工件定位基准的重要性与设计原则

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：在加工和测量工件时，应尽量使定位基准和测量基准与工序基准重合，以便消除因基准不重合而带来的误差。直接选用设计基准为定位基准，这称为基准重合原则。定位基准应有足够大的接触和分布面积，以使其能承受较大的切削力和定位稳定可靠。

工件装夹时必须依据一定的基准，下面先讨论基准的概念。

1.基准的概念及分类

在机械制造中所说的基准就是指用来确定生产对象上几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面。根据作用和使用场合的不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。其中工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。

（1）设计基准零件图上用来确定零件上某些点、线、面位置所依据的点、线、面为设计基准。如图2-13a所示，对于尺寸20mm而言，A、B面互为设计基准。如图2-13b所示，φ30mm和φ50mm的设计基准是轴线，对于同轴度而言，φ50mm的轴线是φ30mm轴线同轴度的设计基准。如图2-13c所示，D是C槽的设计基准。图2-13d所示的主轴箱体，F面的设计基准是D面，孔Ⅲ和孔Ⅳ的设计基准是D面和E面，孔Ⅱ的设计基准是孔Ⅲ和孔Ⅳ的轴心线。

图2-13 设计基准

（2）工艺基准工艺基准是零件加工与装配过程中所采用的基准，可分为以下四种。

1）工序基准。工序基准是指在工序图上用来标注本工序加工的尺寸和几何公差的基准。就其实质而言，它与设计基准有类似之处，只不过是工序图的基准。工序基准一般与设计基准重合。为了加工或测量方便，工序基准有时与定位基准或测量基准相重合。

2）定位基准。在加工中，定位基准是指使工件在机床上或夹具中占据正确位置所依据的基准。

如用直接找正装夹工件，找正的面就是定位基准；用画线找正装夹，所画的线就是定位基准；用夹具装夹，工件与定位元件相接触的面就是定位基准（定位基面）。

作为定位基准的点、线、面，可能是工件上的某些面，也可能是看不见、摸不着的中心线、中心平面、球心等，这种情况下往往需要通过工件某些定位表面来体现，这些表面称为定位基面。例如用自定心卡盘夹着工件外圆，这时体现的是以轴线为定位基准，外圆面为定位基面。严格地说，定位基准与定位基面有时并不是一回事，但可以代替，只是中间存在一个误差。

3）测量基准。测量基准是指工件在加工中或加工后测量时所用的基准。

4）装配基准。装配基准是指在装配时，用以确定零件在部件或产品中相对位置所采用的基准。

上述各类基准应尽可能重合。在设计机械零件时，应尽可能以装配基准作为设计基准，以便直接保证装配精度。在编制零件加工工艺规程时，应尽可能以设计基准为工序基准，以便保证零件的加工精度。在加工和测量工件时，应尽量使定位基准和测量基准与工序基准重合，以便消除因基准不重合而带来的误差。

2.定位基准的选择

定位基准是零件在加工过程中安装、定位的基准，通过定位基准，使工件在机床或夹具上获得正确的位置。对机械加工的每一道工序来说，都要求考虑工件的安装、定位的方式和如何选择定位基准。

定位基准有粗基准和精基准之分，那么定位基准的选择就有粗基准的选择和精基准的选择。

当零件刚开始加工时，所有的表面未加工，只能以毛坯面作为定位基准。这种以毛坯面为定位基准的称为粗基准。

在随后的工序中，用加工后的表面作为定位基准的称为精基准。在加工中，首先使用的是粗基准，但在选择定位基准时，为了保证零件的加工精度，首先考虑的是选择精基准，精基准选定后，再考虑合理选择粗基准。

（1）定位精基准的选择在选择精基准时，重点考虑的是减小工件的定位误差，保证零件的加工精度和加工表面之间的位置精度，同时也要考虑零件的装夹方便、可靠、准确。一般应遵循以下原则。

1）基准重合原则。直接选用设计基准为定位基准，这称为基准重合原则。采用基准重合原则可以避免定位基准和设计基准不重合引起的定位误差（基准不重合误差），零件的尺寸精度和位置精度能更容易和更可靠地得到保证。如图2-14所示，e面已加工好，现以e面定位用调整法加工f面，设计基准和定位基准重合，工件装夹在工作台上，调整工作台相对于刀具的距离（对刀尺寸）正好为A，并在一批零件的加工中始终保持这一位置不变。此时控制对刀尺寸的误差在范围内，即可保证加工精度。现以e面定位用调整法加工g面，设计基准和定位基准不重合，工件装夹在工作台上，调整工作台相对于刀具的距离（对刀尺寸）为C，此时直接保证的尺寸为C，其对刀误差为，而T_C=T_B-T_A，比工序尺寸B的公差小T_A，从而增加了加工难度。T_A就是基准不重合产生的误差。

2）基准统一原则。同一零件的多道工序尽可能选择同一个（一组）定位基准定位，这称为基准统一原则。基准统一可以保证各加工表面之间的位置精度，避免或减少因基准转换而引起的误差，并且简化了夹具的设计和制造，降低了成本，缩短了生产准备时间。

基准重合和基准统一原则是选择精基准的两个重要原则，但有时也会遇到两者相互矛盾的情况。在这种情况下，对尺寸精度要求较高的表面应服从基准重合原则，以避免容许的工序尺寸实际变动范围减小，给加工带来困难。除此之外，主要应用基准统一原则。

图2-14 基准不重合误差的产生

a）零件图 b）加工f面的定位方案 c）加工g面的定位方案1 d）加工g面的定位方案2

3）自为基准原则。精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀。采用加工表面本身作为精基准，这称为自为基准原则。加工表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证。图2-15所示为采用自为基准对机床导轨表面的加工。

4）互为基准原则为使各加工表面之间有较高的位置精度，或为使加工表面具有均匀的加工余量，有时可采用两个加工表面互为基准反复加工的方法，这称为互为基准原则。图2-16所示精密齿轮的加工，先以齿面为基准加工内孔，再以内孔为基准加工齿面。

图2-15 机床导轨面自为基准实例

图2-16 精密齿轮互为基准实例

5）装夹方便原则。所选精基准应能保证工件定位准确、稳定，装夹方便、可靠，夹具结构简单。定位基准应有足够大的接触和分布面积，以使其能承受较大的切削力和定位稳定可靠。

（2）定位粗基准的选择粗基准的选择要重点考虑如何保证各个加工表面都能分配到合理的加工余量，保证加工面与不加工面的位置、尺寸精度，同时还要为后续工序提供可靠的精基准。一般按下列原则选择。

1）保证相互位置要求的原则。选取与加工表面相互位置精度要求较高的不加工表面作为粗基准。如图2-17所示，应选择外圆表面作为粗基准，这样可以保证加工面与不加工面的尺寸精度和位置精度。

2）余量原则。以余量最小的表面作为粗基准，保证各表面都有足够的余量。图2-18所示的锻造轴毛坯大、小端外圆的偏心达3mm，若以大端外圆为粗基准，则小端外圆可能无法加工出来。所以应选择加工余量较小的小端外圆为粗基准。

图2-17 以不加工表面为粗基准

图2-18 已加工余量小的表面为粗基准

3）重要部分原则。选择零件上重要的表面作为粗基准。图2-19所示为机床导轨加工。先以导轨面作为粗基准来加工床脚底面，然后以底面作为精基准加工导轨面，如图2-19a所示，这样才能保证床身的重要表面——导轨面加工时所切去的金属层尽可能薄且均匀，保留组织紧密、耐磨的金属表面。而图2-19b所示则为不合理的定位方案。

图2-19 床身导轨面加工粗基准的比较

4）便于工件装夹的原则。选择毛坯上平整光滑的表面（不能有飞边、浇口、冒口和其他缺陷）作为粗基准，以使定位和夹紧可靠。

5）粗基准尽量避免重复使用原则。粗基准未经加工，表面较为粗糙，重复使用粗基准，会在第二次安装时，导致其在机床上（或夹具中）的实际位置与第一次安装时可能不一样。

对复杂的大型零件，从兼顾各方面的要求出发，可采用划线找正的方法来选择粗基准，合理分配加工余量。

工件定位基准的重要性与设计原则

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