粗定位基准的选择原则

第二节　定位基准的选择

一、基准及其分类

基准就是零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。基准是几何要素之间位置尺寸标注、计算和测量的起点。

根据基准的应用场合和功用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准两大类。

1．设计基准

设计图样上所采用的基准称为设计基准。

设计基准是根据零件（或产品）的工作条件和性能要求而确定的。在设计图样上，以设计基准为依据，标出一定的尺寸或相互位置要求。

如图9－5所示的轴套零件，各外圆和孔的设计基准是零件的轴线，左端面I是台阶端面Ⅱ和右端面Ⅲ的设计基准，孔ΦD的轴线是外圆表面Ⅳ径向圆跳动的设计基准。

对于一个零件来说，在各个（坐标）方向往往只有一个主要的设计基准。习惯上把标注尺寸最多的点、线、面定作零件的主要设计基准。

如图9－6所示的零件，径向的主要设计基准是外圆Φ30mm的轴线，轴向的主要设计基准是端面M。

图9－5　轴套的设计基准

图9－6　主要设计基准

2．工艺基准

工艺过程中所采用的基准称为工艺基准

在机械加工中，按其用途不同，工艺基准分为工序基准、定位基准和测量基准。

（1）工序基准　在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准称为工序基准。

图9－7所示为某零件钻孔工序的工序简图，图9－7（a）和图9－7（b）分别选用端面M及N作为确定被加工孔轴线位置的工序基准。由于工序基准选择不同，工序尺寸也不同。

（2）定位基准　在加工中用做定位的基准称为定位基准。

定位基准用来确定工件在机床上或夹具中的正确位置。在使用夹具时，其定位基准就是工件与夹具定位元件相接触的点、线、面。

图9－8所示为镗削某发动机机体上轴承孔时的两种定位情形：按图9－8（a）所示方法定位时，工件的表面B－B是定位基准；按图9－8（b）所示方法定位时，工件的表面A－A是定位基准。

（3）测量基准　测量时所采用的基准称为测量基准。

测量基准是据以测量已加工表面位置的点、线、面。

图9－9所示为测量被加工平面的位置时，分别以小圆柱面的上素线A和大圆柱面的下素线B作为测量基准。选择测量基准与工序尺寸标注的方法关系密切，通常情况下测量基准与工序基准是重合的。

图9－7　工序基准和工序尺寸

图9－8　镗削发动机机体轴承孔时的定位基准

图9－9　测量基准

二、定位基准的选择

1．定位基准选择的基本原则

在各加工工序中，被加工表面位置精度的保证方法是制定工艺过程的重要任务，而定位基准的作用主要是保证工件各表面之间的相互位置精度。因此，在研究和选择各类工艺基准时，首先应选择定位基准。

定位基准选择的基本原则是：

（1）应保证定位基准的稳定性和可靠性，以确保工件表面之间相互位置的精度。

（2）力求与设计基准重合，也就是尽可能地从相互间有直接位置精度要求的表面中选择定位基准，以避免因基准不重合而引起的误差。

（3）选择的定位基准，应使设计的夹具结构简单、工件装卸和夹紧方便。

2．定位基准的分类

按照工序性质和作用不同，定位基准分为粗基准和精基准两类。

在最初的切削工序中，只能使用毛坯上未经加工的表面来定位，这种定位基准称为粗基准。粗基准也称为毛基准。

在以后的各工序中，均采用已加工表面作为定位基准表面，这种定位基准称为精基准。

3．粗基准的选择

选择粗基准，应该保证所有加工表面都有足够的加工余量，而且各加工表面对不加工表面具有一定的位置精度。

选择粗基准时，应遵循下列原则：

（1）对于不需加工全部表面的零件，应采用始终不加工的表面作为粗基准，这样可以较好地保证加工表面对不加工表面的相互位置要求，并有可能在一次安装中把大部分表面加工出来。

如图9－10所示的法兰零件，选择不需要加工的外圆表面I作为粗基准，不仅可以使加工后孔壁均匀，而且可在一个安装中将大部分需要加工的表面加工出来，并能保证加工的外圆与内孔同轴及端面与孔轴线垂直。

如果零件上有几个不需加工的表面，则应选取其中与加工表面相互位置精度要求高的不需加工表面作为粗基准。图9－11所示零件，在径向有3个不需加工的表面ΦA、ΦB、ΦC，若要求ΦB与孔Φ50mm之间的壁厚应均匀，则应在3个不加工表面中选择ΦB作为径向粗基准。

图9－10　选择不加工表面作为粗基准

图9－11　用相互位置精度要求高的不加工表面作为粗基准

（2）选取加工余量要求均匀的表面作为粗基准，在加工时可以保证该表面余量均匀。

如图9－12所示车床床身要求导轨面耐磨性好，在加工时只切除较小且均匀的一层余量，使其表面保留均匀一致的金相组织，具有较高的物理和力学性能。为此，应选择导轨面作为粗基准，加工床腿的底平面［图9－12（a）］，然后再以床腿的底平面为基准加工导轨面［图9－12（b）］。

（3）对于所有表面都需要加工的零件，应选择加工余量最小的表面作为粗基准，这样可以避免因加工余量不足而造成废品。

如图9－13所示零件毛坯，表面ΦA的余量比表面ΦB的余量大，因此，应选择外圆表面ΦB作为粗基准。

图9－12　选择加工余量要求均匀的表面作为粗基准

图9－13　选择加工余量小的表面作为粗基准

（4）选择毛坯制造中尺寸和位置可靠、稳定、平整、光洁，面积足够大的表面作为粗基准，这样可以减小定位误差和使工件装夹可靠稳定。

应该强调的是，粗基准只能使用一次，不允许重复使用。

4．精基准的选择

除了遵循上述定位基准选择的基本原则外，选择精基准时还必须遵循以下原则：

（1）基准重合原则　即尽可能选用设计基准作为定位基准，以避免因定位基准与设计基准不重合而引起的定位误差。

图9－14所示为某车床主轴箱简图，设计要求车床主轴的中心高为H1＝205±0．1mm（主轴支承孔轴线至床头箱底面M的距离），设计基准是底面M。镗削主轴支承孔时，如果以底面M作为定位基准，这时定位基准与设计基准重合，镗孔时高度尺寸H1的误差控制在±0．1mm范围内即可。由于主轴箱底面M有凸缘不平整，批量生产时，为方便定位装夹，常以顶面N作为定位基准镗孔，这时主轴支承孔轴线的高度尺寸为H。由于定位基准与设计基准不重合，主轴的中心高H1须由主轴箱高度H2和H共同保证。尺寸H1、H2和H之间的关系可通过相关的尺寸链（图9－15）用极值法确定：

图9－14　车床主轴箱工序简图

图9－15　工艺尺寸链

因为H_1max＝H_2max－H_min

H_1min＝H_2min－H_max

所以H_min＝H_2max－H_1max＝322．12－205．1＝117．02mm

H_max＝H2_min－H_1min＝322－204．9＝117．1mm

得H的尺寸及其偏差为mm。

计算结果表明：由于设计基准与定位基准不重合而产生的定位误差（即H2的误差0．12mm），使镗孔时尺寸H的允许误差必须缩小到0．08mm以下。

（2）基准统一原则　即选择同一定位基准来加工尽可能多的表面，以保证各加工表面的相互位置精度。避免产生因基准变换所引起的误差。

（3）互为基准原则　对于零件上两个相互位置精度要求较高的表面，采取互相作为定位基准、反复进行加工的方法来保证达到精度要求。

（4）自为基准原则　以被加工表面本身作为定位基准进行精加工、光整加工，可以使加工余量小而且均匀，易于获得较高的加工质量，但被加工表面的相互位置精度必须由前面工序先予以保证。浮动铰孔、珩磨内孔等均采用自为基准的原则。

（5）基准不重合误差最小条件　当实际生产中不宜选择设计基准作为定位基准时，则应选择因基准不重合而引起的误差最小的表面作为定位基准。

图9－16所示零件，括号中尺寸为已由前面工序保证，本工序镗Φ40mm＋0．030孔，孔的位置的设计基准是K面，由于K面的位置不合适，且面积又较小，不宜作为定位基准，从工件的结构分析，适合做定位基准的表面有M面和N面，这时选择用哪一个面作为定位基准，则应按基准不重合误差最小条件来判定。如果选择M面作为定位基准，所引起的基准不重合定位误差为0．2mm；如果选用N面作为定位基准，所引起的基准不重合定位误差为0．2＋0．2＝0．4mm（可通过尺寸链计算自行验证）。因此．应选择M面作为定位基准。

图9－16　基准不重合误差最小条件

5．辅助定位基准

生产实际中，有时工件上找不到合适的表面作为定位基准，为便于工件的装夹和保证获得规定的加工精度，可以在制造毛坯时或者在工件上允许的部位增设和加工出定位基准，如工艺凸台、工艺孔、中心孔等，这种定位基准称为辅助定位基准，如图9－17所示的涡轮叶片零件加工中使用的辅助定位基准——定位孔Φ。辅助定位基准在零件工作中不起作用，只是为了加工的需要而设置的。除了不影响零件正常工作而允许保留的外，辅助定位基准在零件全部加工完后，需要将其切除。

图9－17　涡轮叶片的辅助定位基准