如何选择定位基准？优化实施方案

在零件的加工过程中，各工序定位基准的选择，首先应根据工件定位时要限制的自由度个数来确定定位基面的个数，然后再根据基准选择的规律正确选择每个定位基面。

1.工件定位基面数的确定

工件定位时，究竟需要几个表面定位，要根据加工表面的位置精度要求和对工件应限制的自由度来确定。例如对于图2-9所示的支承块，为获得尺寸H，用铣刀加工顶面时，通常只选择底面这一个小表面定位即可；而加工B、C表面时，为获得尺寸b和h，并保证加工面与其基面A、F的平行度要求，则应选择A、F两个表面定位；至于两孔的钻削加工，当采用钻模加工时，为获得距离尺寸l1与l2，并保证孔的轴心线与底面垂直度要求，应选择A、F及D面三个表面定位，孔距尺寸l由钻模板上钻套间的距离精度保证。正确选择定位基面数以及各基面应限制几个自由度问题，实际工作中还涉及其他一些因素，详见《机床夹具设计》课程。工件定位所需的基面数确定之后，如何正确地去选择每一定位基面，生产中已总结出一些规律，下面顺次讨论起始工序所用的粗基准和最终工序（含中间工序）所用的精基准的选择问题。

2.粗基准的选择

在起始工序中，工件定位只能选择未经加工的毛坯表面，这种定位表面称为粗基准。粗基准选择的好坏，对以后各加工表面的加工余量的分配，以及工件上加工表面和不加工表面的相对位置均有很大影响。因此，必须十分重视粗基准的选择。粗基准选择总的要求是为后续工序提供必要的定位基面，具体选择时应考虑下列原则。

（1）对于具有不加工表面的工件，为保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。

例如图1-16所示的套类零件，外圆表面l为不加工表面，为了保证镗孔后壁厚均匀（即内外圆表面的偏心较小），应选择外圆表面l为粗基准。

又如图2-17（a）所示的箱体零件，箱体内壁A面和B面均为不加工表面。为了防止位于Ⅱ孔轴心线上齿轮的外圆装配时和箱体内壁A面相碰，设计时已考虑留有间隙（图2-17（b）），并由加工尺寸a、b予以保证。

图2-16　套的粗基准选择

图2-17　箱体零件简图

（a）箱体零件；（b）设计时留有间隙

加工如图2-17所示的箱体时，如果先选择A面为粗基准加工C面（图2-18（a）），然后以C面为精基准加工Ⅱ孔（图2-18（b）），先后分别保证加工尺寸（a和b），则间隙Δ可间接获得，保证齿轮外圆不与A面相碰。反之，如果先选择B面为粗基准加工D面，然后以D面为精基准加工C面，最后以C面定位加工Ⅱ孔，先后顺次获得加工尺寸d、c和b，则尺寸a除了因尺寸d、c的加工误差而发生变化外，还将随着毛坯内壁A、B两面间的距离尺寸的变化而变化。由于毛坯尺寸误差较大，尺寸a的误差必随之较大。当尺寸a大到使间隙Δ为负值时，则齿轮装配时必然和A面相碰。显然，后面这一加工方案的粗基准选择是不正确的。这也表明，当零件上存在若干个不加工表面时，应选择与加工表面的相对位置有紧密联系的不加工表面作为粗基准。

图2-18　箱体加工粗基准选择

（a）以A面为粗基准加工C面；（b）以C面为精基准加工Ⅱ孔

不加工表面与加工表面间相对位置的具体要求是比较多的。除了上述两例中的壁厚均匀和旋转件不得和箱体壁相碰外，还包括零件外形要对称美观、凸缘位置偏移要小等。生产中应结合具体零件进行具体分析。

（2）对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量。在分配加工余量时应注意以下各点：

①应保证各加工表面都有足够的加工余量。

②对于某些重要的表面（如导轨面和重要的内孔等），应尽可能使其加工余量均匀，对于导轨面要求加工余量应尽可能小一些，以便能获得硬度和耐磨性更好的表面。

③使工件上各加工表面总的金属切除量最小。

为了保证第一项要求，粗基准应选择毛坯上加工余量最小的表面。例如对于图2-19所示的阶梯轴，应选择φ55mm外圆表面作粗基准，因其加工余量较小。如果选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外圆表面会因一侧加工余量不足而出现部分毛面，使工件报废。

为了保证第二项要求，应选择那些重要表面为粗基准。例如对于图2-20所示的床身零件，应选择导轨面为粗基准。以导轨面定位加工与床腿的连接面，可消除较大的毛坯误差，使连接面与导轨毛面基本平行。当以连接面为精基准加工导轨面时，导轨面的加工余量就比较均匀，而且可以比较小。

图2-19　阶梯轴粗基准选择

图2-20　床身基准选择

为了保证第三项要求，应选择工件上那些加工面积较大、形状比较复杂、加工劳动量较大的表面为粗基准。仍以图2-20所示零件为例，当选择导轨面为粗基准加工与床腿连接的表面时，由于加工面是一个简单平面，且面积较小，即使切去较大的加工余量，金属的切除量并不大，加之以后导轨面的加工余量比较小，故工件上总的金属切除量也就比较小。

（3）作为粗基准的表面应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以便使工件定位可靠、夹紧方便。

（4）由于毛坯表面比较粗糙且精度较低，一般情况下同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次。否则，因重复使用所产生的定位误差会引起相应加工表面间出现较大的位置误差。例如图2-21所示的小轴，如重复使用毛坯表面B定位去分别加工表面A和C，必然会使此两加工表面产生较大的同轴度误差。

图2-21　重复使用粗基准示例

上述粗基准选择的原则，每一条都说明一个方面的问题，实际应用时往往会出现相互矛盾的情况，这就要求全面考虑，灵活运用，保证主要的要求。当运用上述原则对毛坯进行划线时，还可通过“借”的办法，兼顾以上各原则（主要是前两条原则）。

3.精基准选择

在最终工序和中间工序中，应采用已加工表面定位，这种定位表面称为精基准。精基准的选择，不仅会影响工件的加工质量，而且与工件安装是否方便可靠也有很大关系。选择精基准的原则如下：

（1）为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度，应选择加工表面的设计基准为定位基准。这一原则通常称为“基准重合”原则。

例如图2-22所示的零件，当零件表面间的尺寸按图2-22（a）标注时，表面B和表面C的加工，从“基准重合”原则出发，应选择表面A（设计基准）为定位基准。加工后，表面B、C相对A面的平行度取决于机床的几何精度，尺寸精度Ta和Tb则取决于机床—刀具—工件工艺系统的一系列工艺因素。

图2-22　图示零件的两种尺寸方法

按调整法加工表面B和表面C时，尽管刀具相对定位基面A的位置是按照尺寸a和b预先调定的，而且在一批工件的加工过程中是始终不变的，但是由于工艺系统中许多工艺因素的影响，一批零件加工后的尺寸a和b仍会产生误差Δa和Δb，这种误差叫作加工误差。在基准重合的条件下，只要这种误差不大于尺寸a和b的公差（即Δa≤Ta，Δb≤Tb），加工零件即不会产生废品。

当零件表面间的尺寸标注如图2-22（b）所示时，如果仍选择表面A为定位基准，并按调整法分别加工表面B和C，对于表面B来说，是符合“基准重合”原则的，对表面C则不符合。

表面C的加工情况如图2-23（a）所示，加工后尺寸C的误差分布如图2-23（b）所示。由图2-23（b）中可明显看出：在加工尺寸C中，不仅包含本工序的加工误差Δf，而且还包含由于基准不重合所带来的设计基准B与定位基准A间的尺寸误差Δch，这个误差叫做作基准不重合误差，其最大允许值为定位基准与设计基准间位置尺寸a的公差Ta。为了保证加工尺寸C的精度要求，上述两个误差之和应小于或等于尺寸C的公差Tc（暂不考虑夹具的有关误差），即(www.xing528.com)

Δf+Δch(Ta)≤Tc

图2-23　基准不重合误差示例

（a）表面C的加工情况；（b）加工后尺寸C的误差分布

从上式可以看出，当Tc为一定值时，由于Δch的出现，势必要缩小Δf的值，即需要提高本工序的加工精度。因此，选择定位基准时应尽可能遵守“基准重合”原则。应当指出：“基准重合”原则，对于保证表面间的相对位置粒度（如平行度、同轴度等）亦完全适用。

（2）定位基准的选择应便于工件的安装与加工，并使夹具的结构简单。

例如图2-22（b）所示零件，当加工表面C时，如果采用“基准重合”原则，则应选择表面B为定位基准，工件的安装如图2-24所示。这样不仅工件安装不方便，夹具的结构也将复杂得多。如果采用图2-23所示的A面定位，虽然可使工件安装方便，夹具结构也简单些，但又会产生基准不重合误差Δch，定位基准选择中的上述矛盾是经常出现的，在这种情况下，首先要认真分析Tc、Δf和Δch三者间的数量关系，然后采取不同的处理方案。

当加工尺寸的公差值较大，而加工表面B、C的加工误差又比较小，即Tc≥Δf+Δch时，应优先考虑工件安装的要求，选择表面A为定位基准。

当加工尺寸的公差Tc较小，而加工表面B、C的加工误差又比较大，即Tc＜Δf+Δch时，可考虑以下三种方案：

①改变加工方法或采取其他工艺措施，提高表面B和C的加工精度，即减小Δf和Δch的数值，使Tc＞Δf+Δch，这样可仍选择A面为定位基准。

②以表面B定位，消除基准不重合误差Δch，这样往往要采用结构比较复杂的夹具。为了保证加工精度，有时不得不采取这种方案。

③采用组合铣削，以A面定位同时加工表面B和表面C，如图2-25所示。这样可使表面B、C间的位置精度（平行度）和尺寸精度都与工件定位无关。两表面间的尺寸精度主要取决于两铣刀直径的差值。

（3）当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如，轴类零件的大多数工序都采用顶尖孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及基准端面为定位基准。

图2-24　基准重合工件安装示意图

A—夹紧表面；B—定位表面；C—加工面

图2-25　组合铣削加工

A—定位面；B，C—加工面

采用“基准统一”原则有以下优点：

①简化了工艺过程，使各工序所用夹具比较统一，从而减少了设计和制造夹具的时间和费用。

②采用“基准统一”，可减少基准变换所带来的基准不重合误差。

（4）某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工表面本身作为定位基准。加工表面的位置精度应由前工序保证。

例如磨削床身的导轨面时，就是以导轨面找正定位（图2-26）。此外，采用浮动铰刀铰孔、用圆拉刀拉孔以及用无心磨磨削外圆表面等，都是以加工面本身作为定位基准的实例。

图2-26　以加工面本身找定位

4.辅助基准的应用

工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，多优先选择设计基准或装配基准为定位基准，这些基准一般均为零件上重要的工作表面。但有些零件的加工，为了安装方便或易于实现基准统一，人为地造成一种定位基准，如图2-5所示零件上的工艺搭子和轴类零件加工所用的顶尖孔等。这些表面不是零件上的工作表面，在零件的工作中不起任何作用，只是由于工艺上的需要才作出的，这种基准称为辅助基准。此外，零件上的某些次要的自由表面（非配合表面），因工艺上宜作为定位基准，以备提高其加工精度和表面质量定位时使用，这种表面也属于辅助基准。例如，丝杠的外圆表面，从螺旋副的传动看是非配合的次要表面。但在丝杠螺纹的加工中，外圆表面是导向基面，它的圆度和圆柱度直接影响螺纹的加工精度，所以应提高其形状精度，并降低其表面的表面粗糙度。