機械制造裝備設(shè)計習(xí)題答案

1、第五章機床夾具設(shè)計習(xí)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(yīng)與年生產(chǎn)綱領(lǐng)相適應(yīng)3） 安全、方便、減輕勞動強度 4） 排屑順暢 5 ）應(yīng)有良好的強度、剛度和 結(jié)構(gòu)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(dǎo)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

2、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(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)該被限制的某個自由度被兩個或兩個以上的 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

3、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(nèi)，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(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(zhuǎn)動的 自由度沒有被限制。所以實際上 tx 和tz都被重復(fù)限

4、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(shè)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(shè)計基準，盡可能以設(shè)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(shè)計基準一致， 一致最好，否則 應(yīng)該轉(zhuǎn)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(yīng)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(yīng)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

5、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(shè)計基準不重合帶來的基準轉(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) 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、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(gòu)設(shè)計應(yīng)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(nèi)。3）夾緊機構(gòu)必須可靠。夾緊機構(gòu)各元件要有足夠的強度和剛度，手動夾緊 機構(gòu)必須保證自鎖，機動夾緊應(yīng)有聯(lián)鎖保護裝置，夾緊行程必須足夠。4）夾緊機構(gòu)操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習(xí)慣。5）夾緊機構(gòu)的復(fù)雜程度、自動化程度必須與生產(chǎn)綱領(lǐng)和工廠的條件相適應(yīng)。8. 設(shè)計夾緊機構(gòu)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

7、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(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）夾緊力作用點的選擇 1）夾緊力的作用點應(yīng)與支承點“點對點”對應(yīng)，或在支承點確定的區(qū)域內(nèi)， 以避免破壞定位或造成較大的夾緊變形。2）夾緊力的作用點應(yīng)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(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確性和可靠性， 以及加工中

8、的安全性， 一般應(yīng) 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(yīng)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(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)計兩個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

9、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(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(guān)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(dǎo)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，

10、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(shè)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(nèi)，一般定位誤差應(yīng)控制在工件允差的 1315 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

11、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 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， 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 5 77t sr ) )圖 5.77 a)：上下兩個短 V行程一個長 V型定位，限制了 x、y、x、y 四個 自由度，左邊 V型限制了 tz、 )z兩個自由度，實現(xiàn)了完全定位，無欠定位和過定 位。b

12、) ：臺階端面限制了 tz 、)x 、)y 3個自由度，內(nèi)孔圓柱長徑比小， 可看做短銷， t sr 限制了 x 、 y2 個自由度， )z 未被限制，屬于不完全定位。加工外圓時 )z 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t sr t ) ) 較高，做頂尖限制了 x 、y 、 z 3個自由度，右頂尖是移動頂尖， 它限制了 x、y2 個自由度， z 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， t sr 則中心孔與三爪卡盤同時有定位作用，則 x

13、 、 y 存在過定位。d）：工件低用平面定位限制了 tz 、）x 、）y 3 個自由度，左邊用固定 V型鐵定位， t sr sr限制了 x、y 2個自由度，右邊是移動 V型鐵，限制了 y自由度，在圓板上鉆孔，） sr z不需要限制。此方案中若左右 V型鐵對中性很高，則 y 不構(gòu)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 tz、）x 、 ）y 3個自由度，左端孔用短銷定t sr t sr t 位，限制了 x、y2 個自由度，右端外圓用固定 V型鐵定位，限制了 x、y，x與t sr ） 短銷限制了

14、x重復(fù)屬于過定位，此外 V限制的 y 實際上是與短銷配合限制了 z， 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 ）z與原有底面定位板 （ tz、）x、 ） t sry ）和左邊短銷（ x、 y ）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 所列加工

15、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 5 78解：a)b)c)d)e) t sr t t sr（a）90內(nèi)錐套限制了 x、 y、 z 3個自由度。理論上限制 x、 y即可，但為 夾緊方便，增加 tzt sr ） ） t（b）小錐度心軸可限制 x、 y、x、 y和z ，并可以漲緊內(nèi)孔來夾緊工件。（c）選外圓為定位基準，用長 V型鐵限制 tx、tz、 ）x 、 ）z自由度，左端用定 sr位釘（或擋銷）限制 y 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 tx 、tz、）x 、 ） sr

16、z以及 y 。sr ） ）（e）選支座大平臺為第一基準，用板支撐限制 y 、 x 、 z 3個自由度，選底t sr 面為第二基準，用條支撐（或兩個支撐釘）限制了 z、 y 2個自由度，選大孔為 第三基準，用菱形銷限制了 x 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 54 0.14mm，及對稱度?，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 0.02 mm，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。銑鍵槽有三項要求，寬 16mm可

17、由刀具保證；對稱度 0.03mm的設(shè)計基準是內(nèi)孔 A，320 mm深度 5400.14mm 設(shè)計基準是外圓 60 0.1mm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(shè)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(nèi)孔與外圓的同軸度誤差 0.02mm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，CH1 211 sin20.112sin 45dCH11135(0.14)1 0.05 2 1 0.022070所以該方案的定位誤差收合格的。圖

18、5-79 c ）中是內(nèi)孔用32 00.0031mm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(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(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：L 2max 0.03 0.03 0.01 30

19、 30.04mm2max 2L2min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：L2min 0 0.01 0.01 30 0.05 30 0.055mm所以 CL 2 L 2max L2min 0.095顯然 CL2 31 15 （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準外 圓尺寸59.95 0.05mm確定（此方案可減少定位誤差） ，即刀具中截面對 準了59.95 外圓中心：此時，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

20、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 準 外圓 半 徑半 徑 的 差+內(nèi) 外 同軸 度 之半 =0.05 0.01 0.035，顯然它已超出圖紙上關(guān)于對稱度的要求。22） 對5400.14mm要求的驗算：由于該定位方案是以外圓下母線為定位基準，與設(shè)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(nèi)孔和外 孔已 加工合格，即 d 8000.1mm，D 3500.025 m

21、m ?，F(xiàn)在插 床 上用 調(diào) 整法 加工內(nèi) 鍵 槽， 要 求保 證尺寸 0.2H 38.500.2 mm。忽略內(nèi)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(yīng)如何改進？設(shè)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 1中心到空下母線 H2( 1 D) 組成，外圓用 V型定位，其尺寸變化隨孔中心變化，產(chǎn)生 CH1，孔半徑變化產(chǎn)生 CH2 ，所以CH CH1+C H 2 CH1edCD0.10.00252sin20.0707 0.0125 0.0832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 5 81所示各定位、夾緊

22、方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計中不正確的地方，并提出 改進意見。圖 5 81圖 5 81 a )：三爪卡盤裝夾長度稍長，應(yīng)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 5 81 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(yīng)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 5 81 d ）：鉆套與夾緊在同一個構(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

23、， 應(yīng)與夾緊機構(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， 可將其中一個改為可調(diào) 整機構(gòu)，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(yīng)設(shè)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 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

24、是由小圓柱半徑變化產(chǎn)生的。CA1edCTD + C2sin2sin22CA2edTd22CATD+CTd2sin2218 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 d1 5000.15 mm ， d2 500 0.20 mm ，中心距為 L8000.15mm。試計算其定位誤差。左邊是 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T / 2 為 C1 Td / 2 ，右邊是支撐釘，影響 O2的位置的是 d2 的半徑，2sin2C2 O2

25、 ?2 =Td 2 /2Td1Td24sin2參見上圖可知： CC1 C2 tgCC1L minC2min2Lmin平行度誤差也寫成C1C2 :L min19 圖 584 所 示為 柴油機 頂柱 套筒 銑 槽工 序的 定 位簡 圖。 已知 0.013 0 0.009 0.013D1 250 mm， d1 25 0.009 mm ， D2 100 mm， d2 10 0.019mm ， L 40 0.05mm 。試計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 5 84參 見 p.290 一 面 兩 銷 定 位 時 的 轉(zhuǎn) 角 誤 差 公 式 ：2D1max d1mi

26、n D2max d2min / 2L min 25.013 24.991 10.009 9.981 /2 39.950.022 0.028 /2 39.95 0.00062620工件裝夾如圖 585 所示，欲在 60 0.01 mm的圓柱工件上銑一平面，保 證尺寸 h250.05 mm。已知 90 V型塊所確定的標準工件 ( 60mm) 的中心距安 裝面為 450.003 mm，塞尺厚度 S0.002 mm。試求：當保證對刀誤差為 h 公 差(0.1 mm) 的三分之一時，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：2 0.05= (0.003+0.002+0.015+ CH )2所以 CH =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=+ CH +0.002+0.015- (-0.003 )所以+ CH =0.03同理：-0.005=- CH -0.002-0.015-0.003所以 - CH =-0.0345+25=H+3所以 H=67所以 HCH =670.032) 定位誤差：外圓60 0.01在 V型鐵上定位，其中心的變動量為：Ch定2sin22s0i.n0245 0.01 2 0.014