2025年《机床夹具设计》期末考试试卷附答案

2025年《机床夹具设计》期末考试试卷附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.工件在夹具中定位时，若六个自由度全部被限制，则属于（）。A.完全定位B.不完全定位C.过定位D.欠定位2.加工套筒类零件内孔时，常用心轴作为定位元件，其与工件内孔的配合一般采用（）。A.间隙配合B.过盈配合C.过渡配合D.无配合要求3.夹紧力的作用方向应尽量与切削力方向（），以减小夹紧力需求。A.垂直B.相反C.相同D.成45°角4.下列定位元件中，可限制工件两个自由度的是（）。A.固定短V形块B.固定长销C.浮动支承D.球面支承5.加工箱体类零件平面时，若以底面和两个侧面作为定位基准，该定位方式属于（）。A.基准重合B.基准统一C.自为基准D.互为基准6.计算定位误差时，基准不重合误差是指（）。A.定位基准与设计基准不重合引起的误差B.定位基准与工序基准不重合引起的误差C.定位基准与测量基准不重合引起的误差D.定位基准与装配基准不重合引起的误差7.螺旋夹紧机构中，采用开口垫圈的主要目的是（）。A.增大夹紧力B.提高夹紧效率C.减小摩擦D.保证定位精度8.气动夹紧装置与液压夹紧装置相比，其主要缺点是（）。A.夹紧力小B.响应速度慢C.成本高D.需密封维护9.设计车床夹具时，必须重点考虑的问题是（）。A.夹具的平衡B.夹紧力的方向C.定位元件的刚度D.排屑便利性10.下列夹具中，属于通用夹具的是（）。A.专用铣槽夹具B.三爪卡盘C.发动机缸体加工夹具D.齿轮箱孔系加工夹具二、填空题（每空1分，共10分）1.工件定位的基本原理是__________，通过合理设置定位元件限制工件的自由度。2.夹紧机构的基本要求包括：夹紧力大小适当、__________、__________、结构简单操作方便。3.常用的定位元件按工件定位基准表面分类，可分为平面定位元件、__________、__________。4.过定位可能导致的问题有__________、__________，设计时需通过调整定位元件结构或降低基准面精度等方式避免。5.夹具的对刀元件用于确定__________与__________的相对位置，常见形式有对刀块和塞尺。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述“六点定位原理”的核心内容，并说明完全定位与不完全定位的区别。2.分析夹紧力作用点选择的基本原则。3.列举三种常用的夹紧机构，并分别说明其特点。4.简述夹具设计的一般步骤。5.解释“定位误差”的定义，并说明其组成部分及计算方法。四、分析题（每题15分，共30分）1.如图1所示（假想图：轴类零件，直径Φ50h7，长度150mm，需在车床上加工Φ30k6外圆，要求Φ30k6外圆对Φ50h7外圆的同轴度≤0.03mm），现有两种定位方案：方案一为“双顶尖定位”；方案二为“三爪卡盘夹持Φ50h7外圆，尾座顶尖顶中心孔”。试分析两种方案的定位合理性，指出可能存在的问题，并推荐最优方案。2.某零件需在立式铣床上加工一槽（槽宽10H9，槽深8mm，槽对称度要求0.05mm），工件定位基准为底面（A面）和两个侧面（B、C面）。现有定位方案：底面A采用3个固定支承钉定位，侧面B采用1个固定支承板定位，侧面C采用1个可调支承定位。试分析该定位方案是否合理？若不合理，应如何改进？五、设计题（20分）设计一套用于加工齿轮轴（如图2所示，假想图：齿轮轴材料45钢，模数m=2，齿数z=20，轴径Φ40h6，长度200mm，需在卧式铣床上加工键槽，键槽宽10N9，槽深5mm，键槽对称度要求0.04mm，槽底距轴端距离120±0.1mm）的铣床夹具。要求：（1）确定定位基准及定位元件；（2）设计夹紧机构并说明理由；（3）绘制夹具结构简图（标注主要元件名称）；（4）提出对刀元件的设计要求。答案一、单项选择题1.A2.C3.C4.B5.B6.B7.B8.A9.A10.B二、填空题1.六点定位原理2.夹紧动作迅速、夹紧可靠3.外圆定位元件、内孔定位元件4.工件变形、定位不稳定5.刀具、工件三、简答题1.六点定位原理：在空间直角坐标系中，用六个定位支承点分别限制工件的六个自由度（X、Y、Z平移，X、Y、Z旋转），从而确定工件唯一位置。完全定位指六个自由度全部被限制；不完全定位指根据加工要求，仅限制部分自由度（≤6），但需满足加工精度需求，二者均为合理定位。2.夹紧力作用点选择原则：（1）作用点应落在定位元件支承范围内，避免工件受力变形或脱离定位；（2）作用点应靠近加工部位，减小切削力引起的振动；（3）作用点应位于工件刚性较好的位置，防止薄壁件等易变形工件产生夹紧变形。3.（1）螺旋夹紧机构：结构简单、夹紧力大、自锁性好，但夹紧速度慢，适用于手动夹紧；（2）斜楔夹紧机构：结构紧凑、增力比大，但行程小，需与其他机构（如螺旋）组合使用；（3）偏心夹紧机构：操作快捷、结构简单，但夹紧力小、自锁性较差，适用于夹紧力要求小、行程短的场合。4.夹具设计步骤：（1）明确设计任务（工件结构、加工要求、机床类型等）；（2）确定定位方案（选择定位基准，设计定位元件）；（3）设计夹紧机构（计算夹紧力，选择夹紧方式）；（4）设计对刀/导向元件（如对刀块、钻套）；（5）设计夹具体及连接元件（确保刚度、定位精度）；（6）绘制夹具总图及零件图；（7）验证方案（如定位误差计算、夹紧力校核）。5.定位误差：工件在夹具中定位时，工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。组成：基准不重合误差（工序基准与定位基准不重合引起）和基准位移误差（定位基准与限位基准不重合引起）。计算方法：定位误差=基准不重合误差+基准位移误差（或二者在加工方向上的矢量和）。四、分析题1.方案一（双顶尖定位）：通过两端中心孔定位，限制工件X、Y、Z旋转及X、Z平移自由度（假设工件轴线为X轴），完全定位。由于中心孔是Φ50h7外圆的设计基准，定位基准与设计基准重合，同轴度易保证，且顶尖定位精度高，适合加工同轴度要求高的外圆。方案二（三爪卡盘+尾座顶尖）：三爪卡盘夹持Φ50h7外圆限制X、Y、Z旋转及Y、Z平移自由度，尾座顶尖顶中心孔限制X平移自由度，完全定位。但三爪卡盘夹持外圆时，若夹持力不均或外圆存在圆度误差，可能导致工件轴线偏移，影响Φ30k6外圆与Φ50h7外圆的同轴度。推荐方案一，双顶尖定位基准与设计基准重合，定位精度更高，能满足同轴度≤0.03mm的要求。2.原方案不合理。问题：（1）底面A采用3个固定支承钉定位，限制Z平移及X、Y旋转自由度（假设底面为Z方向），合理；（2）侧面B采用固定支承板定位，限制X平移自由度；（3）侧面C采用可调支承定位，可调支承仅起辅助支承作用，不限制自由度，导致Y平移自由度未被限制，工件在Y方向可能移动，无法保证槽的对称度要求。改进方案：侧面C应改用固定支承板（或固定支承钉）限制Y平移自由度，形成“一面两销”或“一面两平面”定位，完全限制工件六个自由度（Z平移、X/Y旋转；X平移、Y平移；Z旋转由夹紧力限制），确保槽对称度。五、设计题（1）定位基准：选择Φ40h6外圆（限制X、Y旋转及X、Y平移自由度）和轴端端面（限制Z平移自由度）。定位元件：V形块（对中定位Φ40h6外圆，限制4个自由度）、固定支承板（定位轴端端面，限制Z平移自由度）。（2）夹紧机构：采用螺旋压板夹紧机构。理由：齿轮轴刚性较好，螺旋夹紧力大、自锁可靠，压板可均匀作用于