工件用平面作为定位基准

19.1.1 生产纲领与生产类型

1.生产纲领

生产纲领是指企业在计划期内生产的产品产量。计划期通常定为1年，机器制造中零件的生产纲领除了机器所需的数量以外，还要包括一定的备品和废品，计算公式为

N=Qn（1+a）（1+b） 　（19－1）

式中：N—零件的年生产纲领，件／年；

Q—产品的年生产纲领，台／年；

n—每台产品中该零件的数量，件／台；

a—该零件的备品率，％；

b—该零件的废品率，％；

2.生产类型

机械制造生产一般可分为三种不同类型，即单件生产，成批生产（小批、中批、大批）和大量生产。生产类型的划分见表19－1，不同机械产品的零件质量型别见表19－2，工艺特征见表19－3。

表19－1 生产类型的划分

表19－2 不同机械产品的零件质量型别 单位：kg

表19－3 各种生产类型的特征

19.1.2 生产过程和工艺过程

（1）生产过程。在进行机器制造时，将原材料（或半成品）转变为成品的各有关劳动过程的总和称为生产过程。它包括生产准备、毛坯制造、零件的切削加工及热处理、产品装配、质量检验及调试、油漆、包装、运输、储藏等。

（2）工艺过程。所谓“工艺”，就是制造产品的方法。机械加工工艺过程指的是用机械（切削或磨削）的方法，直接改变毛坯或半成品的形状、尺寸、表面之间相对位置和性质等，使其成为成品零件的过程。机械产品的工艺过程可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀、装配等工艺过程，它是生产过程中的主要部分。

工艺过程的有关内容，在生产中需用工艺文件的形式固定下来，即规定出产品或零部件制造的工艺过程和操作方法。这些工艺文件称为工艺规程，是指导生产的主要技术文件，是进行生产准备、计划、调度、配备设备及人员、制订定额、核算成本的依据，即组织和管理生产的依据。

19.1.3 机械加工工艺过程的组成

机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。每个工序又可分为一个或若干个安装、工位、工步或走刀。

（1）工序。工序是指一个（或一组）工人，在一个固定的工作地点对一个（或一组）工件从加工开始直到加工下一个工件之前所连续完成的那部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地点（或机床）是否变动和加工是否连续。工序是工艺过程的基本组成部分，是安排生产计划的基本单元，毛坯依次通过若干个工序的加工而变为零件。如图19－1所示为台阶轴，当加工数量较少时，其工序划分按表19－4进行；当加工数量较大时，其工序划分按表19－5进行。

图19－1 台阶轴

表19－4 单件小批量生产的工艺过程

表19－5 大批量生产的工艺过程

从以上加工轴的工序安排可以看出，同一零部件生产数量不同，其加工工艺是不同的，在大批量生产过程中，为了提高生产率，保证批量生产的质量，降低产品时对工人操作技能的要求，常可以把工件加工工序安排得细一些。在质量关键的工序上，配置较好的设备和技术工人，就能保证正常生产。

（2）工步。工步是指在工件的加工表面，切削刀具和切削用量中的转速和进给量均保持不变时，所连续完成的那部分工艺过程。一个工序可以只有一个工步，也可以包括几个工步。表19－4中的工序1，车端面及钻中心孔有多个工步。表19－5中的工序4只有一个工步。

图19－2 工步示意图

如图19－2所示的零件加工过程如下：车外圆1，车端面2，倒角3，切槽4。每一项加工内容为一个工步，共分四个工步。

（3）走刀。走刀是指在一个工步内，如果被加工表面需切去的金属层很厚，一次切削无法完成，则应分几次切削，那么刀具对工件同一表面每切削一次，就是一次走刀。

（4）安装。在进行机械加工时，必须把工件放在机床或夹具上，使其占有一个正确的位置（即为定位），然后为了使其在加工过程中始终保持正确的位置，不因外力（重力、惯性力和切削力等）而改变，还需要把它压紧夹牢（即为夹紧），工件从定位到夹紧的整个过程称为安装。安装的正确与否，直接影响加工精度。安装的方法与迅速程度又影响加工辅助时间的长短，从而影响加工的生产率，因此，工件在加工中，应尽量减少安装次数。

（5）工位。在批量生产中，为了提高劳动生产率，减少安装次数、时间，常采用回转夹具、回转工作台或其他移位夹具，使工件在一次安装中先后处于不同的位置对其进行加工。工件在机床上所占据的每一个待加工位置称为工位。如图19－3所示为利用回转工作台或转位夹具，在一次安装中顺利完成装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔4个工位加工。

图19－3 多工位加工

工位1—装卸工件；工位2—钻孔；工位3—扩孔；工位4—铰孔

19.1.4 工件安装的定位方法

1.工件的定位原理

一个不受任何约束的物体，在空间直角坐标系中均有6个自由度，即沿3个互相垂直坐标轴的移动（用—— 表示）和绕3个互相垂直坐标轴的转动（用、、表示），如图19－4所示。要使工件在机床或夹具中占有正确的位置，就必须限制6个自由度。

（1）六点定则。工件在夹具中定位时，用适当分布的6个支承点来限制6个自由度，从而确定工件位置，这种定位方法称为工件的六点定则。如图19－5所示为在夹具的3个互相垂直的平面内，布置了6个支承点，其中XOY平面上的三个支承点限制了和—3个自由度；XOZ平面上的2个支承点，限制了工件和—2个自由度；YOZ平面上1个支承点，限制了工件——最后1个自由度。

图19－4 物体的六个自由度

图19－5 平行六面体的六点定位

图19－6 完全定位

（2）完全定位、不完全定位与过定位。工件在夹具中定位时，采用限制工件6个自由度的方法，称为完全定位。如图19－6所示，在铣床上铣削一批工件的沟槽时，为了保证每次安装中工件的正确位置，保证3个尺寸x、y、z，就必须限制6个自由度。

工件在夹具中定位时，不需要限制工件6个自由度的方法，称为不完全定位。如图19－7所示，在铣床上给一批工件铣台阶，需保证2个尺寸y、z，只要限制工件5个自由度，——未加限制，并不影响零件的加工精度。

工件在夹具定位时，有2个或2个以上的定位件重复（或同时）限制同一个自由度的定位，称为过定位（或超定位）。如图19－8所示，在车削光轴外圆时，若用前后顶尖和三爪自定心卡盘（卡住工件较短的一段）安装，前后顶尖已限制了5个自由度，而卡盘也限制了2个自由度，这样，在2个方向的定位点重复了，这种情况称为过定位。由于三爪自定心卡盘的夹紧力，会使顶尖或工件变形，增加了加工后的误差。

图19－7 不完全定位

图19－8 过定位

2.工件的基准

在零件和部件的设计、制造和装配过程中，必须根据一些指定的点、线或面，来确定其他点、线或面的位置，这些作为根据的点、线或面称为基准。按照作用的不同，基准可分为设计基准和工艺基准两类。

（1）设计基准。设计基准是零件设计图纸上标注尺寸所根据的点、线或面。如图19－9所示，齿轮的内孔、外圆和分度圆的设计基准是齿轮的轴线，轴向设计基准是端面A。

图19－9 齿轮

（2）工艺基准。工艺基准是制造零件和装配机器的过程中所使用的基准。按其用途的不同，可分为定位基准、测量基准和装配基准。

①定位基准。定位基准是工件在机床或夹具中定位时所用的基准。如图19－9中的齿轮，在切齿时，孔和端面就是定位基准。

②测量基准。测量工件尺寸和表面相对位置时所依据的点、线或面。如图19－9所示齿轮，在测量齿轮径向跳动时，其孔是测量基准。

③装配基准。装置基准是用来确定零件或部件在机器中的位置所用的基准。如19－9所示齿轮，在装配时，仍是以齿轮孔作为装配基准。

3.定位基准的选择

合理地选择定位基准，对保证加工精度、安排加工顺序和提高加工生产率有着十分重要的影响。从定位基准作用来看，它主要是为了保证加工表面之间的相互位置精度。因此，在选择定位基准时，应该从有位置精度要求的表面中进行选择。

定位基准有粗基准和精基准之分。用没有经过加工的表面做定位基准称为粗基准，如毛坯加工时，第一道工序只能用毛坯表面定位，这种基准即为粗基准。用已加工表面做定位基准则称为精基准。

（1）粗基准的选择。选作粗基准的表面，应该保证零件上所有加工表面都有足够的加工余量，不加工表面对加工表面都具有一定的位置精度。在选择粗基准时应该考虑如下几点。

①取工件上的不加工表面作粗基准，如图19－10所示，是以不需要加工的外圆表面作为粗基准，这样，可以保证各加工表面与外圆表面有较高的同轴度和垂直度。若几个表面均不需加工，则应选择其中与加工表面间相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。

图19－10 不加工表面作粗基准

图19－11 床身导轨面作粗基准

②取工件上加工余量和公差最小的表面作粗基准，当工件的每个表面均需加工时，如图19－11所示，机床床身的加工，由于床身的导轨面耐磨性要好，希望在加工时只切去较薄而均匀的一层金属，使其表面层保留均匀的金相组织，有较好的耐磨性和较高的硬度，因此，应首先选择导轨面作为粗基准，加工床腿底平面，如图19－11（a）所示。然后，以床腿的底平面为精基准，再加工导轨面，如图19－11（b）所示。

③选择粗基准的表面应尽可能平整、光洁、不应有飞边、浇口、冒口或其他缺陷，要有足够大的表面，使定位稳定、夹紧可靠。

④应尽量避免重复使用。因为粗基准的表面精度很低，不能保证每次安装中位置一致，对于相互位置精度要求较高的表面，常常容易造成位置超差使零件报废，因此，粗基准一般只能使用一次，以后则应以加工过的表面作定位基准。

（2）精基准的选择。选择精基准时，应保证工件的加工精度和装夹方便可靠，主要考虑以下几点。

①尽可能选用设计基准为定位基准（基准重合原则），这样可以避免因定位基准与设计基准不重合而引起的误差。如图19－12（a）所示，尺寸A和B的设计基准是表面1，表面1和3都是已加工表面。图19－12（b）是给一批工件加工表面2，保证尺寸B。现以表面1作定位基准加工表面2，则定位基准与设计基准重合，避免了基准不重合误差。此时，尺寸B的误差只与本身的加工误差有关，该误差只需控制在尺寸B的公差以内即可保证加工精度，但这样的定位和夹紧方法，既不可靠，也不方便。实际上，不得不采用如图19－12（c）所示的定位和夹紧方法，这样装夹方便可靠，但定位和设计基准不重合，尺寸B的误差除了本身的加工误差外，还包括尺寸A的误差（即基准不重合误差，其最大值等于尺寸A的公差）。

图19－12 定位基准选择与基准不重合误差的关系

②加工相互位置精度要求较高的某些表面时，应尽可能选用同一个精基准（即基准统一原则），这样，就可以保证各表面之间具有较高的位置精度。

③应选精度较高、安装稳定可靠的表面作精基准，而且所选的基准，应使夹具结构简单，安装和加工工件方便。

在实际工作中，精基准的选择不一定能完全符合上述原则，因此，应根据具体情况进行分析，选出最有利的定位基准。