2025年机床夹具设计机床夹具设计试卷附答案

2025年机床夹具设计机床夹具设计试卷附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列定位元件中，适用于工件外圆柱面短基准定位的是（）A.长V形块B.短圆柱销C.半圆套D.短V形块2.加工套筒类零件内孔时，若以工件外圆作为定位基准，其基准类型为（）A.设计基准B.工序基准C.定位基准D.测量基准3.六点定位原理中，限制工件绕X轴、Y轴旋转自由度的定位点应布置在（）A.主定位面上B.导向定位面上C.止推定位面上D.任意位置4.夹紧装置的基本要求中，“自锁性”主要是指（）A.夹紧力足够大B.夹紧后外力去除仍能保持夹紧状态C.夹紧力方向与切削力方向一致D.夹紧装置结构简单5.某工件以一面两孔定位，若两定位销均为圆柱销，则可能出现的定位问题是（）A.欠定位B.完全定位C.过定位D.不完全定位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.定位元件制造误差引起的误差7.铣削加工中，为避免夹紧变形，优先选择的夹紧力方向是（）A.垂直于主要定位面B.平行于进给方向C.与切削力方向相反D.任意方向8.车削轴类零件时，若采用双顶尖定位，其限制的自由度数量为（）A.4个B.5个C.6个D.3个9.夹具总图中，“对刀-导向元件与定位元件的位置公差”属于（）A.工件与夹具的位置要求B.夹具与机床的连接要求C.夹具内部元件的位置要求D.切削参数要求10.下列夹紧机构中，夹紧力最大且自锁性最好的是（）A.斜楔夹紧机构B.螺旋夹紧机构C.偏心夹紧机构D.铰链夹紧机构二、填空题（每空1分，共10分）1.机床夹具的基本组成包括定位元件、夹紧装置、对刀-导向元件、______和夹具体。2.完全定位是指工件的______个自由度全部被限制的定位方式。3.定位误差由______误差和基准位移误差两部分组成。4.夹紧力的三要素是大小、方向和______。5.工件以平面定位时，常用的定位元件有支承钉、______和可调支承。6.过定位的主要危害是导致工件定位______或夹具变形。7.车削夹具中，用于保证工件旋转中心与机床主轴中心重合的元件是______。8.钻床夹具的导向元件主要是______，用于引导钻头或铰刀。9.夹具精度设计时，一般取工件对应加工尺寸公差的______作为夹具相关尺寸公差。10.智能化夹具的典型特征包括______、自适应调整和故障自诊断。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述完全定位与不完全定位的区别，并举例说明不完全定位的合理性。2.夹紧力方向的选择应遵循哪些原则？请结合铣削加工实例说明。3.分析工件以“一面两孔”定位时，为何其中一个定位销需设计为菱形销？菱形销的短轴方向应如何确定？4.夹具总图中需要标注哪些主要技术要求？请列举5项并说明其作用。5.简述定位误差的计算步骤，并说明在什么情况下基准位移误差为零。四、分析题（每题15分，共30分）1.如图1所示（假想图：工件为阶梯轴，大端外圆直径Φ50h6，小端外圆直径Φ30h6，长度分别为80mm和50mm），要求在车床上加工小端外圆至Φ30h6，端面A（大端端面）的轴向尺寸为130±0.1mm。现采用三爪卡盘夹持大端外圆（夹持长度30mm），顶尖顶紧小端中心孔定位。（1）判断该定位方案限制的自由度数量及类型；（2）分析可能存在的定位误差来源；（3）若实测小端外圆径向圆跳动超差，可能的原因是什么？2.某箱体零件（材料HT200）需在立式铣床上加工顶面（宽度150mm，长度300mm），要求顶面与底面（已加工）的平行度为0.05mm，表面粗糙度Ra1.6μm。拟采用底面及两个侧面（已加工）作为定位基准，设计夹具时：（1）定位元件应如何选择？说明理由；（2）夹紧装置应满足哪些要求？推荐一种夹紧机构并说明原因；（3）若加工中出现顶面平面度超差（0.12mm），可能的夹具设计问题有哪些？五、综合设计题（20分）设计一套用于加工齿轮坯内孔（Φ80H7，深度60mm）的车床夹具，工件材料为45钢，毛坯为锻造件，已粗车外圆（Φ150mm）和端面。要求：（1）确定定位基准并说明选择依据；（2）绘制夹具结构简图（标出主要元件：定位元件、夹紧装置、连接元件）；（3）说明夹紧力计算的关键参数（需列出公式，不要求具体数值）；（4）提出提高内孔加工精度的3项夹具设计措施。答案一、单项选择题1.D2.C3.A4.B5.C6.B7.A8.C9.C10.B二、填空题1.连接元件2.六3.基准不重合4.作用点5.支承板6.不稳定7.定心元件（或过渡盘）8.钻套9.1/3~1/510.智能传感三、简答题1.区别：完全定位限制工件全部6个自由度；不完全定位仅限制部分自由度（≤5个）。合理性示例：加工平板上的通孔时，工件在Z轴旋转自由度未被限制（因孔对称分布），但不影响加工精度，故允许不完全定位。2.原则：①优先垂直于主要定位面（保证定位稳定）；②与切削力方向一致（减小夹紧力）；③避免工件变形（作用于刚性好的部位）。铣削实例：加工箱体侧面时，夹紧力垂直于底面（主要定位面），避免工件因侧面刚性差而变形。3.原因：一面两孔定位中，两圆柱销会限制工件沿两销连心线方向的移动自由度（过定位），菱形销通过减少接触面积消除过定位。短轴方向应与两销连心线方向一致，以保留沿该方向的微量移动自由度。4.技术要求：①定位元件与夹具体的位置公差（如定位面平面度0.02mm，保证定位精度）；②对刀块与定位元件的位置尺寸（如对刀块至定位面距离±0.05mm，控制加工尺寸）；③导向元件与定位元件的平行度（如钻套轴线与定位面平行度0.03mm，保证孔位置精度）；④夹具与机床的连接要求（如定位键宽度与机床T形槽配合H7/h6，保证安装精度）；⑤夹紧装置的最大夹紧力（如≤5kN，防止工件变形）。5.计算步骤：①确定工序基准和定位基准；②计算基准不重合误差（工序基准与定位基准的位置公差）；③计算基准位移误差（定位基准在定位元件上的位置变动量）；④定位误差为两者的代数和（同方向相加，反方向相减）。当定位基准与限位基准重合（如平面定位时定位基准与支承板完全接触），基准位移误差为零。四、分析题1.（1）限制自由度：三爪卡盘限制工件沿X、Y、Z轴移动及绕X、Y轴旋转（5个自由度），顶尖限制绕Z轴旋转（第6个自由度），共6个自由度（完全定位）。（2）误差来源：①三爪卡盘夹持大端外圆的圆度误差（基准位移误差）；②中心孔与顶尖的接触间隙（基准位移误差）；③大端外圆与小端外圆的同轴度误差（基准不重合误差，若工序基准为大端轴线）。（3）径向圆跳动超差可能原因：顶尖与中心孔接触不良（如中心孔有毛刺）、三爪卡盘夹持面与主轴轴线不同轴（夹具制造误差）、工件装夹时大端外圆未找正（操作误差）。2.（1）定位元件：底面采用3块支承板（分散载荷，避免毛坯不平影响定位）；侧面采用2个短圆柱销（限制沿Y轴移动和绕Z轴旋转）。理由：底面为主要定位面，支承板可提高接触刚度；侧面短销避免过定位。（2）夹紧装置要求：夹紧力足够（对抗铣削力）、作用点在刚性好的部位（如箱体加强筋处）、夹紧变形小（采用浮动夹紧）。推荐螺旋夹紧机构（结构简单、自锁性好、夹紧力大）。（3）平面度超差可能原因：支承板平面度差（导致工件安装倾斜）、夹紧力分布不均（局部压陷）、夹具与机床工作台平行度超差（铣刀进给方向与工件定位面不平行）。五、综合设计题（1）定位基准：选择外圆（Φ150mm）和端面（已粗车）。依据：外圆为已加工表面，可保证内孔与外圆的同轴度；端面作为轴向定位基准，控制内孔深度。（2）结构简图：夹具体通过过渡盘与车床主轴连接，定位元件为短圆柱面（与工件外圆配合H7/h6）和平面支承（限制Z轴移动）；夹紧装置为钩形压板（分布3处，均匀压紧端面）；连接元件为过渡盘上的螺栓（与主轴法兰连接）。（3）夹紧力计算关键参数：切削力F（F=KC×ap×f，KC为切