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第一章机械加工的概念第二节工件的定位基准谢宗才一、基准及其分类1.基准的概念确定零件上某一个点、线、面的位置时所依据的那些点、先、面称为基准2.基准的分类生产中可将基准做如下的分类：设计基准基准定位基准根据其作用的不同工艺基准测量基准工序基准装配基准1）设计基准设计图样上所采用的基准称为设计基准。它是标注设计尺寸的起点。如图12-1a所示零件1）设计基准设计图样上确定某些点、线、面的位置所依据的基准称为设计基准。它是标注设计尺寸的起点。如图12-1a所示零件在水平方向，平面A是平面B、C的设计基准，平面A也是孔7的设计基准，孔7又是孔８的设计基准；在垂直方向，平面D是平面E、F的设计基准，平面D也是孔7和孔8的设计基准。如图12-1b所示的钻套零孔中心线是外圆与内孔的设计基准，也是端面B端面圆跳动的设计基准；端面A是端面B、C的设计基准。（2）工艺基准在工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。按用途不同可将其分为以下四种：①定位基准在加工中用作工件定位的基准称为定位基准。它代表了工件在机床或夹具上的位置。定位基准又可分为粗基准和精基准:1)粗基准用作定位基准的表面，如果是没经过切削加工的毛坯面，则称为粗基准。2)精基准用作定位基准的表面，如果是经过切削加工的表面，称为精基准。②测量基准工件在测量、检验时所使用的基准称为测量基准。③工序基准在工序简图上用来确定本工序加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。如图12-2所示图12-1b所示④装配基准装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准称为装配基准。例如，图12-1b如图12-2所示为车削加工图12-1b所示钻套零件时的工序图，A面即是B、C面的工序基准。二、定位基准的选择（略）1．当零件上有一些表面不需要进行机械加工，且不加工表面与加工表面之间具有一定的相互位置精度要求时，应以不加工表面中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12-3所示零件，如图12-4所示的箱体零件如图12-3所示零件，内孔和端面需要加工，外圆表面不需要加工。铸造时内孔B与外圆A之间有偏心。为了保证加工后零件的壁厚均匀(内外圆表面的同轴度较好)，应以不加工表面外圆A作为粗基准加工孔B(例如采用三爪卡盘夹持外圆A)。如图12-4所示的箱体零件，箱体内壁A面与B面均为不加工表面。为了防止位于孔Ⅱ中心线上齿轮的外圆装配时与箱体内壁A面相碰，设计时已考虑留有间隙Δ，并由加工尺寸a、b予以保证（图12-5a），注意1(1)使零件上有些表面之间的壁厚均匀性不致于太差，以保证其具有足够的结构强度。(2)在产品中使有关零件的有关表面之间具有足够大的间隙，以保证在产品的装配和工作时，不致于发生相互碰撞。(3)使一批零件加工完毕后，在其加工精度达到要求的同时，各个零件的重量差亦不超过一定的范围。注意2当毛坯制造精度较高时，可以考虑不遵守上述以不加工表面作为粗基准的原则。2．当零件上有较多的表面需要加工时，粗基准的选择，应有利于各加工表面均能获得合理的加工余量。为此，应遵循以下原则：（1）为使各加工表面都能得到足够的加工余量，应选择毛坯上加工余量最小的表面作为粗基准。如图12-6所示（2）为保证某重要加工表面的加工余量小而均匀，应以该重要加工表面作为粗基准。如图12-7所示当零件上有多个重要加工表面时，应选择加工余量要求最严格的那个表面作为粗基准。（3）粗基准的选择，应尽可能使加工表面的金属切除量总和最小。以图12-7为例如图12-6所示的阶梯轴，应选Φ55mm外圆为粗基准，如果选Φ108mm外圆为粗基准加工Φ55mm外圆表面，当两外圆有3mm的偏心时，则加工后的Φ50mm外圆表面的一侧可能会因余量不足而残留部分毛坯表面，从而使工件报废。如图12-7所示的机床床身零件，要求导轨面应有较好的耐磨性，以保持其导向精度。由于铸造时的浇注位置（床身导轨面朝下）决定了导轨面处的金属组织均匀而致密，在机械加工中，为保留这样良好的金属组织，应使导轨面上的加工余量尽量小而均匀3．粗基准应尽量避免重复使用，通常在同一尺寸方向上(即同一自由度方向上)只允许使用一次。如图12-8所示，4．当以粗基准定位加工一些表面时，在加工出来的表面中，应有一些表面便于作为后续加工的精基准。由于粗基准应尽量避免重复使用，如果在后续的加工中，没有合适的精基准，则只能再选另外一些粗基准继续加工其它表面，这常常也是不合理的，而应以加工出来的表面作为精基准继续加工。因此，以粗基准定位加工出来的表面中，应有一些表面能便于作为后续加工的精基准，这样才能保证后续加工的顺利进行和加工精度的不断提高。如图12-8所示，工件以表面B为粗基准加工表面A之后，如果仍以表面B为粗基准加工表面C，由于不能保证工件轴心线在前后两次装夹中位置的一致性，就必然导致加工出来的表面A与C之间产生较大的同轴度误差。在处理上述由粗基准向精基准过渡的问题时，在下列情况下可以例外：●当毛坯质量很高，而加工表面之间的位置精度要求较低时，可以重复使用同一组毛坯表面作为粗基准。●在后续工序中，当主要的定位基准已经是精基准，为了保证本工序的加工表面与某一不加工表面的相互位置精度时，仍可用此不加工表面作为次要的定位基准。●当工件上影响加工表面位置精度的基准已经是精基准，对于那些仅为了工件装夹方便等原因所选用的粗基准（对加工精度无影响），可以在加工过程中反复使用。5．应尽量选择没有飞边、浇口、冒口或其它缺陷的平整表面作粗基准，使工件定位准确稳定，夹紧可靠。（二）精基准的选择当以粗基准定位加工出了一些表面之后，在后续的加工中，就应以精基准作为主要的定位基准。选择精基准时，主要考虑的问题是如何便于保证加工精度和装夹方便、可靠。精基准的选择，一般应遵循以下原则。1．基准重合原则直接选用加工表面的设计基准（或工序基准）作为定位基准，称为基准重合原则。按照基准重合原则选用定位基准，便于保证加工精度，否则会产生基准不重合误差，影响加工精度。如图12-9\12-10所示，如图12-9所示的零件，表面A、B及底面D已经加工，现加工表面C。当加工表面C的设计基准为表面B（如图12-10所示），如果仍以表面A为定位基准，就违背了基准重合原则，会产生基准不重合误差。从图中可以明显看出，加工表面C相对设计基准B的位置精度不仅受到本工序加工误差的影响，而且还会受到由于基准不重合所带来的设计基准（B面）相对定位基准（A面）之间的位置误差的影响。2．基准统一原则当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地对其余多个表面进行加工时，应尽早地在工艺过程的开始阶段就把这组精基准加工出来，并达到一定的精度，在以后各道工序（或多道工序）中都以其作为定位基准，就称为基准统一原则。采用基准统一原则的主要优点是：(1)多数表面采用同一组基准定位加工，避免了基准转换所带来的误差，有利于保证这些表面间的位置精度。(2)由于多数工序采用的定位基准相同，因而所采用的定位方式和夹紧方法也就相同或相近，有利于使各工序所用夹具基本上统一，从而减少了夹具设计和制造所需的时间和费用，简化了生产准备工作。(3)为在一次装夹下有可能加工出更多的表面提供了有利条件。因而有利于减少零件加工过程中的工序数量，简化了工艺规程的制订。由于工件在加工过程中装夹次数减少，不仅减少了多次装夹所带来的装夹误差和装卸工件的辅助时间，并且为采用高效率的专用设备和工艺装备创造了条件。3．互为基准、反复加工原则当工件上存在两个相互位置精度有要求的表面，可以认为它们彼此之间是互为基准的。如果这些表面本身的加工精度和其间的相互位置精度都有很高的要求，且均适宜作为定位基准时，则可采用互为定位基准的办法来进行反复加工。即先以其中一个表面为基准加工另一个表面，然后再以加工过的表面为定位基准加工刚才的基准面，如此反复进行几轮加工，就称为互为基准、反复加工原则。这种加工方案不仅符合基准重合原则，而且在反复加工的过程中，基准面的精度愈来愈高，加工余量亦逐步趋于小而均匀，因而最终可获得很高的相互位置精度。4．自为基准原则选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。有些精加工和光整加工工序要求加工余量必须小而均匀时，经常采用这一原则。如图12-7所示的机床床身零件在最后精磨床身导轨面时，经常在磨头上装上百分表，工件置于可调支承上，以导轨面本身为基准进行找正定位，保证导轨面与磨床工作台平行后，再进行磨削加工来保证磨削余量的小而均匀，以利于提高导轨面的加工质量和磨削生产率。有的加工方法，如浮动铰孔、拉孔、珩磨孔以及攻丝等，只有在加工余量均匀一致的情况下，才能保证刀具的正常工作。一般常采用刀具与工件相对浮动的方式来确定刀具与加工表面之间的正确位置。这些都是以加工表面本身作为定位基准的实例。按自为基准原则加工时，只能提高加工表面本身的尺寸精度和形状精度，而不能提高其位置精度。加工表面与其它表面之间的位置精度，需由前面的有关工序来保证，或在后续工序中保证。（三）辅助基准的应用为了满足工艺上的需要，在工件上专门设计的定位基准称为辅助基准。在机械加工时，一般均优先选择零件上的重要工作表面作为定位基准。但有时会遇到一些零件，这些重要的工作表面不适宜选作定位基准。这时为了定位的需要，将零件上的一些本来不需加工的表面或加工精度要求较低的表面（如非配合表面），按较高的精度加工出来，用作定位基准。例如轴类零件两端面上的顶尖孔，除了在加工时作为定位基准外，在零件的工作中不起任何作用，它是专为定位的需要而加工出来的。又如箱体类零件的加工中，常采用一面两孔定位，这两个孔的精度在设计上往往要求不高或在零件的使用上根本就不需要这两个孔，但却以较高的精度加工出来作为定位基准。