机械制造工艺学第三版王先奎习题解答第三章

2）选择定位基准－孔。 定位元件－小锥度心轴，如图3-91b1所示； 或可胀心轴，如图3-91b2所示。 3）夹紧力方向与作用点如图3-91b1和b2所示。
图3-91 b）
注：上述两种定位方式没有限制 x 方向移动自由度，该自由度要靠移动刀 具（两把刀同时切削两端面）确定。使用可胀心轴，可以增加一端面限制 x 方向移动自由度，但此时只能一把刀，车一个端面。
图3-96 c）
改进：1）顶销A、B做成浮动结构。
2）压板 C 右端开口缩短，使 螺母松开一点就能打开。
图3-96 d）
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MMT 3-8
用鸡心夹头夹持工件车削外圆，如图 3-97 所示。已知工件直径 d=69mm（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 ap=2mm ， f=0.5mm/r 。 摩 擦 系 数 取 μ=0.2 ， 安 全 系 数 取 k=1.8 ， α=90°。试计算鸡心夹头上夹紧螺栓所需作用的力矩为多少？
F F F
图3-91 d）
图3-91 d1）
图3-91 d2）
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MMT
机械制造工艺学习题解答（第三章）
（5）图 e 在支座零件上加工两通孔，保证尺寸 A 和 H。 解：1）必须限制的自由度－ x, z , x, y, z
2）选择定位基准－左端面（3点）＋底面（2点）＋大孔（1点） 定位元件－支承板＋支承钉＋菱形销，如图3-91e1所示。
x 解：1）必须限制的自由度－ , y
图3-91 a）
F z F
2）选择定位基准－球面。 定位元件－锥孔座，如图3-91a1所示。
3）夹紧力方向与作用点如图3-91a1所示。
y
图3-91 a1）
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MMT
机械制造工艺学习题解答（第三章）
（2）图 b 加工齿轮坯两端面，保证尺寸A及两端 面与内孔的垂直度。 x 解：1）必须限制的自由度－ , y, z , x, y
图3-90 c）
③ 改进1：去掉前顶尖（图3-90c1）。
注：此种方法仅适于粗加工（仍存在过定位），不适于精加工。
改进2：去掉三爪卡盘，改成改成前后顶尖＋拨盘（图3-90c2）。
o x y
o z
x z
y
图3-90 c1）
图1-31 c2）
3
MMT
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4）图d在圆盘零件上钻孔，保证孔与外圆同轴 解： ① 大平面限制3个自由度 z , x , y ；固定V形 块限制 2 个自由度 x , y ；活动V形块限制 1 个自由度 y 。 ② 无欠定位，存在过定位，自由度 y 被重 复限制。（可能出现问题，见图3-90d1） ③ 改进：活动 V 形块改为平压块（图 3-90d2）。
O
A
解： 1）计算定位误差： 工序基准为A O点（外圆中心）在垂直方向上的变动量（基准位置误差）： ΔDW1=0.7×0.1=0.0707 A点相对于O点的变动量（基准不重合误差）： ΔDW2=0.5×TD=0.5×0.025=0.0125 A点在垂直方向上的变动量，即定位误差等于上述两项误差之和： ΔDW =ΔDW1＋ΔDW2 =0.0707＋0.0125=0.083 此值已大于工件尺寸公差的1/3，需要改进。
c）尺寸54： ΔDW1=(Dmax－d2min)+0.5×Td1 = 0.06+0.05=0.11
对称度： ΔDW2= (Dmax－d2min) = 0.06 d）尺寸54：ΔDW1=0 对称度： ΔDW2= Td1 /2 = 0.05
a）
b）
c）
d）
显然 b）为最优方案。
图3-92
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MMT 3-4 图 3-93 所示齿轮坯，内孔和外圆已加工
图3-90 d）
图3-90 d1）
图1-31 d2）
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MMT
机械制造工艺学习题解答（第三章）
5 ）图 e 钻铰连杆零件小头孔，保证小 头孔与大头孔之间的距离及两孔的平 行度
解： ① 大平面限制3个自由度 z , x , y ；短 圆柱销限制 2 个自由度 x , y ；固定V 形块限制 2 个自由度 x , y （其中 y 可 认为与圆柱销一起限制 z ）。 ② 无欠定位，存在过定位， x 自由度被 重复限制。
MMT
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机械制造工艺学习题解答（第三章）
3-1 分析图3-90所示定位方案： ①指出各定位元件所限制的自由度； ②判断有无欠定位或过定位； ③对不合理的定位方案提出改进意见。 1）图 a 过三通管中心O点打一孔，使孔轴线与管轴线Ox、Oz垂直相交 解：① V形块 A、B 组合限制 x , y, x, y 4 个自由度；V形块 C 本身限制 y , z z 2 个自由度 ，与V形块 A、B 组合一起限制 , z 2 个自由度 ② 无欠定位，无过定位
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图3-93
MMT 3-4（续） 2）改进：
改进①：使用三爪卡盘定位夹紧（图3-93a）。
此时定位误差：ΔDW1=0＋0.0125=0.0125，满足要求。 改进②：采用活动“假销”定位（图3-93b，销子直径 350 ）。 0.015 此时定位误差：ΔDW2=(0.015+0.025)+0.125=0.0525，满足要求。
x y
图3-94
图3-94 a）
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MMT 3-6 图3-95所示零件，用一面两孔定
0 位加工 A 面，要求保证尺寸 18±0.05 0.01 mm。若两销直径为φ16－ －0.02mm，试 分析该设计能否满足要求（要求工 件安装无干涉，且定位误差不大于 工件加工尺寸公差的 1/2。若满足不 了，提出改进办法。
图3-96 b）
图3-96 b1）
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MMT 图3-96 c
解：1）存在过定位（x 轴移动被重复限 制）。
2 ）夹紧力W会引起工件变形，加工 后变形恢复，影响精度。
x
z
x y
改进：右面 V 形块改为活动 V 形块， 并在 x 方向施加夹紧力。
图3-96 d 解：1）顶销A、B不能同时压紧工件。 2 ）压板 C 右端开口太长，需整个螺 母退出后，才能打开。
x
解： 1）大平面限制3个自由度 z , x , y ；锥 销限制 5 个自由度 x, y, z , x, y ；两个 档销限制 2 个自由度 y, z ，存在过定 位。 2 ）改进：①将锥销改为浮动锥销，使 x 其只限制 , y 2个自由度；②将档销改 为浮动档销，使其只限制 z 自由度。见 图3-94a。
改进2：改成可胀心轴（图3-90b2）。
图3-90 b）
图3-90 b1）
图3-90 b2）
2
MMT
机械制造工艺学习题解答（第三章）
3）图c车阶梯轴外圆 解： ① 三爪卡盘限制4个自由度 x , y, x, y ； 前顶尖限制 3 个自由度 x , y, z 。后顶 尖与前顶尖一起限制 2 个自由度 x , y 。 ② 无欠定位，存在过定位，x , y, x, y 4 个自由度被重复限制。
DW tan 1
此值已大于加工误差。 2）改进：在工件一边上施加作用力，使工件孔与定位销保持单边接 触（如图示） ，此时转角定位误差：
d1max d1min d 2 max d 2 min 0.01 0.01 tan 1 0.0072 2 L 2 80 由此引起的加工误差：JG 120 tan1 0.0072 0.015
③ 改进：活动 V 形块改为活动 V 形块 （图3-90e1）。
图3-90 e）
图1-31 e1）
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MMT
机械制造工艺学习题解答（第三章）
3-2 分析图3-91所示加工中零件必须限制的 自由度，选择定位基准和定位元件，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。 （1）图 a 过球心打一孔。
o
z x y
图3-96 a1）
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图3-96 b 解：1 ）夹紧力作用点位置不当，会产生 颠覆力矩，使工件发生翻转。 2 ）夹紧螺钉拧紧过程中，其端部与 工件之间摩擦可能会破坏工件定位。 改进： 1 ）使夹紧螺钉轴线与支承钉 对齐； 2 ）夹紧螺钉头部装压块（图 3-96b1）。
1:2000
o F y 图3-91 b1） z x y 图3-91 b2）
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o
F
z
x
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（3）图 c 在小轴上铣槽，保证尺寸 H 和 L。 解：1）必须限制的自由度－ y , z , x , z
2）选择定位基准－外圆＋左端面 定位元件－V形块＋顶销，如图3-91c1 （或图3-91c2）所示。 3）夹紧力方向与作用点如图3-91c1和图 3-91c2所示。
F
图3-95
0.01 1 ）两销直径为 φ16－ 解： －0.02，两销中心距为 80±0.015 ，不会发生干涉， 此时转角定位误差：
D1max d1min D2 max d 2 min 0.04 0.04 tan 1 0.0286 2 L 2 80 1 由此引起的加工误差：JG 120 tan 0.0286 0.06
DW tan 1
此值小于加工误差的1/2。
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3-7 指出如图3-96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。 图3-96 a o 解：三爪卡盘限制4个自由度 x , y, x, y ； z 后顶尖限制 2 个自由度 x , y 。 x y x , y 2 个自由度被重复限制，存在过 图3-96 a） 定位，会引起工件或夹具变形，影响 加工精度。 改进：去掉三爪卡盘，改成改成前后顶尖＋拨盘（图3-96a1）。
350 0.015
图3-93 a） 图3-93 b）
注：还有其他改进方法，如将V形块转90°或45°放置，也可以将定位误差 减小到尺寸公差的1/3。但此时会引起键槽对内孔对称度误差的较大，故不宜 采用。（方案②也存在此问题）
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z
MMT 3-5 图3-94所示零件，锥孔和各平面均已加
0 0 工好，现在铣床上铣键宽为 b－Δ b 的键槽，要 求保证槽的对称线与锥孔轴线相交，且与A 0 面平行，并保证尺寸h－Δ h 。试问图示定位方 案是否合理？如不合理，如何改进？
3）夹紧力方向与作用点如图3-91e1所示。
z
z
F x y
图3-91 e）
图3-91 e1）
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0 mm。现有 MMT 3-3 在图3-92所示套筒零件上铣键槽，要求保证尺寸54－0.14
三种定位方案，分别如图3-92b、c、d所示。试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公差不 大于0.02mm）。 解： b）尺寸54： ΔDW1=0.2×Td1=0.2×0.1=0.02 对称度：ΔDW2=0
0 合格（d = 80－0.1 mm，D = 35+0.025 mm），现 0 在插床上用调整法加工内键槽，要求保证尺 寸 H = 38.5+0.2 0 mm。试分析采用图示定位方法 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）。若不满足，应如何改进？ （忽略外圆与内孔的同轴度误差）
A C
B
图3-90 a）
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2）图b车外圆，保证外圆与内孔同轴 解： ① 心轴限制4个自由度 x , y, x, y ；端 面限制 3 个自由度 z , x , y 。 ② 无欠定位，存在过定位， x , y 2 个 自由度被重复限制。 ③ 改进1：加球面垫圈（图3-90b1）。
F F F 图3-91 c）
图3-91 c1）
图3-91 c2）
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（4）图 d 过轴心打通孔，保证尺寸 L。 解：1）必须限制的自由度－ x , y, x, z
2）选择定位基准－外圆＋台肩面。 定位元件－V形块＋V形块本身端面， 如图3-91d1所示；或平口钳，如图3-91d2 所示。 3）夹紧力方向与作用点如图3-91d1和图391d2所示。