淺談機(jī)械制造加工中的基準(zhǔn)

駱昌利

摘要：機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造過程中經(jīng)常遇到基準(zhǔn)問題，這是必須考慮并解決的問題。任何零件都是由一些簡單而具有一定形狀、位置和尺寸等要求的表面組成的。零件上各表面都有一定的位置和尺寸要求，在零件設(shè)計和加工中，應(yīng)以某些表面為依據(jù)來設(shè)計和加工其他表面，弄清面與面之間的這種相互依賴的關(guān)系，正確地分析和選擇基準(zhǔn)是進(jìn)行設(shè)計和加工的必要前提。

關(guān)鍵詞：設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)

基準(zhǔn)分類

機(jī)械制造中所說的基準(zhǔn)是指用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素間的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點、線、面。根據(jù)作用和應(yīng)用場合不同，基準(zhǔn)可分為設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。

1.設(shè)計基準(zhǔn)

設(shè)計基準(zhǔn)是設(shè)計工作圖上所采用的基準(zhǔn)，它是零件圖上用以確定零件上某些點、線、面位置。如軸、孔的中心線、對稱零件的中心平面常作為設(shè)計基準(zhǔn)。

零件都是有很多表面組成的，各個表面之間對尺寸和相互位置有著要求。研究零件表面間的相對位置關(guān)系離不開基準(zhǔn)，不明確基準(zhǔn)就無法確定零件表面的位置。

2.工藝基準(zhǔn)

工藝基準(zhǔn)則是零件加工與裝配過程中所采用的基準(zhǔn)。然而作為基準(zhǔn)的點、線、面有時并不一定具體存在（如孔和外圓的中心線，兩平面的對稱中心面等），往往通過具體的表面來體現(xiàn)，用以體現(xiàn)基準(zhǔn)的表面稱為基面。

工藝基準(zhǔn)按用途不同分為定位基準(zhǔn)，測量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)。

2.1.定位基準(zhǔn)

加工時使工件在機(jī)床或夾具中占據(jù)正確位置所用的基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn)，用于限制工件的自由度。如：用直接找正法裝夾工件，找正面就是定位基準(zhǔn);用劃線法找正裝夾，所劃線為定位基準(zhǔn)等。

定位基準(zhǔn)的選擇原則：盡量選擇在零件上的設(shè)計基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)。簡要概括為：基準(zhǔn)重合原則、基準(zhǔn)統(tǒng)一原則、自為基準(zhǔn)原則、互為基準(zhǔn)原則以及保證工件定位準(zhǔn)確、夾緊可靠、操作方便的原則。選擇工件上，哪些面與夾具的定位元件相接觸，這就是定位基準(zhǔn)的選擇問題。

在實際生產(chǎn)中，每一個零件的結(jié)構(gòu)都可能是千差萬別的，這也大大增加了加工的難度。但如果仔細(xì)觀察的話可以發(fā)現(xiàn)，零件的基本幾何構(gòu)成不外乎就外圓、內(nèi)孔、平面、螺紋、齒面、曲面等幾種，所以只要掌握好這些形狀的加工，零件加工的難度也能得到大幅度的降低。

在零件加工過程中，定位基準(zhǔn)的選擇合理與否決定了零件質(zhì)量的好壞，而且對能否保證零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及對零件各表面間的加工順序安排都有很大影響。若是當(dāng)用夾具安裝工件時，定位基準(zhǔn)的選擇還會影響到夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。因此，定位基準(zhǔn)的選擇是零件加工中一個很重要的工藝問題。

定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn);在最初工序中，只能選擇以未加工的毛坯面作為定位基準(zhǔn)，稱為粗基準(zhǔn)。選擇粗基準(zhǔn)時，為保證加工面與不加工面的位置尺寸精度，主要考慮如何保證各個加工面都能分配到合理的加工余量，為給后續(xù)工序提供可靠的精基準(zhǔn)，要特別注意要盡快獲得精基準(zhǔn)面。

粗基準(zhǔn)的選擇原則：

a.如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求，則應(yīng)以不加工表面為粗基準(zhǔn)。

b.如果工件必須首先保證某重要表面的加工余量均勻，則應(yīng)選擇該表面為粗基準(zhǔn)。所謂重要表面一般是如：床身的導(dǎo)軌面、車床主軸箱主軸孔，都是各自重要表面。如機(jī)床主軸箱箱體的加工，通常是以主軸孔為粗基準(zhǔn)先加工底面或頂面，再以加工好的平面為精基準(zhǔn)加工主軸孔或其他孔系，可以使精度要求高的主軸孔獲得均勻的加工余量。加工床身時，應(yīng)以導(dǎo)軌面為粗基準(zhǔn)。

c.零件上有較多加工面時，為使各加工表面都得到足夠的加工余量，應(yīng)選擇毛坯上加工余量最小的表面為粗基準(zhǔn)。

d.選擇粗基準(zhǔn)的表面，應(yīng)盡可能平整和光潔、不能有飛邊、堯口、冒口及其它缺陷，以便定位準(zhǔn)確、可靠。

e.粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，在同一尺寸方向通常只允許使用一次，否則會造成較大的定位誤差。

精基準(zhǔn)：用已加工過的表面為定位基準(zhǔn)，稱為精基準(zhǔn)。

為保證工件的加工精度，重點考慮是如何減少工件的定位偏差，同時也要考慮工件裝卸方便、夾具結(jié)構(gòu)簡單，選擇精基準(zhǔn)時，一般應(yīng)遵循以下原則：

a.基準(zhǔn)重合原則：為了較容易地獲得加工表面對其設(shè)計基準(zhǔn)的相對位置精度要求，應(yīng)選擇加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)為其定位基準(zhǔn)。這一原則稱為基準(zhǔn)重合原則。如果加工表面的設(shè)計基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合，則會增大定位誤差。

因此為了避免定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)不重口而引起的基準(zhǔn)不重合偏差，盡量選用設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，如機(jī)床主軸錐孔最后精磨的加工工序，應(yīng)選擇支承軸頸來定位。特別是對于零件的最后加工工序，更應(yīng)遵循這一原則。

b.基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：當(dāng)工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以比較方便地加工其它表面時，應(yīng)盡可能在多數(shù)工序中采用此組精基準(zhǔn)定位，保證各加工表面之間的相對位置關(guān)系，這就是“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則?；鶞?zhǔn)統(tǒng)一可較好的保證各個加工面的位置精度，同時各工序所用夾具定位方式統(tǒng)一，夾具結(jié)構(gòu)相似，為便于保證各表面的相互位置要求，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)，可減少夾具的設(shè)計、制造工作量和成本。例如軸類零件大多數(shù)工序都以中心孔為定位基準(zhǔn);齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪內(nèi)孔及端面為定位基準(zhǔn);加工階梯軸類零件時，箱體零件采用一面兩孔定位，大多采用兩中心孔定位加工各外圓表面都屬于基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。

c.互為基準(zhǔn)原則：當(dāng)工件上兩個加工表面之間的位置精度要求比較高時，為提高重要表面間的相互位置精度，可以采用兩個加工表面互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的方法，稱為互為基準(zhǔn)原則。例如加工精密齒輪時，先以內(nèi)孔定位加工齒形面，齒面淬硬后需進(jìn)行磨齒。因齒面淬硬層較薄，所以要求磨削余量小而均勻。此時可用齒面為定位基準(zhǔn)磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)磨齒面，從而保證齒面的磨削余量均勻，且與齒面的相互位置精度又較易得到保證。

又如加工精度和同軸度要求高的套筒類零件，精加工時，一般先以外圓定位磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位磨外圓。

d.自為基準(zhǔn)原則：一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均勻，常以加工表面自身為精基準(zhǔn)。自為基準(zhǔn)可提高加工面本身的精度和表面質(zhì)量。例如珩磨孔、無心磨磨外圓等都是自為基準(zhǔn)的實例;磨削床身導(dǎo)軌面時，就以床身導(dǎo)軌面作為定位基準(zhǔn)。

e.便于裝夾原則：所選擇的精基準(zhǔn)，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、可靠、夾緊機(jī)構(gòu)簡單，操作方便。

f.輔助基準(zhǔn)。在生產(chǎn)中，為了便于安裝、定位穩(wěn)定，可以在工件上人為制造一種定位基準(zhǔn)，輔助基準(zhǔn)在零件的工件中不起作用，僅僅在加工中起定位作用。如：中心孔，這種定位基準(zhǔn)稱為輔助基準(zhǔn)。

2.2測量基準(zhǔn)

零件檢驗時，用以測量已加工表面尺寸及位置的基準(zhǔn)稱為測量基準(zhǔn)。測量基準(zhǔn)的選擇應(yīng)注意以下幾點：

a.盡可能采用設(shè)計基準(zhǔn)或裝配基準(zhǔn)作為測量基準(zhǔn);

b.盡可能使定位基準(zhǔn)與測量基準(zhǔn)重合;

c.選擇精度高，安裝穩(wěn)定可靠的表面作為測量基準(zhǔn)。

2.3裝配基準(zhǔn)

裝配時用以確定零件在部件或產(chǎn)品中位置的基準(zhǔn)稱為裝配基準(zhǔn)。

2.4工序基準(zhǔn)

工序基準(zhǔn)除采用工件上實際表面或表面上的線以外，還可以是工件表面的幾何中心、對稱面或?qū)ΨQ線等。工序圖上用來標(biāo)注本工序加工中的尺寸和形位公差，這樣一種尺度被稱作工序基準(zhǔn)。工序基準(zhǔn)大多與設(shè)計基準(zhǔn)重合，有時為了加工方便，也有與設(shè)計基準(zhǔn)不重合而與定位基準(zhǔn)重合的。

與設(shè)計基準(zhǔn)不同的是，工序基準(zhǔn)是由工藝技術(shù)人員從保證零件的設(shè)計要求出發(fā)，為滿足加工工藝需要（如用以定位或用以測量檢驗）而選定的。

3.結(jié)束語

在上述論述基準(zhǔn)的選擇原則中，要求綜合考慮、權(quán)衡利弊，保證其主要的要求，實際應(yīng)用時可能會出現(xiàn)相互矛盾的情況，常常不能全部滿足的，我們要盡量避免不足的方面，綜合考慮，分清主次，著重解決主要矛盾，為工作進(jìn)程提供相應(yīng)的準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 曹文杰機(jī)械加工工藝基礎(chǔ).天津大學(xué)出版社

[2]? 蘇丹 數(shù)控切削加工領(lǐng)域的數(shù)字化測量技術(shù)與分析2012，34（13）

[3]? 濮良貴《機(jī)械設(shè)計》（第9版）

（作者單位：合肥同智機(jī)電控制技術(shù)有限公司）