现代工装、模具设计方法复习题

1、现代工装、模具设计方法绪论问答题1 什么是焊接工装答： 焊接工装： 焊接工艺装备就是在焊接结构生产的装配与焊接过程中起配合及辅助作用的夹具、机械装置或设备的总称，简称焊接工装。其中夹具主要包括定位器、 夹紧器、 夹具体等； 机械装置或设备主要包括焊件变位机、焊接操作机、焊工升降台等。2 装配用工艺装备与焊接用工艺装备的区别是什么答 : 装配用工艺装备的主要任务是按产品图样和工艺上的要求， 把焊件中各零件或部件的相互位置准确地固定下来， 只进行定位焊， 而不完成整个焊接工作。 焊接用工艺装备专门用来焊接已点固好的工件。第一章问答题1 什么是六点定位原理答： 用六个正确布置的支承点就可完全限制工件

2、的六个自由度， 使工作在夹具中占有完全正确的位置。 这种用支承点来限制工件自由度的方法， 称为“六点定位原理”。 并不是要完全限制工件的六个自由度才算定位合理， 要根据实际情况合 理定位。2 什么是全定位与准定位答： 工件的六个自由度全部被限制， 在夹具中占有完全确定的位置， 这种定位方式称为全定位。 工件在夹具中定位， 如果支承点不足六个， 但完全限制了按加工要求需要消除的工件自由度数目，这种定位方式称为准定位。3 试分析下图零件1、零件2、园管、圆筒的自由度消除情况，分别属于何种定位答：零件 1 和零件 2 拼接成 T 形板，装配时，先把零件1 放在平台上，然后使它的左侧边缘与挡铁1 和

3、2 紧靠， 它的端边与挡铁3 紧靠。 这样， 零件 1 在平台上就被全定位了。 接着再把零件2 放上， 先使它的侧边与挡铁4 和 5 紧靠， 端边与零件 1 的右侧边缘紧靠。这时，零件 2 也被全定位了。这些挡铁就是定位支撑点， 他们之间的相互位置是事先按照产品图样和工艺上的要求来布置的， 所以拼 接好的 T 形板能满足产品图样要求。圆管和圆筒环缝对接时采用 V形块或两根长辗轴定位，只限制工件的 X、Y、X、 Y四个自由度，另外两个自由度没有限制，此时已能满足环缝对接的工艺要求。4什么是过定位与欠定位 过定位的优缺点是什么答：工件实际定位所限制的自由度数目少于按该工序加工要求所必须限制的自由

4、度数目称为欠定位。两个或两个以上的定位支承点重复限制同一个自由度，这种定位方式称为重复定位。 优缺点：缺点是使定位不确定或使定位件产生变形，优点是可 增强刚度。5 N-2-1定位原理的主要内容是什么答：N-2-1定位原理是指第一基准面上所需的定位点数为 N(N>3),第二、第三基 准面的定位点分别为2个和1个，禁止在正反两侧同时设置定位点。对于尺寸较大的薄板冲压件，具刚性小，极易变形。薄板焊接时主要产生波浪变 形，为防止波浪变形，必须采用比较多的辅助定位点和辅助夹紧点来定位，即采用N-2-1定位原理定位。对于复杂外形的薄板焊接件，一般采用与工件的型面相 同或相似的定位件来定位，即所谓的型

5、面定位。6工件以平面、圆孔、外圆柱面作为定位基准时，常用哪些定位元件答：以平面作为定位基准时常用的定位器有挡块、支撑钉、支承板等。圆孔有定 位销、定位插销和衬套式定位器。外圆柱面有 V形块、定位套和半圆孔定位器。7下图工件以部分外形定位，采用何种定位基准答：采用工件的部分外形组合定位。 采用工件的部分外形组合定位，两空一面定 位，即工件以两个中心线相互平行的孔及与之相垂直的平面作为定为基准。8生产中工件常采用两孔一面定位，试分析以两个圆柱销及平面支承定位和以一圆柱销和一削边销及平面支承定位时， 自由度消除情况属何种定位答：以两个圆柱销及平面支承定位： 两销都采用短圆柱销，实际上这是一种过定 位

6、情况，因为一个支承平面限制三个自由度， 每个短圆柱销限制两个自由度，沿 两孔连心线方向的自由度被重复限制了。 这时假定第一个孔能正确装到第一个销 上，但同批工件第二孔就会因孔间距误差和销间距误差的影响而装不到第二销 上，有可能出现孔心距为最小而销心距为最大， 或者孔心距为最大而销心距为最 小的极限情况。以一圆柱销和一削边销及平面支承定位为使工件在极端情况下能 装到定位销上，在不减小圆销直径的情况下，可把第二销碰到孔壁的部分削去，只留下一部分圆柱面，如上页图所示。这样，在连心线方向上仍有减小第二销直 径的作用，而在垂直于连心线方向上，由于销子直径并未减小，因此工件转角误 差没有增大，同时也保证了

7、工件装配容易。9什么是型面定位答：对于复杂外形的薄板焊接件，一般采用与工件的型面相同或相似的定位件来 定位10对下图进行定位分析，分析自由度消除属何种定位答：如果六点定位时支承点按图 a所示分布，A B、C三点位于同一直线上，工 件的X弧自由度没有限制，这时工件为不完全定位。同样，如果支点按图b的方 式分布，侧面上的两个支点布置在垂直于底面的同一直线上，工件的Z弧自由度没有限制，工件也是不完全定位。同时，a中的B点，b中的D点却分别由于重 复限制了自由度Z平和Y平，成了过定位点。可以推论，6个支点在底面布置4 个，其余两个定位面上各布置一个，或者在3个定位面上各布置2个或6个支点 在两个平面上

8、，均会出现不完全定位和过定位现象。因此，6个支点在3个相互垂直的平面上必须按3-2-1的规律分布，并将工件3个定位基准面与这些支点接 触，使每个支点限制着一个自由度。11试分析图1-36所示盘类工件的定位情况。12对下图连杆进行定位分析，分析自由度消除属何种定位13 定位方案设计的步骤有哪些第二章问答题1 夹紧装置由哪几部分组成答：加紧装置的组成：力源装置，它是产生夹紧作用力的装置。通常是指机动 夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置。中间传力机构，它是将力源产生的力传递给夹紧元件的机构, 如图中的斜楔。传力机构的作用有三种：改变夹紧力的方向； 改变夹紧力的大小 ( 扩力 ) ； 保证夹紧的可

9、靠性、 自锁性。 夹紧元件，即与工件相接触的部分， 它是夹紧装置的最终执行元件。 通过它和工件直接接触而完成夹紧动作。2 夹紧力方向的选择要注意哪几点答： (1) 夹紧力的方向应垂直于主要定位基准面。因为工件上被作为主要定位基准的面积是比较大的， 夹紧力的方向垂直于定位基准面能使工件更好地保持与定位件接触，可以使定位更稳定可靠。 (2) 夹紧力的方向应有利于减小工件变形。3 3) 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力。4 夹紧力作用点的选择要注意哪几点(1) 应不破坏工件定位已确定的位置，即应作用在支承上或支承所组成的面积范围之内。 (2) 夹紧力作用点的数目增多， 能使工件夹紧均匀， 提高夹紧的可

10、靠性，减小夹紧变形。 3) 夹紧力作用点应不妨碍施焊。4 确定夹紧力大小应考虑哪些因素答： 夹紧力应能够克服零件上局部变形。 当工件在胎具上实现翻转或回转时，夹紧力足以克服重力和惯性力， 把工件牢牢地夹持在转台上。 需要在工装夹具上实现焊件预反变形时，夹具就得具有使焊件获得预定反变形量所需要的夹紧力。夹紧力要足以应付焊接过程热应力引起的拘束应力5 常见的简单夹紧机构有哪些答：简单夹紧机构常见的有楔式、螺旋式、偏心式、杠杆式和弹簧式等数种。它们都只有一个机构将原始力转变为夹紧力。 楔式、 螺旋式和偏心式夹紧机构都是利用机械摩擦的斜面自锁原理来夹紧工件的， 其中楔块是最基本的形式， 偏心轮和螺杆只

11、不过是楔块的变种。6 采用双升角斜楔的目的是什么答：目的是使斜楔夹紧机构既夹紧迅速又自锁可靠。7 常用的复合夹紧机构有哪些答：常用的复合夹紧机构有：螺旋杠杆、斜楔杠杆、偏心杠杆、铰链杠杆等。8 什么是铰链- 杠杆夹紧机构 它的自锁条件是什么答：铰链杠杆夹紧机构( hinge-lever fixture )是利用杠杆原理将杠杆系通过固定铰链和活动铰链组成的夹紧机构，也称肘杆夹紧器铰链杠杆夹紧机构的自锁条件是：手柄杠杆与连接板共线。9 试分析下图大力钳工作原理，画出机构运动简图。答： 该大力钳为第二类铰链- 杠杆夹紧机构自锁条件是： 手柄杠杆与连接板共线。是两组杠杆与一组连接板组合， 夹紧杠杆与连

12、接板与支座铰链； 手柄杠杆为水平式。这类夹紧器的夹紧杠杆转角小。10试分析下图大力钳工作原理，画出机构运动简图。答：该大力钳为第三类铰链- 杠杆夹紧机构( 一手柄固定分析另一手柄) 为一组杠杆与连接板组合， 夹紧力大， 它调节螺钉顶住滑动导杆， 钳口开度大小由调节螺钉调节， 夹紧自锁时手柄杠杆与导杆共线， 且手柄杠杆与导杆铰接点越线， 以确保自锁稳定可靠。11 铰链 - 杠杆夹紧机构的设计要点有哪些为保证自锁要采用哪些措施答： 先按工件的夹紧要求， 确定铰链杠杆夹紧机构的基本类型。 采用解析法、几何作图法、实验法完成主要几何参数设计。确定夹紧器的结构尺寸。设计的铰链杠杆夹紧机构必须具有良好的自

13、锁性能。保证自锁措施：手柄杠杆与连接板的钱结点要越过共线一3mm可调弹性压头，P58 图 2-63 提高夹具停留在死点的稳定性。12 什么是定心夹紧机构常用的定心夹紧机构有哪些答：定心夹紧机构，是指能同时实现工件定位和夹紧的机构。三爪卡盘 (three-jaw chuck) 和弹性夹头(collet) 就是常用的两种定心夹紧机构。它们的共同特点是： 定位和夹紧由同一元件完成， 并通过元件等速移近或离开工件，来消除工件尺寸公差对定位精度的影响。13 与槽系组合夹具相比较，孔系组合夹具有哪些优缺点答：与槽系组合夹具相比较，孔系组合夹具有下列优缺点(1) 元件刚度高 (2) 制造和材料成本低(3)

14、组装时间短(4)定位可靠 (5) 孔系组合夹具装配的灵活性差14 什么是可调整夹具答：可调整夹具( adjustable fixture )是指通过调整或更换个别零部件能适用多种工件焊装的夹具。调整部分允许采用一定的调整方式以适应不同焊接件的安装。 此部分包括一些定位件、夹紧件和支撑件等元件。其主要调整方式分为更换式、调节式和组合式。15 分析下图钩形夹紧器的工作原理答： 钩形夹紧器用圆偏心件直接或间接夹紧工件的机构， 圆偏心的夹紧原理实质是升角变化的楔，圆偏心白锁条件：钩形夹紧器常与V 形块构成夹管器。16 分析下图夹紧力的分向与作用点是否合理第三章问答题1 气压传动由哪几部分组成答：气压传

15、动包括三个组成部分：气源部分，包括空气压缩机、冷却器、蓄气罐三个主要装置， 这一部分一般置于单独的动力站内， 也可以采用小型移动式空气压缩机。控制部分，包括分水滤气器、减压阀、压力继电器等，这些部件一般安装在工装的附近。 执行部分， 包括气缸等， 它把气体的压力能转变为机械能，以便实现所需要的动作，如定位、夹紧等。2 什么是组合气缸答：组合汽缸一般指汽缸与液缸相组合形成的气- 液阻尼缸、气- 液增压缸等。3 气阀按其功用可分为哪几类答：分为压力控制阀、流量控制阀与方向控制阀三大类。4 分水滤气器、减压阀、油雾器的工作原理是什么。答： 分水滤气器： 压缩空气经旋风叶片 1 进入存水杯3 的内壁产

16、生旋转， 使混入空气中较大的水珠、油滴、固休杂质受离心力作用而分离，再经滤芯2 过滤，净化的压缩空气由左端出口输出。 当存水杯 3 积水达到一定高度时通过放水阀 5放掉。减压阀： 靠平衡进气阀口 4 处的节流作用减压， 中心阀孔 2 的溢流作用及阀口4 处的开度变化稳定输出压力。 当输出压力超过调定值时， 中心阀孔 2 自行打开，经排气孔 5 排气， 同时阀芯 3 向上移动减少阀口的开度， 稳定输出压力不变； 当输出压力低于调定值时，中心阀孔2 被阀芯 3 封住，压缩空气不会从排气孔 5溢出， 从而继续保持预定的压力。 调节手柄 1 可使输出压力在规定范围内任意改变。油雾器：压缩空气通过油雾器

17、时，一小部分经导气雾化管小孔1和截止阀2进入储油杯3，在油面形成压力。在空气压力作用下润滑油 4 经吸油管 5 上升到单向阀 6 和节流阀 7，滴入喷嘴9，由于油雾器通路在该处截面减小，空气通过时，流速增加压力下降，这样，喷嘴内的油就被高速气流所雾化并带走。油量的大小随气流的大小而变化，也可以由节流阀7来调节。（见P90面图）5 气动铰链夹紧机构的设计步骤是什么答：根据夹紧机构设计要求初步确定结构尺寸。确定所需的各种行程及其相应臂的倾斜角Sc、S1、S2、S3K a0, aj。计算机构的夹紧力或原动力。计算动力装置的结构尺寸。6 液压传动系统的由哪几部分组成答：液压传动系统主要由动力装置（液压

18、泵） 、执行机构（油缸或油电动机） 、控制装置（溢流阀或节流阀）和辅助装置四部分组成。7 控制电动机或伺服电动机的概念是什么常用的有哪些答：控制电动机或伺服电动机：用作检测、放大、执行和计算用的各种各样的小功率交直流电动机。比如直流伺服电动机、力矩电动机和步进电动机。8 直流电动机的特点是什么答： 直流电动机的最大特点是运行转速可在宽广的范围内任意控制， 无级变速， 额定转速可在很大的范围内选择。它具有优良的调速特性，调速平滑、方便以及调速范围宽广；其过载能力大，能承受频繁的冲击负载; 能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行的要求。9 直流伺服电动机按结构可分几类答： 直流伺服电动机实质上

19、是一种永磁式或电磁式的直流电动机， 按其结构来分可分为： 传 统式直流伺服电动机、 印刷绕组直流伺服电动机、 无槽电枢直流伺服电动机和绕线电枢直流伺服电动机。10 什么是步进电动机按工作原理可分哪几类答： 步进电动机是一种把电脉冲信号转换成与脉冲数成正比的角位移或直线位移量的执行元件。分为反应式、永磁式和混合式三类。11 什么是步进电动机的矩角特性答：步进电动机在一相通电并且保持通电电流不变的情况下，其静转矩MmiW转子齿相对于定子齿中心线间的夹角（称失调角）8之间的关系Mm = f （ 8 ）称为 矩角特性。12 焊接工装中常用的动力源有哪几种答：动力源有气压传动、液压传动、电力传动、电磁传

20、动和真空传动。13 气动三联件包括哪几个元件，它们的连接次序如何答：包括分水滤气器 、减压阀、油雾器。连接顺序：分水滤气器- 减压阀 -油雾器。14为什么目前CO2/MAG（体保护焊送丝机一般都采用印刷电动机答：由于这类伺服电动机电枢上没有铁芯，电枢磁通主要是经过气隙而闭合。因此，电枢反应的影响和电枢中磁滞及涡流损耗均可忽略不计。由于电枢绕组的自感很小，因而电枢电路中的暂态过程所经历的时间都很短，这对控制系统的快速响应是有利的。由于电枢轴向尺寸短（ 指盘形电枢 ） ， 电枢的挠度小， 因此， 与负载连接时刚性好，频带宽，谐振频率可达10khz 以上。由于电动机气隙中磁通分布均匀， 消除了谐波损

21、耗振荡。 噪声大大降低， 而不 易产生震荡。第五章问答题1 什么是焊接变位机械答： 焊接变位机械是改变焊件、 焊机或焊工位置来完成机械化、 自动化焊接的各种机械装置。2 焊接变位机按结构形式可分为哪几种答：分为：伸臂式焊接变位机、座式焊接变位机和双座式焊接变位机。3 电刷式导电装置由哪几部分组成答：电刷式导电装置由电刷、电刷盆、刷架、弹簧盒导电环组成。4 下图为液化石油气钢瓶埋弧焊转台， 工作时轴承发热严重， 试设计导电装置答：为解决轴承烧损问题，设计了下列三种导电装置：碳刷-铜盘式导电装置，在钢瓶接触的卡盘处设计成铜盘， 工作时焊接电流通过碳刷、 铜盘传给工件， 使用效果不好，碳刷发红，导电

22、装置易失效。铜电刷式导电装置，在主轴上安装一个固定的导电环，工作时焊接电流通过紫铜电刷、导电环、主轴传给工件。使用效果明显好转， 共缺点是导电环的运行时间仍较短， 工作一段时间后其表面仍被电弧严重打伤，结构复杂，维修不方便。轴瓦式导电装置，该导电装置是由上、下轴瓦，导电板，压紧弹簧，螺栓，螺母等组成。5 什么是组合式滚轮架按传动方式不同可分为哪几类答： 组合式滚轮架是由两个滚轮支撑在同一个基座上组成一个独立的滚轮架。 分 为双主动滚轮架、从动滚轮架和单主动滚轮架。第四章问答题1 设计焊接工装的基本原则和要求是什么答：设计焊接工装时应考虑下列基本原则： 1）实用性原则；2）经济性原则；3）可靠性

23、原则；4）艺术性原则。2 什么是设计分离面、工艺分离面答： 由于设计构造上和使用功能上的需要， 将产品分解为部件和组合件等可单独进行装配的单元，这种装配单元之间的结合面称为设计分离面。在生产过程中， 为了满足工艺上的功能要求， 将部件进一步分解为若干个生产上可独立装配的单元，这种装配单元之间的分离面称为工艺分离面。3 什么是装配系统图答： 按部件的设计分离面和工艺分离面， 将部件划分成若干可独立进行装配的单元， 并将所有装配单元按装配顺序排列， 用以表明产品零、 部件之间相互装配关系和装配流程。4 夹具元件的安装方法主要有哪几种答：按划线安装；根据样板或样件安装焊接结构生产及装备第一章问答题1

24、 焊接结构的设计步骤主要有哪些答：依据使用要求，参考类似结构-确定整体方案-确定承受的各种载荷-结构 受力分析-结构元件的设计（强度、刚度、稳定性）进行结构的细节设计（焊 接接头、焊缝、筋板、孔、应力应变集中及局部挤压处）-编写设计说明书及绘 图和机械设计既相同又相异， 机械设计由机原加机零设计组成， 结构设计由元件 加细节设计构成。2 焊接结构的设计方法有哪些答：（ 1）许用应力法（2）概率论为基础的极限状态法3 焊接结构的生产工艺过程有哪些答：1生产准备 图纸-工艺分析-工艺文件（工艺流程、工艺评定、工艺方法） -设备、材料、人员、动力各种准备。2 金属材料的预处理材料的验收、分类、矫正、

25、除锈、表面保护、预落料。3 备料 放样、划线、号料、切割、边缘加工、冷热成型加工、端面加工及制孔等。4 装配焊接焊缝边缘清理、装配和焊接。5 检验 从原材料到产品，每道工序相应的检查。6 成品的验收、油漆、标志、包装。第二章问答题1 分部件装配焊接法的优越性是什么答： 1 提高装焊质量，改善工人劳动条件（结构尺寸小，焊缝位置好）2 控制和减少焊接变形（总焊接量减少，以及胎夹具的使用）3 缩短产品的生产周期（部件同时生产）4 提高生产面积的利用率（减少总装的胎夹具）5 广泛的利用胎夹具（简化夹具）6 采用分部件装配焊接法时，部件如何划分答： 1 各部件本身是一个整体的构件。7 力求充分发挥部件生

26、产的优点。8 现场生产能力的限制及生产节奏的要求。9 什么是焊接工艺评定答： 焊接工艺评定是在钢材焊接性能试验的基础上， 结合锅炉、 压力容器的结构特点和技术和条件， 在制造单位具体条件下的焊接工艺验证试验， 它还用以证明制造单位有能力焊制出符合有关法规、标推、技术条件的焊接接头。焊接工艺评定是压力容器焊接生产中的法规性规定，并用强制性标准JB470892钢制压力容器焊接工艺评定来贯彻。10 焊接工艺评定报告、 焊接工艺规程的主要内容有哪些二者有何关系答： 具体的说， 焊接工艺评定就是按照所拟定的焊接工艺， 根据有关技术标准规定焊接试板，并从焊成试板中取出拉伸、弯曲、冲击等试样，测试试样是否具

27、备所要求的性能。 如果所有试样检验结果符合技术要求， 证明所拟定的焊接工艺可行 ， 根据 焊 接 工 艺 评 定提 出 “ 焊 接 工 艺 评 定 报告 （PQRProcedurequalification record） ”。焊接工艺评定报告内容主要包括母材、焊接方法、焊接材料、工艺参数、加热工艺参数等焊接参数，以及外观检查、力学性能（拉伸弯曲冲击） 、显微分析、化学成分分析、无损探伤、焊接性实验等焊后实验构成。没有统一的标准。焊接工艺规程WPSwelding procedure specification ， 广义上，凡是用文字、 图形和表格等形式， 对某个焊件科学地规定其工艺过程方案和规

28、范及采用相应工艺装备的技术文件。 狭义上，焊接工艺规程即通常所称的焊接工艺说明书，是焊接生产所必须的技术指导性文件。焊接工艺规程的主要内容主要包括母材、 焊接方法、 焊接材料、 工艺参数、 加热工艺参数、焊接方向顺序等焊接参数。第三章问答题1 焊接机器人主要由哪几部分组成答： 焊接机器人： 是在焊接生产中部分地替代人的功能， 完成一连串复杂动作的可编程序的焊接操作设备， 也是具有高度自动化功能的焊机变位设备。 它主要由四部分组成。(1) 操作 ( 执行 ) 部分 是机器人为完成焊接任务而传递力或力矩， 并执行具体动作的机械结构，包括机身、臀、腕、手( 焊枪 ) 等。(2) 控制部分是控制机械结

29、构按照设定的程序和所要求的轨迹， 在规定的位置( 点 ) 之间完成焊接作业的电子电气器件和计算机， 它有记忆功能， 可储存有关数据和指令，还有通信功能，可与焊接电源、焊件变位机械、焊件输送装配机械等进行信息交换，协调相互之间的动作，调节焊接操作规范等。(3) 动力源及其传递部分是为操作部分提供和传递机械能的部件和装置， 其动力以电动为主，也有液压的。(4) 工艺保障部分主要有焊接电源， 送丝、 送气装置， 电弧及焊缝跟踪传感器2 依三个自由度时机器人可分为哪几类答：有四种形式：即直角坐标系、圆柱坐标系、球形坐标系和多球形坐标系。3 焊接机器人为何常采用六个自由度答： 按这四种坐标系设计的任何一种机器人的臂部都有三个自由度， 这样， 机器人臀的端部就能达到其工作范围内的任何一点。 但是， 对焊接机器人来说， 不但要求焊枪能到达其工作范围内的任何一点、