基准及其选择

1.6　基准及其选择

1.6.1　基准的概念

用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。在制订工艺规程时，必须正确地选择定位基准。在加工过程中，所选择作为定位基准的那些点、线、面，直接影响到零件的尺寸精度和相互位置精度。

1.6.2　基准的分类

1）设计基准

设计基准是设计图样上所采用的基准。如图1.11所示，车床主轴箱的顶面R、孔Ⅲ、孔Ⅳ垂直方向的设计基准是底面M；底部侧面N是孔Ⅲ、孔Ⅳ水平方向的设计基准；孔Ⅲ和孔Ⅳ的轴心线均为孔Ⅱ的设计基准。设计基准是由该零件在产品结构中的功用来决定的。

图1.11　箱体零件简图

图1.12　箱体以顶面定位镗孔

1—箱体　2—设计基准　3—镗杆支承　4—镗模　5—定位基准

2）工艺基准

工艺基准是零件在工艺过程中所采用的基准，按用途不同又分为定位基准、测量基准和装配基准。

（1）定位基准

定位基准是零件在加工中用作定位的基准。图1.12所示为车床主轴箱箱体在组合镗床上，以顶面R定位加工孔，则顶面R就是镗孔工序的定位基准。当在普通镗床上加工孔时，以底面M和侧面N定位，则M、N面就是定位基准。轴类零件以中心孔定位加工外圆、齿轮以内孔定位加工齿形时，这时的中心孔和齿轮的内孔都是定位基准。

（2）测量基准

测量基准是零件测量时所采用的基准。例如图1.13所示的用百分表测量工件的径向和端面圆跳动时，工件用两顶尖顶住中心孔定位，工件两端的中心孔即为测量基准。又如图1.14所示的用万能角度尺测量工件燕尾槽的角度，工件顶面即为测量基准。

图1.13　测量工件的径向和端面圆跳动

图1.14　测量燕尾槽角度

（3）装配基准

装配基准是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。如图1.11所示车床主轴箱箱体上的底面M和侧面N，即为主轴箱的装配基准。此外，主轴上安装轴承的轴颈、齿轮内孔等，也都是装配基准。

1.6.3　定位基准的选择

零件加工时，在最初的工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。经过加工的面所组成的定位基准称为精基准。在制订零件的机械加工工艺规程时，总是先考虑选择怎样的精基准把各个表面加工出来，然后考虑选择怎样的粗基准把精基准的各基面加工出来。

1）精基准的选择

选择精基准时，主要考虑如何减少加工误差、保证加工精度，并能使工件的装夹方便。可参照下列一些原则，综合比较分析，从而选定一种最合理的方案。

图1.15　镗箱体孔时基准的选择

（1）“基准重合”原则

应尽量选择零件的设计基准作为精基准，以便消除因基准不重合而引起的误差。仍以车床主轴箱的箱体为例，如图1.15所示，在中、小批生产中，在普通镗床上加工孔Ⅳ时，就采用M、N作为精基准，直接保证y₄。这时定位基准与设计基准重合，影响加工精度的只有与镗孔工序有关的加工误差，将此误差控制在±0.1mm的范围内就可保证规定的加工精度。

但在大批生产中，为了提高夹具的刚度，常以顶面R作为定位基准，保证尺寸y。这时定位基准与设计基准不重合，设计尺寸y₄是间接保证的，即当尺寸C与y加工好后才得到尺寸y4，所以尺寸y₄的精度取决于尺寸C与y的加工精度。影响尺寸y₄的精度除与镗孔有关的加工误差外，还与已加工尺寸y的加工误差有关。后者是定位基准与设计基准不重合而产生的定位误差。要保证设计尺寸y₄的精度，必须控制尺寸C与y的加工误差总和不超过±0.1mm，而当基准重合时，就不需考虑，故基准重合原则对于保证加工精度极为重要。但在实际加工中，有时却不易做到基准重合，就不得不采用基准不重合的定位方案。

图1.16　活塞上的止口

（2）“基准统一”原则

精基准应选择同一基准定位来加工尽可能多的表面，以便保证各加工面的相互位置精度，避免产生因基准变换所造成的误差，并可简化夹具设计制造工作。例如活塞的加工（见图1.16），通常是以止口作为统一的定位基准。这对于多品种生产和配件生产是很有利的。当改变产品时，只需更换夹具上的定位元件。配件生产中，因气缸磨损需用加大外圆直径的活塞以保证配合精度。但活塞外圆大小虽不同，止口尺寸可以不变，夹具上的定位元件不必更换。

像活塞止口这类表面，是专为用作精加工定位基准而加工的，并非零件工作表面。这种情况还有很多，例如轴类零件的中心孔、空心精密丝杠的两端闷头孔和箱体零件上专为定位加工出的定位孔等，这类孔统称工艺孔。

（3）“互为基准”原则

相对位置要求高的零件，采用互为基准反复加工的原则。例如磨削精密齿轮时，以内孔定位加工齿面，齿面经高频淬火后，先以齿面为基准磨内孔，再以内孔为基准磨齿面。这样不但可以保证齿面对于内孔的相对位置精度，而且齿面磨削时余量小而均匀，保留了齿面上很薄的淬硬层。再如精密套筒类零件磨削时，先以两端孔作为基准，装上心轴磨外圆，再以外圆作为基准，在V形夹具上精磨内孔。

（4）“自为基准”原则

在精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准。例如用浮动铰刀铰孔、用圆拉刀拉孔和无心外圆磨床磨削外圆等。在磨削机床床身导轨面时，加工余量一般不超过0.5mm，也总是以导轨面本身为基准来找正。常用的方法是装百分表来找正工件，或凭经验观察磨削火花来找正工件。

2）粗基准的选择

精基准选定之后，再选择加工这些精基准的基准面，这些基准面就是粗基准。选择粗基准时，应注意下面几个问题：

（1）选择余量小而均匀的重要表面作为粗基准

若工件必须首先保证其重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。例如图1.17所示的车床床身，导轨面是最重要的表面，其精度要求高，耐磨性要好。在铸造床身毛坯时，导轨面向下床脚在上，使导轨面先凝固，从而取得较高的表面质量。在加工时希望导轨面去除较少的余量，在表层保留均匀而致密的组织，以增加导轨的耐磨性。此外，由于加工余量均匀，加工时产生的切削力较小且均匀，不易产生振动，有利于提高导轨面的加工精度和表面质量。为此，应选择导轨面作为粗基准，加工床身底平面，再以加工过的底平面为基准加工导轨面，如图1.17（a）所示。相反，如果像图1.17（b）所示先以底平面作为粗基准加工导轨面，再以导轨面为基准加工底平面，则毛坯上下两面的平行度误差将会增大导轨面的加工余量，从而影响了导轨面的质量。

图1.17　床身加工粗基准选择的正误对比

（2）选择不需加工的表面为粗基准

选择不需加工的表面作为粗基准，就可保证加工表面与不加工表面之间有一定的相对位置精度。图1.18所示的套，要求壁厚均匀，在毛坯铸造时孔2与外圆1之间有偏心。如果外圆1是不加工表面，要求与孔2加工后达到一定的同轴度，则在加工时应选不加工面1作为粗基准（图1.18（a）），装在三爪自定心卡盘中。加工时虽余量不均匀，但加工后孔与外圆的同轴度能得到保证，壁厚保持均匀。若按图1.18（b）方案加工，选择孔2作为粗基准，加工时虽然余量较为均匀，但加工后与外圆不同轴，壁厚就不均匀。

图1.18　两种粗基准选择的对比

（3）选择平整、定位可靠的面作为粗基准

作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等，以保证定位准确，夹紧可靠。

（4）粗基准一般只能使用一次

粗基准的表面粗糙，不能保证重复装夹时的位置精度，故应尽量避免重复使用。