大或同时做小的概率小,因此此方案较为合格。1６.指出图5-81所示各定位、夹紧方案及构造设计中不对的的地方，并提出改善意见。图5—8１图5—８１a）：三爪卡盘装夹长度稍长，应短某些，限制2个自由度较为适宜。图示状况而言容易使工件弯曲变形,加工后工件不直。图5—81b）；右边夹紧力没有对准左边支撑钉，没有“点对点”使工件右端抬高,破坏底面定位。图5—81c):两圆柱面用两个固定Ｖ型铁定位是过定位，事实上也是难以实现的，应改其中一种为移动V型铁,并实现工件的夹紧。图示的夹紧力ＦW即使它是垂直主基准的，但它会影响到上表面的铣削加工,不能够。图5—８1d)：钻套与夹紧在同一种构件上,夹紧力的反作用力使构件变形，影响钻套的导向精度，应与夹紧机构分离；就夹紧来说，台阶平面两处夹紧采用此方案，若此台阶平面均通过加工,位置关系较为精确,可将其中一种改为可调节机构，能够实现两处的均衡夹紧。如台阶平面未经加工,位置不精确，则此方案难以实现两处的均衡夹紧。此状况下,两处夹紧元件应设计成可浮动一种元件。17.阶梯轴工件的定位如图5－8１所示，欲钻孔O，确保尺寸A。试计算工序尺寸A的定位误差。图5—8２分析:设小孔中心由钻套拟定,夹具完毕后，钻套中心不变，即即O点不变。A由O到小圆柱中心Ａ１和小圆柱中心到其下母线A2构成。A1生物变化是由外圆固定心和两圆柱同轴度影响的;Ａ2的变化是由小圆柱半径变化产生的。18．工件的定位如图5－83所示,加工C面,规定C面与O1O2平行。工件一端圆柱d１用12０°V型块定位，另一端d2定位在支承钉上。已知,,中心距为。试计算其定位误差。图5—83图5—83a由图5—83a）分析的,计算一种状况即可,d1ｍax和ｄ2mｉn时:左边是Ｖ型铁定位,d1为原则尺寸时中心O1ﻩ，ｄ1为最大d1max时中心为2,其大小为,右边是支撑钉，影响O２的位置的是d2的半径,=参见上图可知:平行度误差也写成1９．图５－8４所示为柴油机顶柱套筒铣槽工序的定位简图。已知，,,,。试计算该定位方案能否满足加工的槽与两孔中心连线间成角度α=４5°±10ˊ的规定。图5—84参见p.2９0一面两销定位时的转角误差公式：2０．工件装夹如图5－85所示，欲在φ60±０.０１mm的圆柱工件上铣一平面,确保尺寸h=2５±0.０5mm。已知９0°V型块所拟定的原则工件（φ6０mm）的中心距安装面为4５±０.003mｍ，塞尺厚度S=0.002mm。试求:①图5—８５图5—８5a如图5—58a,按装配尺寸链解：25±0.05为封闭环，其公差应为全部构成环公差之和:2×0.0５=（０.003+0.002+0．015+)×2因此=0.0３封闭环上偏差＝增环上偏差之和－减环下偏差之和:０.05=++０．002+0.０１5-(－０.003)因此+＝0．03同理：-０.０05=－-０．0０２-0.015-０.０03因此-=-0.０３45+２5=Ｈ＋3因此H=67