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加工中心上定位基準的確定

2018-5-17 來源：轉載作者：郭偉民，武同，李義龍，蔣亞傑（jié）

摘要: 在明確定位基準概念及其遵循（xún）原（yuán）則的基礎上，結合加工（gōng）中心（xīn）的優點，具（jù）體分（fèn）析（xī）長方體件、回（huí）轉體件和異形件（jiàn）各自定位基準的確定方法，說明定位（wèi）基準的正確選擇有利於加工中心效能（néng）的發揮和產品（pǐn）質量的提高（gāo）。

關鍵（jiàn）詞（cí）: 定位基準; 加工中（zhōng）心; 長方體件; 回轉體（tǐ）件; 異形件

基準按其作用不同，分為（wéi）設計基準和工藝基準兩大類。按用途不同，工藝基準又分為定位基準、測量基準和裝配基準。定位（wèi）基準指加工時使（shǐ）工件在機床或夾具中占據一正（zhèng）確位置所（suǒ）用的基準，若無特別說明，文中的定位（wèi）基準均指輪廓要素。定位基準又可分為粗加工基準和精加工基準.加工中心具有工序集中等（děng）優勢，客觀上要求所選定位基準應盡量滿（mǎn）足 “一次裝夾，全部 ( 或大部分)加工”，所以加工前很有必要去認真篩選定位基（jī）準，以發揮加工中心的優勢，減少裝（zhuāng）夾次數，提高產品質量，降低生產成本。

下麵結合一些（xiē）典型零件，初步（bù）分析在（zài）加工中心（xīn）上如何確定其定位基準。

1、典型件定（dìng）位基準的確定

1. 1 長方體件

如圖 1 所示的某模具型芯，有（yǒu） 3 個麵需（xū）要加工( 底麵、左側麵和上表（biǎo）麵) ，其下料尺寸為 281 mm ×261 mm × 331 mm ( 鋸切下（xià）料，單邊各留約 0. 5 mm 餘量，各表麵粗糙度基（jī）本一致) 。該形狀適合用三平麵定位方式，那（nà）麽，選哪些麵作定位基準（zhǔn）? 哪個（gè）麵作主基準呢?

首（shǒu）先分析一下加工工藝，可以分為三大步:

(1) 熱（rè）處理前的粗加工及局部精加（jiā）工，在三軸（zhóu）立式加工中心上需裝夾 3 次 ( 選四軸臥式加工中心的話，可一次裝夾（jiá）完成全部加工; 隻（zhī）是底麵在深孔加工時冷卻效（xiào）果（guǒ）不及在立（lì）式加（jiā）工中心上（shàng）的好) ;

(2) 熱（rè）處理;

(3) 精加工（gōng）包括左側麵和上表麵在內的 6 個麵，其中大平麵的精加工可以安排在磨床上，局部狹窄凹槽等難銑削區域宜（yí）電火花加工，其餘仍在加工（gōng）中心上進行精（jīng）加工。

圖 1 模具型芯

選擇粗基準時，重點考慮如何保證各個加工麵都能分配到合理的加工餘量，保證加工麵與不加工（gōng）麵（miàn）的位置尺寸和位置精度（dù），同時還要為（wéi）後（hòu）續工（gōng）序提供可靠精（jīng）基準。

選擇平麵作基準一般應考慮:

(1) 自身定位能力強（qiáng）弱，主要包括: 麵域大（dà）小、平整程度、粗糙度、裝夾難度、穩定程度 ( 不易（yì）變（biàn）形、持久性) 等（děng）; 麵積越大、粗糙度越（yuè）低、裝（zhuāng）夾越方便（biàn）的平麵優先考慮（lǜ）。

(2) 相關定位能力強弱，主要是指對尺寸公差關係（xì）的影響程度和對基準原則的體現（xiàn）程度。盡量使（shǐ）定位基準與設計基準、測量基準和編程原點統一起來（lái）。在綜合考慮上述因素的基（jī）礎上，確定 3 個基準麵的（de）主次關係時，還應盡量避免主要定位基準與待加工麵同方位，將其安排在待加工麵的對麵能有效抵（dǐ）抗切削力，也有利於精簡夾（jiá）具結構。選擇第二定位基（jī）準應考慮其導向作用，與主定位基準的垂直度、粗糙度（dù），以及同待加工麵的位置關係。

加工上述模具（jù）型芯的 3 步中，每一步都存在著確定基準（zhǔn）的問題，而（ér）且（qiě）這麽多工序，勢必要統一基準。由於主要（yào）形狀都在上表麵，故與其對應（yīng）的底麵宜作主基準。另外，構成點 F 的兩個側（cè）麵的麵域較大，支撐效果好; 但再看設計尺寸的標注情況，在（zài）構成點 O的 3 個麵（miàn）上尺寸標（biāo）注多，可（kě）視點 O 為設計（jì）基準，同時其麵域用來支撐也（yě）是可以的，故從基準（zhǔn）重合的角度，選構成點（diǎn） O 的 3 個麵作熱（rè）處理前的定位基準（zhǔn）。通常（cháng）一套模具設計圖上隻有一個中心，各（gè）零部件的尺寸由（yóu）此鋪（pù）開。加工某（mǒu）具體零部件的時候，在（zài）該件具體的點、線、麵上（shàng）確立基準，依據尺寸（cùn）關係，建立（lì）坐標係。如果 3 個麵（miàn）相互不很垂直 ( 一般情況下，毛坯都達不到這個要求) ，則可以在加工底麵 ( 通常先加工底麵) 的時候，以（yǐ）底麵為主基準，在另外兩個側麵上，根據需要，分別銑出一定長度的基準（zhǔn）帶供後（hòu）續加工用，保證基（jī）準統一，如圖 2 所示。

圖 2 型芯毛坯定（dìng）位基準（zhǔn）

上述定位基準用在熱處理之前的加（jiā）工過程中。熱處理之後，必須檢測（cè）該基準自身的（de）變形程度，以及形狀麵相對於基準的變形; 有時候會出現由於變形大而不能再作為基準使用的情況。因此（cǐ），在熱處理之前，應考慮並預留更可靠的精加工定位基準。選擇精基準時，重點考慮的是如何（hé）減少工件的定位誤差，保證零（líng）件的加工精（jīng）度，同時也要考慮零件裝卸方便（biàn），夾具結構簡單。

一般應遵循以下原則: 基（jī）準（zhǔn）重合（hé）、基準統一、自為基準、互為基準及裝夾方便等。此例中，8 mm 孔經過鉸刀精加工，表麵質量好，因熱處理而引起的變形也（yě）較（jiào）小（xiǎo），可以作為精加工基準用。這就是隨後要說到的一種（zhǒng）比較典型的方法－利用孔或（huò）軸的輪廓 ( 中心線) 作定位基準。以上說的是以模（mó）具型芯為代表的單件生產。長方體件在批量生產（chǎn）的時（shí）候，通常要利用（yòng）夾具把 3 個基準麵的位置固定下來，以提高效率。這樣的例（lì）子很常見，文中不再贅述。

但如圖 3 所示的長方體工件的基準確定，稍微有些特（tè）殊（shū）。該件形狀並不複雜（zá），突出特點是尺寸（cùn）公差要求很小 ( ± 0. 01 mm) 。屬來料加工，其下料尺（chǐ）寸為 76 mm × 45 mm × 51 mm，為了減少（shǎo）裝夾次（cì）數，生產（chǎn）中將長度方向的定位塊采用（yòng）了活動（dòng）量塊，裝夾 ( 如圖 4 所（suǒ）示) 時定位，裝夾好後移走，這樣在一次裝夾下加工完兩端麵和頂麵，實現了工序集中最大（dà）化，減少了裝夾次數，充分發揮了加工中心的優勢，也保證了 ( 75 ± 0. 01) mm 等尺寸要求（qiú）。由於加工過程中長度方向上不存在定位，所以屬於不完全定位; 不過實際加工效果還好，幾乎很少有（yǒu）攢動。關於該件的加工，隨後將專門介紹。

圖 3 滑塊

圖 4 滑塊裝夾（jiá）示意圖

1. 2 回轉體件

回轉體件的定位基準通常選擇其（qí）內 ( 外) 表麵。基本（běn）方法是: 利用百分表的針頭 ( 或（huò）光電感應器的觸頭等) ，沿十字形測出 4 個點的中心（xīn）即為中心線位置，詳見圖 5。具體測（cè）量時，應先在孔的正上（shàng）方 2 ～ 3mm 處旋轉（zhuǎn）表針，使針頭大致在被測孔（kǒng）徑外側（cè） ( 軸（zhóu）的話，應偏向內側) ，然後輕壓表針使之進入孔（kǒng）內，首先（xiān）找出某一方向上對稱兩點 (如點（diǎn）A和C 或與 AC 線平行的（de）某一位（wèi）置上的兩點) 的對稱中心，在此中心線 ( CD 線) 上再（zài）找點 C 與 D 的等分（fèn）點O ( 期間需要調整針頭位置) ，找出之（zhī）後再旋轉一周，查看表針跳動情況，以檢查剛才確定的AC 線是否（fǒu）經過點O，從而最終找出圓心O 的（de）機床坐標 ( 旋轉（zhuǎn）一周，表針靜止不動或輕微震顫) 。

在確定過程中應注意，表針靜止不動有 3 種可能:

(1) 未接觸內（nèi）表麵（miàn）;

(2) 與內表麵之間的壓力太大而不能跳動;

(3) 主軸在圓心位置。

由於（yú）最終記錄的（de）是圓心位置，視軸線（xiàn）為定位基準也未嚐不可（kě）。關文獻研究證明二者無實（shí）質差別。

圖 5 回轉體件基準孔找正

Z方向的基準可優先考慮上表麵。至（zhì）於哪一個為主基（jī）準，應結合加工餘量和表麵粗糙度確（què）定。通常，以（yǐ）回（huí）轉體為主要特征的零件，內（nèi） ( 外) 表麵的（de）定位作用更重要一些，因為它（tā）往往會（huì）是設計基準，尺寸公差關係多，限製工件自由度數目多。

由（yóu）於杠（gàng）杆百分表與工件（jiàn）接觸的頂端直徑為 3 mm，所以隻要孔徑大於 6 mm，就可以使（shǐ）用; 小於 6 mm時，可以考慮插入心軸，測外徑。在通過 CAPP 係統（tǒng）選擇定位基（jī）準的時候，為（wéi）了確保正確決策和加工精度，這（zhè）些影響（xiǎng）因素也應被考慮。同（tóng）理，用鍵槽作定位基準（zhǔn）的時候，由於量（liàng）塊可以（yǐ）塞進去，所以（yǐ）理論上，寬度（dù） 1 mm 以（yǐ）上的鍵槽都是可能的定位基準，在利用CAPP 係統選擇定位基準的（de）時候，亦不應被（bèi）忽略（luè）。

1. 3 異形件

若工件上缺少可作為定位基準（zhǔn）的恰當表麵，就有必要人為地製造一些基準麵，使（shǐ）其在（zài）加工中起定位作用，這類基準稱為（wéi）輔助基（jī）準。

圖 6 為某（mǒu）產品示意圖，批量生（shēng）產，除了 “成型麵”部分之外，其餘 5 個麵均為配合麵，都需要精加工，精度要求高（gāo），同時成型麵上無法（fǎ）裝夾。那麽該怎樣裝夾、定位好呢（ne）?

仔細觀察產品圖可（kě）以發現，由Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3所形成（chéng）的圓弧麵以及構成尺寸 70 mm 的（de）上下（xià）麵都是潛在的定位基準選（xuǎn）項。經過分析，最終確定了Ｒ1、Ｒ3和上平麵（miàn）分別為不同工序的定位基準，但僅此還不能（néng）保證（zhèng）各工序的準確（què）定位和裝夾.

在不妨礙使用的（de）前提（tí）下，在原產品圖上增（zēng）加工藝孔: 在頂（dǐng）麵增加（jiā） M8 螺紋，在背麵增加 3 × M8 ( 口部10H7 深 8 mm 作定位（wèi）用) ，故修改產品圖如（rú）圖 7 所示（shì）。在此基礎上，進而設計出如圖 8 所示的鑄造毛坯（pī）圖，在鑄件上（shàng）又增加輔助定位基準麵 A、B 和 C ( 這3 個基準屬於增材，使用後都（dōu）去掉) 。

圖6 某異形件產品圖

圖7 帶（dài）工件藝孔（kǒng）的異形件產品圖

圖8 異形件毛坯圖

如前所述，這些基準分別在（zài）不同工序中使用，基準（zhǔn）統一原則該如何保證呢? 解決辦法是: 利用加工中心加工精度高且工序集中（zhōng）的優勢，盡（jìn）量在一次（cì）裝夾（jiá）中把所有可以加（jiā）工的定位基準都加工出來; 確實暫不能加工的，則為其加工輔（fǔ）助定位基準。從實際加（jiā）工結果看，這（zhè）些定位基準有效地保證了產品質量。

這些輔助基（jī）準在加工後（hòu）失去（qù）作用，屬於增材的話，事後通常會被去掉; 減材類 ( 如工藝孔) 一般不影響產品（pǐn）使用，則保留。

從上（shàng）例可以看出: 對於批量生產的異形件，在確定基準時，應緊密結（jié）合加（jiā）工工藝，充分利用現有形狀上的平麵和圓弧（hú）麵等; 必要時再通過增材或（huò）減材的辦法（fǎ），增加輔助定位（wèi）基準（zhǔn），從而保（bǎo）證產品質量。

2 、結束語

加工中心具有工序集中、生產效率高和加工質量好等優點，在加工中心上確定工件定位基（jī）準的時候，應考（kǎo）慮如何（hé）充分發揮加工中心的優勢，實現產品加（jiā）工的高（gāo）品質和高效率。文中對（duì）長（zhǎng）方體（tǐ）件（jiàn）、回轉體件和異形件定位基準選（xuǎn）擇的分析，雖然（rán）具體方法不（bú）同，但指導思想是一致（zhì）的: 緊扣產品（pǐn）的加工特征，注重充分發揮加工中心的優勢，尋求高效優質的加（jiā）工過程。

不過，文（wén）中隻是對加工中心上定位基準的確定方法做了一（yī）個初步總結（jié），還不夠全（quán）麵，還有很多情況需要（yào）今後進一步總結、提（tí）煉.

來源：河南職業技術（shù）學院機電工程係，河南鄭州西北（běi）工業大（dà）學機電學院，華北水利（lì）水電大（dà）學機械學院

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