机械制造技术基础 第4章 机床夹具设计原理 课后答案

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第4章 机床夹具设计原理

1. 何谓机床夹具？试举例说明机床夹具的作用及其分类？

答：所谓机床夹具，就是将工件进行定位、加紧，将刀具进行导向或对刀，以保证工件和刀

具间的相对位置关系的附加装置。

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。

夹具的分类：1）通用夹具； 2）专用夹具； 3）成组夹具； 4）组合夹具； 5）随行夹具。

2. 工件在机床上的安装方法有哪些？其原理是什么？

答：工件在机床上的安装方法分为划线安装和夹具安装。划线安装是按图纸要求，在加工表面是上划出加工表面的尺寸及位置线，然后利用划针盘等工具在机床上对工件找正然后夹紧；夹具安装是靠夹具来保证工件在机床上所需的位置，并使其夹紧。

3. 夹具由哪些元件和装置组成？各元件有什么作用？

答：1）定位元件及定位装置：用来确定工件在夹具上位置的元件或装置；

2）夹紧元件及夹紧装置：用来夹紧工件，使其位置固定下来的元件或装置； 3）对刀元件：用来确定刀具与工件相互位置的元件；

4）动力装置：为减轻工人体力劳动，提高劳动生产率，所采用的各种机动夹紧的动力源；

5）夹具体：将夹具的各种元件、装置等连接起来的基础件； 6）其他元件及其他装置。

4. 机床夹具有哪几种？机床附件是夹具吗？

答：机床夹具有通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具。

5. 何谓定位和夹紧？为什么说夹紧不等于定位？

答：工件在夹具中占有正确的位置称为定位，固定工件的位置称为夹紧。工件在夹具中，没有安放在正确的位置，即没有定位，但夹紧机构仍能将其夹紧，而使其位置固定下来，此时工件没有定位但却被夹紧，所以说夹紧不等于定位。

6. 什么叫做六点定位原理？

答：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，即可实现完全定位，这称为六点定位原理。

7. 工件装夹在夹具中，凡是有六个定位支承点，即为完全定位，凡

是超过六个定位支承点就是过定位，不超过六个定位支承点就不

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会出现过定位，这种说法对吗，为什么？

答：不对；过定位是指定位元件过多，而使工件的一个自由度同时被两个以上的定位元件限制。

8. 定位、欠定位和过定位是否均不允许存在？为什么？根据加工要

求应予以限制的自由度或工件六个自由度都被限制了就不会出现欠定位或过定位吗？试举例说明。

答：1）加工要求限制自由度而没有限制，是欠定位，是不允许的；所限制的自由度小于六个时，不一定是欠定位；2）一个自由度由一个以上定位元件限制时，产生超定位，超定位一般是不允许的，它可能产生破坏；所限制自由度小于六个时，也可能产生过定位；3）如果工件定位而精度较高，夹具定位元件精度也很高时，过定位是可以允许的，它可以提高加工刚度；4）工件定位应根据加工要求而定，不必完全定位；5）过定位和欠定位也可能同时存在。

9. 常见的定位元件有哪些，分别限制的自由度的情况如何？

答：常见的定位元件：1）平面定位：支撑钉及支撑板、可调支撑与自位支撑、辅助支撑；2）孔定位：定位销、锥销、心轴；3）外圆面定位：三爪卡盘、V型铁定位

10. 可调支承、自位支承和辅助支承的不同之处？

答：可调支撑：当工件的定位基面形状复杂时或者各毛坯的尺寸、形状变化较大时，多采用这类支撑，它的顶端位置在一个范围内调整，并可用螺母锁紧；自位支撑：为了避免超定位，需要减少某个定位元件所限制的自由度数目时，常把支撑做成浮动或联动结构，使之自为；辅助支撑：当工件定位基面较小，致使其一部分悬伸较长时，为增加工件的刚性，减少切削时的变形，常采用辅助支撑。

11．根据六点定位原理，是分析图4.74中各零件的定位方案中各个定位元件所限制的自由度。

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机械制造技术基础

z 1心轴 1轴销 2轴销

2平面

3/9

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V型

Y柱销

图4.74 零件的定位方案

答：在（a）图中，三扎卡盘限制四个自由度：工件绕y轴、z轴的转动和延y、z轴的移动；挡块限制延x轴方向的移动。共限制五个自由度，属于不完全定位。

在(b)图中，三扎卡盘限制两个自由度：延y、z轴的移动；若顶尖为死定尖，则顶尖配合三扎卡盘限制工件绕y、z轴的转动，同时，顶尖限制延x方向的移动。共限制五个自由度，属于不完全定位。若顶尖为活定尖，则顶尖只配合三扎卡盘限制工件绕y、z轴的转动。共限制四个自由度，属于不完全定位。

在(c)图中，两顶尖限制工件绕y、z轴转动，x、y、z移动。共五个自由度，属于不完全定位。

在（d）图中，小锥度心轴限制工件绕y、z轴的转动和y、z的移动；顶尖限制心轴延x方向的移动。共限制四个自由度，属于不完全定定位。

在（e）图中，若三扎卡盘为相对夹持长三扎卡盘，则三扎卡盘限制四个自由度：y、z轴的旋转以及x、y轴的移动，中心架起辅助作用，增加工件的强度。共限制四个自由度，输油不完全定位。若三扎卡盘为相对夹持短三扎卡盘，则三扎卡盘限制两个自由度：x、y轴的移动，中心架配合三抓卡盘，限制Y、Z轴的转动。共限制四个自由度，属于不完全定位。

在（f）图中，心轴限制Y,Z轴的转动与移动，小平面限制X轴移动，共限制五个自由度，为不完全定位。

在（g）图中,双顶尖限制Y,Z轴的转动与移动，小平面限制X轴的移动，总共限制五个自由度，为不完全定位。

在（h）图中,心轴1控制X,Y轴的移动，平面2控制Z轴的移动X,Y的转动，总共限制五个自由度，为过定位。

在（i）图中心轴控制Y,Z的转动与移动，平面2控制X轴的移动Y,Z的转动，总共限制七个自由度，为过定位。

在(j)图中，左端固定锥销，限制X、Y、Z的移动自由度；右端浮动锥销与固定锥销组合后限制Y、Z的转动自由度。

在（k）图,中当为长V型块限制X,Z移动，为不完全定位；当为短V型块时限制X,Z的移动,为不完全定位。

在（l）图中,圆柱销控制X,Y的移动，圆柱销和小平面配合限制X,Z的转动，共限制五个自由度，为不完全定位。

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12.何谓定位误差?定位误差有哪些因素引起的?定位误差的数值一般应控制在零件公差的什么范围之内?

答：指工件在夹具中定位不准确而带来的误差。引起定位误差的因素：1）定位基准与设计基准不重合，2）定位基面与定位元件之间的间隙，3）定位基面本身的形状误差。

13.图4.75(a)所示零件，底面3和侧面4已加工好，现需加工台阶面1和顶面2，定位方案如图4.75(b)所示，求各工序的定位误差。 1.

H

（a）

（b）

图4.75 各零件和定位方案

答：在加工顶面2时，设计基准与定位基准重合，所以定位误差即为本工序的加工误差，即δC=δH=2ΔH.在加工台阶面1时，由于设计基准与定位基准不重合，所以定位误差为本道工序的加工误差与基准转换误差之和，即δC=

δA+δH=2ΔA+2ΔH=2（ΔA+ΔH）。

14.图4.76所示为套筒零件铣平面，以内孔（D0 ）中心Ｏ为定位基准，套在心轴

上，则

为调刀基准，配合间隙为Δ，工序

+ΔD

尺寸为，求心轴水平和垂直放置时工序尺寸的定位误差。

答：①当心轴垂直放置时，由于基准位移而产生基准位移误差，则有孔：Dmax=D+ΔD Dmin=D

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轴：dmax=d dmin=d-Δd所以O1Omax=(D+ΔD)/2-(d-Δd) /2 O1Omin= D/2-d/2又因为间隙配合为Δ基准位移误差所造成的加工误差为：Δ1=（ΔD+Δd）/2+Δ所以水平放置时定位误差为:ΔH=Δ1+ΔH=(ΔD+Δd)/2+Δ+ΔH②当心轴垂直放置时：加工误差等于间隙配合误差Δ所以，垂直放置时的定位误差为：Δv=Δ+ΔH

15.图4.77所示圆柱体零件的直径为,均放在V型块上定位铣平

面，其加工表面的设计尺寸的基准分别为上母线Ｂ、下母线Ｃ和零件中心线Ｏ，试分别计算其定位误差。

答：δ=90o,则有：①当设计尺寸基准为上母线B时，定位误差

为： ΔB=δ21sinα2+1=Δd21sinπ4+1=1.207Δ

d

②当设计尺寸基准为下母

线C时，定位误差为：ΔC=δ2(1sinα2-1) =Δd2（1sinπ4-1

）

=0.207Δd ③当设计尺寸基准为零件中心线O时，定位

误差为： Δo=δ2sinα2=Δd2sinπ4=0.707Δd

16.为什么会出现基准位移误差？以工件的孔和外圆在心轴和V型块上定位为例。

答：由于定位副的制造误差而造成定位基准位置的变动，对工件加工尺寸造成的误差 , 称为基准位移误差.

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工件以圆柱孔定位

1） 工件以圆柱孔在过盈配合心轴上定位

由于过盈配合，定位基准不会发生移动：

故ΔY =0

因此定位误差因基准不重合情况不同而不同。 （1）工序基准与定位基准重合，均为圆柱孔轴线时

ΔB=0 ΔY =0 ΔD=ΔB +ΔY =0

（2）工序基准在工件定位孔的母线上时

①工序基准在工件定位孔的上母线上时

B

12

D

Y 0

D B Y

12

D

式中：δD——工件定位内孔的尺寸公差。

②工序基准在工件定位孔的下母线上时

1

ΔB= 2

D

ΔY =0

1

ΔD=ΔB +ΔY =2

D

（3）工序基准在工件外圆上、下母线上时

B

12

d

Y 0

1

ΔD=ΔB +ΔY =2

d

式中：δd——工件外圆尺寸的公差

2） 工件以圆柱孔在间隙配合的圆柱心轴（圆柱销）上定位，单边接触时

（1） 若工序基准与定位基准重合，则

ΔB=0

1

ΔY=2

X

max

12

(Dmax d

min

)

12

D

12

d0

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ΔD=ΔB +ΔY

12

D

12

d0

式中δd0——定位心轴的尺寸公差。

为了安装方便，有时还增加一最小间隙Xmin ,由于最小间隙Xmin是一个常量，这个数值可以在调整必具预先加以考虑，则使Xmin的影响消除掉。因此在计算基准位移量时可不计Xmin的影响。

（2） 若工序基准在工件的外圆上、下母线上，则

1

ΔB=2

d

12

ΔD=ΔB +ΔY

d

12

D

12

d0

（3） 若工序基准在工件定位孔的母线上

①工序基准在工件定位孔的上母线上时

D

f

OA1 OA2 1

12

d0max

12

d0min

12

d0

又

ΔB= 2

12

D

12

ΔY

D d0

12

即： ΔD f=ΔB +ΔY

12

D d0

1

-2

D

12

d0

=ΔB -ΔY

②工序基准在工件定位孔的下母线上时

DK OB (OO

1

2

2

OB1 (OO

2

O2B2) (OO1 O1B1)

OO1) (O2B2 O1B1) Y B

ΔB= 2

D

ΔY

12

D

12

d0

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ΔD=ΔB +ΔY

12

D

12

d0

1

+2

D D

12

d0

17.夹紧力的确定原则是什么？

答：（1）夹紧力作用方向应有助于工件定位的准确性。 （2） 夹紧力方向应尽可能使所需夹紧力减小。 （3） 夹紧力方向应尽可能使工件变形减小

18.钻套的种类有哪些？分别适用于什么场合？

答：根据钻套的结构和使用特点，主要有四种类型。

①固定钻套 该类钻套外圆以H7/n6或H7/r6配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内。在使用过程中若不需要更换钻套（据经验统计，钻套一般可使用1000~12000次），则用固定钻套较为经济，钻孔的位置精度也较高。

②可换钻套 当生产批量较大，需要更换磨损的钻套时，则用可换钻套较为方便。可换钻套装在衬套中，衬套是以H7/n6或H7/r6的配合直接压入钻模板的底孔内，钻套外圆与衬套内孔之间常采用F7/m6或F7/k6配合。当钻套磨损后，可卸下螺钉，更换新的钻套。螺钉还能防止加工时钻套转动或退刀时钻套随刀具拔出。

③快换钻套 当被加工孔需依次进行钻、扩、铰时，由于刀具直径逐渐增大，应使用外径相同而内径不同的钻套来引导刀具，这时使用快换钻套可减少更换钻套的时间，如图7-58所示。快换钻套的有关配合与可换钻套的相同。更换钻套时，将钻套的削边处转至螺钉处，即可取出钻套。钻套的削边方向应考虑刀具的旋向，以免钻套随刀具自行拔出。 以上三类钻套已标准化，其结构参数、材料和热处理方法等，可查阅有关手册。

④特殊钻套 由于工件形状或被加工孔位置的特殊性，有时需要设计特殊结构的钻套。 如在斜面上钻孔时，应采用特殊钻套，钻套应尽量接近加工表面，并使之与加工表面的形状相吻合。如果钻套较长，可将钻套孔上部的直径加大（一般取0.1mm），以减少导向长度。又如在凹坑内钻孔时，常用加长钻套。

19.夹具的动力装置有几种？各有什么特点?

答（1）气动夹紧装置 气压夹紧是夹具中使用最广泛的一种动力装置

（2）液压夹紧装置 液压夹紧装置特别适用于大型工件的加工及切削时有较大冲击的场合。 （3）气—液压夹紧装置

（4）气动夹紧装置的扩力机构 常用的扩力机构有楔块式、杠杆式、铰链连杆式和气一液压增力装置等

（5）电磁夹紧装置一般都是作为机床附件的通用夹具。

（6）真空夹紧装置 真空夹紧特别适用于夹紧由铝、铜及其合金、塑料等非导磁材料制成的薄板形工件，或刚度较差的大型薄壳零件。

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