夹具设计习题及答案.docx

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夹具设计习题及答案

第一单元夹具设计概论

课后习题：

1．何为机床夹具？

2．机床夹具有哪些部分组成？

3．机床夹的分哪几类，各种类型的数控机床适用场合？

4.机械加工中夹具的地位？

5. 了解几中典型机床夹具，说明其工作原理？

6.机床夹具有哪些功能和作用？

7.机床夹具的应用特点：

8.机床夹具发展方向？

第一单元习题参考答案

1.答：

机床夹具是在机床上所使用的一种辅助装置，用它来准确、迅速地确定工件与机床、刀具间的相对位置，即将工件定位 及夹紧，以完成加工所需要的相对运动。

2.答：

机床夹具的组成部分有：

1）定位元件

定位元件是夹具的主要功能元件之一。

通常，当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就基本确定了。

2）夹紧装置

通常，夹紧装置的结构会影响夹具的复杂程度和性能。

它的结构类型很多设计时应注意选择。

3）夹具体

夹具体是夹具的基体骨架，通过它将夹具所有元件构成一个整体。

4）连接元件

根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。

一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。

5）对刀与导向装置

对刀与导向装置的功能是确定刀具的位置。

6）其它元件或装置

3.答:

1）按夹具的应用范围分类

通用夹具　专用夹具　可调夹具　组合夹具　自动化生产用夹具

2）按夹具使用的机床分类

由于使用夹具的各类机床，其工作特点和结构形式不同，对夹具的结构相应地提出不同要求。

因此可按所适用的机床把夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等类型。

3）按夹具的夹紧动力源分类

根据驱动夹具夹紧的动力源不同，可把夹具分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具等其他类型。

4.答:

（1）保证加工精度　　

用夹具装夹工件时，能稳定地保证加工精度，并减少对其它生产条件的依赖性，故在精密加工中广泛地使用夹具并且它还是全面质量管理的一个重要环节。

（2）提高劳动生产率　　

使用夹具后，能使工件迅速地定位和夹紧，并能够显著地缩短辅助时间和基本时间，提高劳动生产率。

（3）改善工人的劳动条件　　

用夹具装夹工件方便、省力、安全。

当采用气压、液压等夹紧装置时，可减轻工人的劳动强度，保证安全生产。

（4）降低生产成本　　

在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显地降低生产成本。

（5）保证工艺纪律　　

在生产过程中使用夹具，可确保生产周期、生产调度等工艺秩序。

（6）扩大机床工艺范围　　

这是在生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施。

如在车床上拉削、深孔加工等，也可用夹具装夹以加工较复杂的成形面。

5.答:

（1）三爪卡盘---------自动定心夹紧原理

（2）平口钳------------大平面定位夹紧

（4）手动分度头------分度定位原理

6.答:

准确定位牢固夹紧实现分度保证加工

7.答:

机床夹具设计与其它装备设计比较，有较大的差别，主要表现在下列方面：

（1）要有较短的设计和制造周期。

一般没有条件对夹具进行原理性试验和复杂的计算工作。

（2）夹具和操作工人的关系特别密切，要求夹具与生产条件和操作习惯密切结合。

（3）夹具在一般情况下是单件制造的，没有重复制造的机会。

通常要求夹具在投产时一次成功。

（4）夹具的社会协作制造条件较差，特别是商品化的元件较少。

设计者要熟悉夹具的制造方法，以满足设计的工艺要求。

8.答:

标准化自动化精密化数字化

第二单元工件的定位

课后习题：

1．定位与夹紧有何区别？

2．什么叫六点定位规则？

3．什么叫欠定位、过定位？

欠定位与过定位对加工有何影响？

4.试分析下图工件定位限制了哪些自由度，有无需要修改？

5．分析下图工件定位属于何种定们？

都限制了哪些自由度？

6．根据六点定位原理，分析题图所示各定位方案中，各定位元件所限制的自由度？

7.工件用如下图的定位方式加工A面，要求加工尺寸为

，试计算定位误差。

第二单元习题参考答案

1.答：

定位与夹紧是装夹工件的两个有联系的过程。

在工件定位以后，为了使工件在切削力等作用下能保持既定的位置不变，通常还需再夹紧工件，将工件紧固，因此它们之间是不相同的。

2.答：

工件在直角坐标系中有六个自由度，夹具用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，即用一个支承点限制工件的一个自由度的方法，使工件在夹具中的位置完全确定。

3.答：

完全定位：

 完全限制工件六个自由度

不完全定位：

满足使用要求的前提下，自由度限制数目少于六个欠定位是一种定位不足而影响加工的现象（不允许）。

过定位是指定位时工件的同一自由度被数个定位元件重复限制。

4.  答：

a图不完全定位限制5个自由度

b图不完全定位限制4个自由度

c图过定位自由度重复限制限制

5.答：

a定心定位限制4个自由度

b短心轴限制2个自有度

c长锥心轴限制5个自由度

d两锥轴定位限制5个自由度

6.答：

a一夹双顶限制五个自由度

b双短锥组合定位限制五个自由度

c定位销与短心轴组合定位限制六个自由度

d长V型铁与定位钉组合支撑限制六个自由度

e三个V型铁组合定位限制6个自由度

f短圆柱定位钉、大平面及浮动V型铁限制六个自由度

7.答：

以定位点为基准考虑垂直角度引起的误差为

Δ1=2（（70-50）xTan（10/60））

Δ2=0.1+0.1

Δ=Δ1+Δ2

第三单元工件的夹紧

课后习题：

1．“工件在夹具中被夹紧后，工件的定位即得到保证”，这句话是否正确？

为什么？

2．什么是夹具的夹紧装置？

对夹具的夹紧装置有哪些要求？

3．对夹紧力确定的基本原则是什么？

对夹紧力的大小如何确定？

4．什么叫偏心率？

如何选择偏心率？

5．设计联运夹紧机构时主要应注意哪些问题？

6．举例说明定心夹紧机构的工作原理。

7．试述各类典型定心夹紧机械的特点及主要适用范围。

8．试述液压装置装置的特点。

9．试述气液增压装置的特点。

10.夹紧力计算：

1）偏心夹紧机构偏心率推算

2）螺旋夹紧机构夹紧力推算

第三单元习题参考答案

1.答：

错误，夹紧不是定位，夹紧的目的在于工件在加工过程中处于相对稳定的状态。

2.答：

在机械加工过程中，为保持工件定位时所确定的正确加工位置，防止工件在切削力、惯性力、离心力及重力等作用下发生位移和振动，一般机床夹具都应有一个夹紧装置，以将工件夹紧。

夹紧装置分为手动夹紧和机动夹紧两类。

根据结构特点和功用，典型夹紧装置由三部分组成。

3.答：

确定夹紧力的方向、作用点和大小时，应依据工件的结构特点、加工要求，并结合工件加工中的受力状况及定位元件的结构和布置方式等综合考虑。

1）夹紧力的方向

   夹紧力的方向应有助于定位稳定，且主夹紧力应朝向主要定位基面。

   夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。

   夹紧力的方向应是工件刚度较高的方向。

2）夹紧力的作用点

  夹紧力的方向确定后，应根据下述原则确定作用点的位置。

  夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。

  夹紧力的作用点应选在工件刚度较高的部位。

  夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。

3）夹紧力应适当既要满足加紧要求又不能将工件夹变形。

4.答：

回转中心与回转机构的质心之间的距离称为偏心率。

用偏心件直接或间接夹紧工件的机构，称为偏心夹紧机构。

偏心件的偏心率大小应根据工件被夹紧的程度所决定。

5.答：

设计要点

联动夹紧机构设计要点

1.联动夹紧机构在两个夹紧点之间必须设置必要的浮动环节，并具有足够的浮动量，动作灵活，符合机械传动原理。

2.适当限制被加工工件数量。

3.联动夹紧机构的中间传力杠杆应力求增力，以免使驱动力过大；并要避免采用过多的杠杆，力求机构简单紧凑，提高工作效率，保证机构可靠的工作。

4.设置必要的复位环节，保证复位准确，松夹装卸方便。

5.要保证联动夹紧机构的系统刚度。

6.正确处理夹紧力方向和工件加工面之间的关系，避免工件在定位、夹紧时的逐个积累误差对加工精度的影响。

6.答：

以三爪定心夹紧机构为例，三爪夹紧机构采用端面螺旋线同步运动机构实现，当螺旋盘时，工作卡爪同时向回转中心运行实现，自动定心定位与夹紧。

7.答：

定心夹紧机构按其定心作用原理有两种类型，一种是依靠传动机构使定心夹紧元件同时作等速移动，从而实现定心夹紧，如螺旋式、杠杆式、楔式机构等；另一种是依靠定心夹紧元件本身作均匀地弹性变形（收缩或胀力），从而实现定心夹紧，如弹簧筒夹、膜片卡盘、波纹套、液性塑料心轴等。

8.答：

液压装置的特点：

（1）液压油油压高、传动力大，产生同样原始作用力的情况下，液压缸的结构尺寸比气压的小许多倍。

（2）油液的不可压缩性使夹紧刚度高，工作平稳、可靠。

（3）液压传动噪声小，劳动条件比气压的好。

9.答：

不需要增加机械增力机构就能产生很大的夹紧力，使夹具结构简化，传动效率提高和制造成本降低。

气液增压装置已被制成通用部件，可以各种方式灵活、方便地与夹具组合使用。

10.

1）答：

偏心机构偏心率计算式：

2）答：

夹紧力计算式：

第四单元分度装置

课后习题：

1．试分析分度装置的功用、类型？

2．径向分度与轴向分度各有何优缺点？

3．控制和提高分度精度的措施？

4. 分度装置中决定分度精度的核心元件有哪些？

5.对定机构的结构形式？

6.分度盘锁紧机构？

7. 端齿分度盘的特点？

第四单元习题参考答案

1. 答：

功用：

在机械加工中经常会有工件的多工位加工，如刻度尺的刻线，叶片液压泵转子叶片槽的铣削、齿轮和齿条的加工、多线螺纹的车削以及其它等分孔或等分槽的加工等。

类型：

回转分度装置，它是一种对圆周角分度的装置，又称圆分度装置，用于工件表面圆周分度孔或槽的加工。

直线分度装置，它是指对直线方向上的尺寸进行分度的装置，其分度原理与回转分度装置相同。

2.答：

轴向分度机构简单使用方便，分度精度易受到制造精度的影响。

径向分度机构可减小分度盘的制作误差对分度装置精度的影响，提高分度质量。

3.答：

1）增大分度盘的计算直径d。

2）减小对定销与分度孔、导向孔间的配合问隙。

3）提高分度对定元件的制造精度。

4）采用消除配合间眩的结构措施。

5）采用高精度分度对定结构。

4.答：

决定分度装置精度的元件有：

重要元件有对定机构与分度盘

5.答：

分度对定机构的结构形式

1）钢球对定结构简单，操作方便，但定位不可靠，仅适用于切削力较小而分度精度要求不高的场合；

2）圆柱销对定结构简单，制造容易，无法补偿配合间隙对分度精度的影响。

3）菱形销对定对圆柱销的改进，减少了孔销间的配合间隙。

4）圆锥销对定能消除销与孔间的配合间隙。

但圆锥面上有污物，将影响配合间隙。

5）双斜面对定同圆锥销，但结构上应考虑防尘装置。

6）单斜面对定分度槽的直边始终与锲的直边保持接触，且分度的转角误差始终在斜面一侧多用于分度精度较高的场合。

7）正多面体对定结构简单，制造容易，但分度精度不高，且分度数目不宜过多。

6.答：

分度盘锁紧机构

1）螺母轴向锁紧机构

2）卡箍轴向锁紧机构

3）偏心轴轴向锁紧机构

4）圆锥轴向锁紧机构

5）径向锁紧机构

7.答：

1）分度精度高，分度精度的重复性和持久性好。

2）分度范围大。

3）刚度好。

4）结构紧凑，使用方便。

5）端齿盘的加工工艺较复杂，制造成本较高，端齿盘对防尘和锁紧性能也有较好。

第五单元专用夹具的设计方法

课后习题：

1.夹具体的设计应满足的主要要求？

2.焊接结构夹具体减小变形的措施？

3.夹具的设计方法？

4.夹具方案的设计内容？

5.夹具制造特点？

第五单元习题参考答案

参考答案：

1.答:

1）夹具体的结构形式一般由机床的有关参数和加工方式而定。

2）有一定的精度和良好的结构工艺性。

3）足够的强度和刚度。

4）在机床工作台上安装的夹具，应使其重心尽量低，夹具体的高度尺寸要小。

5）夹具体的结构应简单、紧凑，尺寸要稳定，残余应力要小。

6）要有适当的容屑空间和良好的排屑性能。

7）要有较好的外观。

8）在夹具体适当部位用钢印打出夹具编号，以便于工装的管理。

2.答:

1）合理布置焊缝位置。

2）缩小焊缝尺寸。

3）合理安排焊接工艺。

3.答:

4.答:

（1）确定夹具的类型。

（2）定位设计。

  （3）确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧装置。

（4）确定刀具的对刀导向方案，选择合适的对刀元件或导向元件。

（5）确定夹具与机床的连接方式。

（6）确定其它元件和装置的结构形式，如分度装置、靠模装置等。

（7）确定夹具总体布局和夹具体的结构形式。

并处理好定位元件在夹具体上的位置。

（8）绘制夹具方案设计图。

（9）进行工序精度分析。

（10）对动力夹紧装置进行夹紧力验算

5.答:

     夹具通常是单件制造，且制造周期很短。

为了保证工件的加工要求，很多夹具要有较高的制造精度。

企业的工具车间有多种加工设备，例如加工孔系的坐标镗床，加工复杂形面的万能铣床、精密车床和各种磨床等，都具有较好的加工性和加工精度。

夹具制造中，除了生产方式与一般产品不同外，在应用互换性原则方面也有一定的限制，以保证夹具的制造精度。

第六单元典型机床夹具与现代机床夹具

课后习题：

1．成组夹具由哪几部分组成？

2．通用可调夹具有何特点？

3．组合夹具有何特点？

4.车床夹具的分类？

5．拼装夹具有何特点？

6.T型槽组合夹具的结构组成？

第六单元习题参考答案

1.答：

成组夹具的结构：

基础部分和可调部分

1）基础部分：

包括夹具体、动力装置和控制机构等。

2）可调部分：

可调整的定位元件、夹紧元件和导向、分度装置等

2.答:

通用可调夹具的特点：

1）通用可调夹具适应的加工范围更广。

2）通用可调夹具可用于不同的生产类型中。

3）调整的环节较多，调整较费时间。

3.答:

组合夹具特点：

1）万能性好，适用范围广。

 2）可大幅度缩短生产准备周期。

 3）使用组合夹具后．减少了专用夹具的成本，从而降低产品的制造成本。

 4）减小了夹具的库存面积。

 5）组合夹具的外形尺寸较大，结构较笨重、刚度较低。

4.答:

车床夹具一般都安装在车床主轴端部，加工时夹具随机床主轴一起旋转，装在刀架上的切削刀具作进给运动。

常用夹具：

1）.心轴类夹具 2）.盘类车床夹具

5.答：

拼装夹具的特点

 1）模块化

 2）构成：

方形、六面体形、板式，与组合夹具相比，拼装夹具是非标准的。

6.答：

组成：

1）基础件：

   基础件是组合夹具中尺寸最大的元件，它包括圆形、方形、矩形基础板和基础角铁等四种结构。

2）支承件：

   支承件的规格较多，主要包括各种方形支承、长方形支承、长扳、角铁、角度支承和角度垫板等。

3）定位件：

定位件主要用于工件的定位和确定元件与元件之间的相对位置。

如各种定位销、定位盘、定位支承、v形支承、定位键等。

4）导向件：

导向件是用来确定刀具与工件间相对位置的元件，包括各种尺寸规格的钻套、钻模板、导向支承、锤孔支承等。

5）夹紧件：

夹紧件专指各种形式的压板，用于夹紧工件。

6）紧固件：

其作用是用来连接组合夹具元件和紧固工件。

它包括各种螺钉、螺母、垫圈等。

其中紧因用螺栓所用材料40Cr，它有较高的抗拉强度。

7）其他件：

这类元件为一些辅助元件。

如连接板、摇板、滚花手柄、各种支承帽、弹簧、平衡块等。