摘要:工件在夹具中的定位实际上是以工件上的某些基准面与夹具上定位元件保持接触的,从而限制工件的自由度。选择工件上,哪些面与夹具的定位元件相接触,这就是定位基准的选择问题。定位基准分粗基准和精基准,起始工序中,选择未经加工过的毛坯表面作为定位基准,则这个毛坯面称为粗基准;之后,用加工过的表面进行定位,这个加工过的表面称为精基准。
关键词:定位基准 粗基准 精基准
中图分类号:G718 文献标识码: C文章编号:1672-1578(2010)06-0182-02
1基准分类
定位基准的选择在工艺上是一个十分重要的问题,它不仅影响零件表面间的位置尺寸和位置精度,而且还影响整个工艺过程的安排和夹具的结构,必须十分重视。
基准的广义含义就是“依据”的意思。机械制造中所说的基准是指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。根据作用和应用场合的不同,基准可分为设计基准和工艺基准两大类。
设计基准是指设计图样上所采用的基准。如轴、孔的中心线、对称零件的中心平面常作为设计基准。工艺基准是指在工艺过程中采用的基准,有定位基准、测量基准和装配基准等。在选择各类工艺基准时,首先要选择定位基准中的粗基准。
2粗基准选择原则
零件开始加工时,所有的面均未加工,只能以毛坯面作定位基准,这种以毛坯面为定位基准的,称为粗基准。选择粗基准时,主要考虑两个问题:一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求;二是合理分配各加工面的加工余量。
2.1选择不需要加工的表面作为粗基准
如果工件上有一个不需要加工的重要表面,则考虑选择这个不需要加工的表面作为粗基准,这样可以保证工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置和尺寸要求。如图一a,选择不加工的那个外圆表面为粗基准。
如果工件上有好几个不需要加工的表面,则粗基准选择其中有位置精度要求(或位置精度较高)的那个不加工表面为粗基准。如图一b。该零件有三个不加工表面,若要求表面4与表
面2所组成的壁厚均匀,则应选择不加工表面2作为粗基准来加工台阶孔。
如果工件上每个表面都要加工,则应以余量最小的表面作为粗基准,以保证各加工表面有足够余量。如图一c所示的阶梯轴,应选择φ 55mm 外圆表面作为粗基准,因其加工余量较小。如果选择φ108mm的外圆表面为粗基准加工φ55mm表面,当两个外圆表面的偏心为3mm时,则加工后的φ50mm的外圆表面,因一侧加工余量不足会出现部分毛面,使工件报废。
图一 粗基准的选择
2.2选取加工余量,要求以均匀的重要表面作为粗基准
选取加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准可以保证该重要加工表面余量均匀,为后续工序的加工作准备。
如图二机床床身的加工。机床床身导轨面是最重要的表面,要求硬度高而均匀。铸造毛坯时,导轨面需向下放置,使导轨表面层的金相组织细密均匀,没有气孔、夹砂等缺陷。加工时,希望只切出一层较薄的金属层,使表面层保留细密均匀的金组织和均匀一致的物理力学性能,所以先以导轨面为粗基准,加工床腿平面,再以床腿平面为基准加工导轨面。
图二 床身加工精基准选择
2.3粗基准只能使用一次
由于粗基准是起始加工工序中选择的未加工表面进行定位的,定位精度低,所以同一方向上,粗基准只允许使用一次,以免定位误差太大。如图3-37所示的小轴加工,如重复使用B面作为粗基准加工A面、C面,则A面和C面的轴线将产生较大的同轴度误差。
图三 重复使用粗基准示例
另外,用作粗基准的表面尽可能光洁、平整、有足够的面积,以减少定位误差,使工件装夹稳定。接下来的加工工序中,则是考虑精基准的选择了。
3精基准选择
在加工工序中,采用已加工的表面作为定位基准,称为精基准。精基准的选择主要从保证零件加工精度出发,同时考虑装夹方便、夹具结构简单。一般考虑以下原则:
3.1基准重合原则
以设计基准作为精基准,称为基准重合原则。基准重合原则可以避免因基准不重合引起的误差,特别是对于零件的最后精加工工序,更应遵循这一原则。常见的是机床主轴锥孔的最后精磨加工工序,应选择支承轴颈来定位。
3.2基准统一原则
选择统一的定位基准加工工件上的各个加工表面,避免基准转换带来的误差,称为基准统一原则。采用统一基准原则加工工件各表面,有利于保证各表面的相互位置要求,而且还能简化夹具设计和制造,缩短生产准备周期。
典型的基准统一原则是轴类零件、盘类零件和箱体零件的加工。轴的精基准通常是两端的中心孔;齿轮是典型的盘类零件,精基准通常是中心孔及一个端面;箱体零件一般以一个平面及平面上的两个定位工艺孔为精基准。这些都是基准统一的实例。
3.3自为基准原则
选择加工表面本身作为精基准进行定位,称为自为基准原则。通常这样的加工表面精加工要求余量小而均匀。
自为基准可提高加工面本身的精度和表面质量。如图四所示。在导轨磨床上磨削床身导轨,安装后用百分表找正工件导轨表面本身,床脚仅起支承作用。
图四 机床导轨面自为基准示例
3.4 互为基准原则
以零件上重要表面互为基准反复进行加工,称为互为基准原则。互为基准原则主要用于精密零件的加工,提高重要表面间的相互位置精度。
例如精密齿轮,在齿圈高频淬火后,淬火变形可能造成齿圈对内孔不同轴误差。若直接以内孔定位进行磨齿,齿面磨削余量不均匀,淬硬层又较薄,可能将某处的淬硬层全部磨去或有些地方磨不出,从而影响质量;要使磨削余量小而均匀,应先以齿圈为基准磨内孔,再以内孔为基准磨齿圈,齿圈与内孔互为基准,反复加工。
4辅助基准
实际生产中,有时工件上找不到合适的表面作为定位基准,为了便于安装、定位稳定,或易于实现基准统一,可以在工件上人为地造成一种定位基准,如工艺凸台、中心孔等,这种定位基准称为辅助基准。
如图五所示,当以C面定位加工A面时,零件上为满足工艺的需要而在其上增设工艺凸台B,就是便于装夹的辅助基准。
辅助基准在零件的加工中不起作用,只是为了加工的需要而设置的。在零件全部加工后,一般将其切除。
图五 辅助基准示例
5结语
在零件的加工工艺中,不管是起始程序中使用的粗基准,还是之后工序中使用的精基准,都应保证定位基准的稳定性和可靠性;尽可能从相互间有直接位置要求的表面中选择定位基准,减小因基准不重合引起的误差;同时兼顾使定位基准的夹具结构简单,工件装卸和夹紧方便。
其实在对零件加工工艺过程设计时,应当是先根据零件图选择精基准、后选择粗基准,再结合整个工艺过程进行统一考虑,先行的工序要为后续工序创造条件。在上述粗、精基准的选择原则中,常常是不能全部满足的,实际应用时往往会出现相互矛盾的情况,要求综合考虑,分清主次,着重解决主要矛盾。
参考文献:
[1]机械基础[M].北京:机械工业出版社,1999,3
[2]机械制造工艺基础[M].北京:中国劳动保障出版社,2000.11