夹具设计习题及答案

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） x Tan(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。