机械制造工艺学第六章夹具设计习题及答案
机械制造工艺学（王先逵）习题及答案
第六章机床夹具设计
1、什么是机床夹具？举例说明夹具在机械加工中的作用。
答：机床夹具是在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。
机床夹具的功用：①稳定保证工件的加工精度；
②减少辅助工时，提高劳动生产率；
③扩大机床的使用范围，实现一机多能。
举例：用V形块，用三爪卡盘，顶尖可很好的保证工件的定位精度，以及工件相对于刀具和机床的位置精度。如图a.b
2、机床夹具通常由哪几部分组成？
答：机床夹具的组成部分：1．定位元件, 2．夹紧装置 3．对刀引导元件 4．连接元件
5．夹具体， 6．其它元件或装置
3、常见的定位方式、定位元件有哪些？
答：⑴工件以平面定位：圆柱支承、可调支承、自位支承、辅助支承
⑵工件以外圆定位：V形块、定位套、半园套、圆锥套
⑶工件以圆孔定位：定位销、圆锥销、定位心轴
⑷工件以组合表面定位：一面两销
4、辅助支承与自位支承有何不同？
答：辅助支承用来提高支承件零件刚度，不是用作定位支承点，不起消除自由度作用；自位支承是支承本身在定位过程中所处的位置，是随工件定位基准位置的变化而自动与之适应，但一个自位支承只起一个定位支承点的作用。
5、什么是定位误差?试述产生定位误差的原因。
答：定位误差：是由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差，由于对同一批工件说，刀具调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，因此定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。
造成定位误差的原因：
⑴定位基准和工序基准不一致所引起的基准不重合误差Δjb
⑵由于定位副制造误差及配合间隙所引起的定位误差，即基准位移误差Δjw
7、工件在夹具中夹紧时对夹紧力有何要求?
答：⑴方向：
①夹紧力的作用方向不破坏工件定位的准确性和可靠性
②夹紧力方向应使工件变形尽可能小
③夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小；
⑵夹紧力作用点：
①夹紧力作用点应靠近支承元件的几何中心或几个支承元件所形成的支撑面内
②夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上
③夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面；
⑶夹紧力的大小：
夹紧力的大小主要确定方法有经验类比和分析计算法。采用分析计算，一般根据切削原理求切削力F，算出惯心力，离心力，列出平衡方程式，算出理论夹紧力Q’，为安全起见，考虑安全系数K，因此实际夹紧力Q=KQ’，K取值范围1.5～3，粗加工2.5～3，精加工1.5～2，由于加工中切削力随刀具的磨钝、工件材料性质和余量的不均匀等因素变化，因而实际生产中常采用类比的方法估算夹紧力。
8、试分析3种基本夹紧机构的优缺点及其应用。
答：基本夹紧机构有：
⑴斜楔夹紧机构：结构简单，工作可靠，机械效率低，很少直接用于手动夹紧，常用在工件尺寸公差较小的机动夹紧机构中；
⑵螺旋夹紧机构：螺旋升角小于斜楔的楔角，扩力作用远大于斜楔夹紧机构，结构也很简单，易于制造，夹紧行程大，扩力较大，自锁性能好，应用适合手动夹紧机构。但夹紧动作缓慢，效率低，不宜使用在自动化夹紧装置上；
⑶偏心夹紧机构：操作方便，夹紧迅速，结构紧凑；缺点是夹紧行程小，夹紧力小，
自锁性能差，因此常用于切削力不大，夹紧行程较小，振动较小的场合。
9、钻模板的形式有几种？哪种的工作精度最高？
答：钻模板的形式：1 固定式
2 铰链式
3可卸式；
其中固定式的工作精度最高。
10、试分析分度装置的功用、类型及其应用范围？
答：分度装置功用：当工件一次装夹后，需要按一定角度或一定距离加工一组平面。
类型：回转分度装置和直线移动分度装置
应用范围：回转分度装置：主要加工有一定回转角度要求的孔系，槽或多面体。
直线移动分度装置：主要加工有一定距离要求的平等孔系和槽。
11、影响分度精度的因素有哪些?如何提高分度精度？
答：影响分度精度的因素有：分度对定机构的选择，防尘措施。
12、用双镗套引导镗杆的镗模工作时，镗杆与机床主轴应如何联接？机床主轴的工作精度是否影响加工精度？
答：用双镗套引导镗杆的镗模工作时，镗杆与机床主轴用浮动接头联接，由于镗杆与接头体之间留有间隙以便浮动，接头体的锥柄安装在机床主轴的锥孔中，能自动补偿镗杆与机床主轴之间的偏差，因此，机床主轴的工作精度不影响加工精度。
13、镗床夹具可分为几类？各有何特点？其应用场合是什么？
答：镗床夹具的引向支架可分为：
1．单面前导向：单个导向支架布置在刀具前方，适于加工孔径D>60mm，加工长度L 2．单面后导向：单个导向支架布置在刀具后方，适于加工盲孔或D<60mm的通孔，装卸更换刀方便。 3．单面双导向：刀具后方两个导向镗套，镗杆与机床主轴浮动联接。 4．双面单导向：导向支架分别在工件的两侧，适用于加工孔径较大，工件孔的长径比大于1。5的通孔。 14、镗套有几种?怎么使用？ 答：镗套有： 1．固定式镗套：开有油槽，设有压配式油杯，外形小，结构简单，适于低速镗孔。 2．回转式镗套：在镗孔过程中，随镗杆一起转动，只有相对移动无相对转动，从而减少了镗套的磨损，适用于高速镗削，当加工孔径大于镗套孔径，需要在回转镗套上开引刀槽，同时必须在镗杆和旋转导套间设置定向键。 15、决定铣床夹具U型耳座尺寸的原始依据是什么？ 答：决定铣床夹具U型耳座的尺寸的原始依据是先铣床工件台的形状结构以及T型槽的距离。 16、铣床夹具与铣床工作台的联接方式有哪几种？ 答：铣床夹具与铣床工作台的联接方式： 1．定位健与铣床工作台的T型槽配合 2．在夹具体的侧面加工一窄长平面作为夹具安装时的找正基面。 17、在铣床夹具中，对刀块和塞尺起什么作用？这种情况下，对刀尺寸如何计算？ 答：铣床夹具中，对刀块和塞尺是对刀装置，更迅速准确地确定铣刀和夹具中的相对位置。 其尺寸塞尺厚度或直径一般为3—5mm，公差为h6，设计时夹具图上应标明塞尺的厚度及对刀块工作表面与定位元件之间的尺寸和公差。 18、车床夹具分为几类？各有何特点？ 答：车床夹具分类： 1．心轴类车床夹具：适用于工孔定位，加工套类，盘类等回转体零件。 2．角铁类车床夹具：结构不对称，用于加工壳体，支座，杠杆接头等零件的回转面和端面。 3．卡盘类车床夹具：加工的零件大多以外圆及端面定位的对称零件，多采用定心夹紧机构，结构基本对称，回转时的平衡影响较小。 4．花盘类车床夹具：夹具体一般为圆盘形零件，装夹工件一般形状较复杂。 19、车床夹具和车床主轴的联接方式有哪几种？各有何特点? 答：车床夹具与主轴的联接方式： 1．夹具通过锥柄安装车床主轴锥孔中，优点：定心精度较高，适于径向尺寸D<140mm 或D<(2~3)d小型夹具 2．夹具通过过度盘与机床主轴联接，适用于径向尺寸较大的夹具，使用过渡盘，增强夹具的通用性。 3．没有过渡盘多采用过渡盘与夹具体合成一个零件设计。 20、车床夹具设计时，应从哪些方面考虑夹具使用的安全问题？ 答：设计夹具时，应以下几方面考虑安全问题： 车床夹具的夹具体，应设计成圆形机构，夹具上各元件不应突出夹具体的轮廓外，当夹具上有不规则的突出部分，或有切削液飞溅及切屑缠绕，应设计防护罩。 9、如图所示零件以平面3和两个短V形块1、2进行定位，试分析该定位 方案是否合理?各定位元件应分别限制哪些自由度？如何改进？ 6-1、分析6-83图所示的定位方案，①指出各定位元件分别限制了哪些自由度，②判断有无欠定位与过定位，③对不合理的定位方案提出改进意见。 2-2 分析图2-95所列加工中零件必须限制的自由度，选择定位甚准和定位元件，并在图中示意画出；确定夹紧力作用点的位置和作用方向，并用规定的符号在图中标出。 图a) 过球心打一孔； 图b) 加工齿轮坏两端面，要求保证尺寸A及两端面与内孔的垂直度； 图c) 在小轴上铣槽，保旺尺寸H和L 图d) 过轴心打通孔，保旺尺寸L 图e) 在支座零件上加工两通孔，保证尺寸A和H。 6-3 在图2-96a所示套简零件上铣键槽，要求保证尺寸φ54-0.14mm，及对称度。现有三种定位方案，分别如图b、c、d所示。计算三种不同定位方案的定位误差，并从中选择最优方案（已知内孔与外圆的同轴度误差不大于0.02mm） 解：（1）V 形块定位情况，（只计算槽深方向误差） 以外圆定位（圆心为定位基准），有基准不重合误差和基准位置误差 021.0)12sin 21(254(3014.0.=-=?-α T w d （2）心轴定位情况 以圆心为定位基准，无基准不重合误差，但有基准位置误差 .max min 320.03(320.03)0.020.08d w D d δ?=-+=+--+= 13.002.005.097.3103.322 )60(01.0min max .=++-=++-=?-δT d D w d （3）平面定位情况 无基准不重合误差，但有基准位置误差 05.02 )60(01.0.==?-T w d 4、如右图所示齿轮坯、内孔和外圆均已加工合格(d=Φ8001.0-mm, D=35025.00 +mm)，现在插床上用调整法加工键槽，要求保证尺寸h=38.52.00+，定位方法如图，试求尺寸h 的定位误 差；并分析能否满足加工要求（要求定位误差不大于工件尺寸公差的1/3）。（忽略内外圆同轴度误差）。 解： 基准位置误差：.=?w J 基准不重合误差：.?B J ...=?+?=?b j w j w d 3 12.0)(31=?=H T 不能否满足加工要求 6-5 图2-98所示零件，锥孔和各平面均已加工好，现在铣床上铣键宽为b -△b 的键槽，要求保证槽的对称线与锥孔轴线相交，且与A 面平行，还要求保证尺寸h -△h 。图示定位方案是否合理？如不合理，应如何改进？ 6-6 图6-88所示工件，用一面两孔定位加工A 面，要求保证尺寸18±0.05 mm 。若两销 直径为 mm 01.002.016--φ，两销中心距为80±0.02mm 。试分析该设计能否满足要求？(要求工件安装无干涉现象，且定位误差不大于加工尺寸公差的二分之一)，若满足不了，提出过改进办法。 6-7 指出图2-100所示各定位、夹紧方案及结构设计中不正确的地方，并提出改进意见。 6-8 用鸡心夹头夹持工件切削外圆，已知工件直径 d=60mm （装夹部分与车削部分直径相同），工件材料为45钢，切削用量为：a p =2mm ，f=0.5mm/r ，摩擦系数u=0.2，安全系数k=1.8，α=90°，试计算鸡心夹卡上，夹紧螺栓所需作用的力矩为多少？ 解：查表：高速钢车刀车削45钢，C FP =180，x FP =1.0，Y FP =0.75，n FP =0 切削力：N HB n y f x a C p F p F p F p F p F p 2140)(75.05.02180HB =???==）（ )1(.2cos 2J F N F =α 查表：当量摩擦半径 r ’=0， 螺纹中径 d 0=15mm ，螺距为p=2mm ， 螺纹升角 0 43.2)152 ()0(===ππβarctg d p arctg 03.11)2.0()(1 ===arctg arctg μφ )2(2 222d p F d J F d N F =+μμ 由（1）（2）式得：N p F J F 443)045cos 1(2.0214 045cos )2cos 1(2cos =+?=+=α μα 由： 2''10)(2φγφαtg tg d M F J ++= m N tg d J F k M tg .46.12015.04438.1)1(20)3.1143.2(=?=+?=+??φβ 6-10图2-103所示钻模用于加工图a 所示工件的两孔，试指出该钻模设计不当之处。 例题： 12．斜楔夹紧装置如图所示。已知：水平推力Q ＝8206N ，斜角α=6°，d=10mm ，A 、B 处的摩擦系数u=0.12，切削力F 切=720N ，安全系数K=1.5，小轴d 处的摩擦损耗按力的 传递效率η=95%计算，试计算夹紧是否可靠。 解： （1） 计算摩擦角： 21tan tan φφμ==， 02184.612.0arctan arctan ====μφφ （2）计算在Q 力作用下斜楔产生的垂直分力： N Q F j 24117) 84.66tan(84.6tan 8200)tan(tan 00021=++=++=φαφ （3）计算A 的夹紧力 由静力平衡条件有： l W l F j ?=?2 N F W j 4582295.02411722=??=?=η （4）计算W 在A 、B 点产生的摩擦力 N W F F B A 6.549812.045822=?=?==μ N F F B A 1099726.5498=?=+ （5）计算所需的最小夹紧力 N F K 10807205.1=?=?切<10997N 夹紧可靠