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4.3定位基準(zhǔn)的選擇
用來確定一些點(diǎn)，線，面位置時(shí)所依據(jù)的那些點(diǎn)，線，面稱為基準(zhǔn)。
4.3.1基準(zhǔn)的分類
根據(jù)基準(zhǔn)的用途，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。
4.3.1.1設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
設(shè)計(jì)人員在零件圖上標(biāo)注尺寸或相互位置關(guān)系時(shí)所依據(jù)的那些點(diǎn)，線，面稱為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。如圖4.3（a）端面C是端面A,B的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；中心線O-O是外圓柱面ФD和Фd的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；中心線o-o也是E面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。
4.3.1.2 工藝基準(zhǔn)
零件在加工或裝配的工程中使用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)(也稱為制造基準(zhǔn))，按照用途可以被
分為四個(gè)子類別
（1）工序基準(zhǔn)
在工序圖上標(biāo)注被加工表面尺寸（稱工序尺寸）和相互位置關(guān)系時(shí)，所依據(jù)的點(diǎn)，線，面稱為工序基準(zhǔn)。如圖4.3（a）所示零件，若在加工端面B時(shí)的工序圖為圖4.3（b）,工序尺寸為l4，則工序基準(zhǔn)為端面A，而其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是端面C
(a) (b)
(c) (d)
4-3不同定位例子
（2）定位基準(zhǔn)
工件在機(jī)床上加工時(shí)，在工件上用以確認(rèn)被加工表面相對(duì)機(jī)床，夾具，刀具位置的點(diǎn)，線，面稱為定位基準(zhǔn)。確定位置的過程稱為定位。如圖4.3（c）所示，加工E面的工件是以外圓Фd在V形塊1上定位，其定位基準(zhǔn)則是外圓Фd的母線M,N。加工軸類零件時(shí)，常以頂尖孔為定位基準(zhǔn)。加工齒輪外圓或切齒時(shí)，常以內(nèi)孔和端面為定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)常用的是“面”，所以也被稱為定位面，常以符號(hào)“ⅴ”表示，其尖端指向定位面。如圖4.4所示為切齒輪時(shí)的定位基準(zhǔn)表示法。
（3）)測(cè)量基準(zhǔn)
在工件上用以測(cè)量以加工表面位置，尺寸時(shí)所依據(jù)的點(diǎn)，線，面稱為測(cè)量基準(zhǔn)。一般情況下常采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為測(cè)量基準(zhǔn)。如圖4.3（a）所示，當(dāng)加工端面A,B,并保證尺寸l1,l2時(shí)，測(cè)量基準(zhǔn)就是它的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則端面C。但當(dāng)以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為測(cè)量基準(zhǔn)不方便或不可能時(shí)，也可采用其他表面為測(cè)量基準(zhǔn)。如圖4.3（d）所示，表面E的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為中心線O-O，而測(cè)量基準(zhǔn)為外圓ФD的母校F,則此時(shí)的測(cè)量尺寸為l.
（4）裝配基準(zhǔn)
在裝配時(shí)，用來確定零件或部件在機(jī)器中的位置時(shí)所依據(jù)的點(diǎn)，線，面稱為裝配基準(zhǔn)。如齒輪裝在軸上，內(nèi)孔是它的裝配基準(zhǔn)；軸裝在箱體孔上，則軸頸是裝配基準(zhǔn)；主軸箱體裝在床身上，則箱體的底面是裝配基準(zhǔn)。
4.3.2 工件的裝夾
4.3.2.1直接找正定位的裝夾
將工件直接放在機(jī)床上，工人可用百分表，劃線盤，直角尺等對(duì)被加工表面進(jìn)行找正，確定工件在機(jī)床上相對(duì)刀具的正確位置之后再夾緊。
4-5 定位
如圖4.5所示，在大型滾齒機(jī)上滾切齒形時(shí)，若被加工齒輪的分度圓與已加工的外圓表面有較高的同軸度要求時(shí)，工件放在支座上之后，用百分表找正，使齒培外圓的中心與工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心重合，然后進(jìn)行夾緊。這種裝夾方法，找正困難且費(fèi)時(shí)， 找正的精度要依靠生產(chǎn)工人的經(jīng)驗(yàn)和量具的精度，因此多用于單件，小批生產(chǎn)或某些相互位置精度要求很高，應(yīng)用夾具裝夾又難以達(dá)到精度的零件加工。
4.3.2.2按劃線找正裝夾
工件在切削加工前，預(yù)先在毛坯表面上劃出要加工表面的輪廓線，然后按所劃的線將工件在機(jī)床上找正，夾緊。劃線時(shí)要注意照顧各表面間的相互位置關(guān)系并保證被加工表面有足夠的加工余量。
這種裝夾方法被廣泛的用于單件，小批生產(chǎn)，尤其是用于形狀較復(fù)雜的大型鑄件或鍛件的機(jī)械加工。這種加工的缺點(diǎn)是增加了劃線工序，另外由于劃的線條本身有一定的寬度，劃線時(shí)又有劃線誤差，因此它的裝夾精度低，一般在0.2~0.5mm之間。
4.3.2.3在夾具中裝夾
夾具固定在機(jī)床上，夾具本身有使工件定位和夾緊的位置。工作在夾具上固定以后便獲得了相對(duì)機(jī)床和刀具的正確位置。
圖4-6 安裝步驟
這種裝夾方法方便，迅速，精度高且穩(wěn)定，廣泛用于成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)中。如圖4.1所示階梯軸的銑鍵槽工序，可將工件直接放在夾具體的V形塊上（見圖4.5）,不用找正就保證了工件相對(duì)機(jī)床及刀具的位置，然后用壓板夾緊工件，便可進(jìn)行銑鍵槽的工作。對(duì)于某些零件（如連桿，曲軸）即使批量不大，但是為了達(dá)到某些特殊的加工要求，仍需要設(shè)計(jì)制造專用夾具。
顯然，機(jī)械加工中工件的相關(guān)表面的位置精度（平行度，垂直度，同軸度等）是通過零件相對(duì)于機(jī)床刀具的正確安裝再通過機(jī)械加工獲得的。當(dāng)需要經(jīng)過多次裝夾加工時(shí)，在每次裝夾時(shí)，有關(guān)表面的位置關(guān)系就可用上述適當(dāng)?shù)亩ㄎ谎b夾方法確定，位置精度靠相關(guān)的機(jī)床，夾具精度確定；也可以使有關(guān)表面的加工安排在工件的一次裝夾中進(jìn)行，加工表面間的位置精度主要依靠這次裝夾中的機(jī)床，夾具精度保證，這樣可以減小由于多次裝夾帶來的誤差。這三種方法也是機(jī)械加工中獲得工件位置精度常采用的方法。以下為四種機(jī)械加工中獲得工件尺寸精度方法的方法
（1） 試切法 即先試切出很小的一部分加工表面，測(cè)量試切所得的加工表面尺寸，按照加工要求作適合的調(diào)整，再適切，再測(cè)量，如此經(jīng)過兩三次試切和測(cè)量，當(dāng)被加工尺寸達(dá)到要求后，在切開整個(gè)待加工面。
（2） 定尺寸刀具法 用具有一定尺寸精度的刀具（如鉸到，擴(kuò)孔刀，鉆頭等）來保證工件被加工部位（如孔）的精度。
（3） 調(diào)整法 利用機(jī)床上的定位裝置或預(yù)先調(diào)整好的刀架，使刀具相對(duì)于機(jī)床或夾具達(dá)到一定的位置精度，再加工一批工件。
（4） 自動(dòng)控制法 使用一定的裝置，在工作達(dá)到要求的尺寸時(shí)，自動(dòng)停止加工，具體方法有兩種。
① 自動(dòng)測(cè)量 即機(jī)床上有自動(dòng)測(cè)量工件尺寸的裝置，在工作達(dá)到要求時(shí)，自動(dòng)測(cè)量裝置即發(fā)出指令使機(jī)床自動(dòng)退刀并停止工作。
② 數(shù)字控制 即機(jī)床中有控制刀架或工作臺(tái)精確移動(dòng)的步進(jìn)馬達(dá)，滾動(dòng)絲桿螺母副及整套數(shù)字控制裝置。尺寸獲得（刀架的移動(dòng)或工作臺(tái)的移動(dòng)）由預(yù)先編制好的程序通過計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置自動(dòng)控制。如下有三種機(jī)械加工獲得工件形狀精度的方法
（1） 軌跡法 利用切削運(yùn)動(dòng)中刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡形成被加工表面的形狀。這種加工方法所達(dá)到的形狀精度，主要取決于這種成型運(yùn)動(dòng)的精度。
（2） 成型法 利用成型刀具刀刃的幾何形狀切削出工件的形狀。這種加工方法所能達(dá)到的形狀精度，主要取決于這種成型運(yùn)動(dòng)的精度
（3） 展成法 利用刀具和工件作展成切削運(yùn)動(dòng)， 刀刃在被加工表面上的包絡(luò)面形成成型表面。這種加工方法所能達(dá)到的精度，主要取決于機(jī)床展成運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈精度與刀具的制造精度等因素
4.3.3定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)功能是為了基準(zhǔn)和三維參考系服務(wù)的在加工時(shí)。這種選擇更重要的是為了工藝路線和滿足尺寸要求。關(guān)于選擇基準(zhǔn)的優(yōu)先性可以參考4.3.1.2.但是，若是，當(dāng)選擇關(guān)于要求位置要求的基準(zhǔn)時(shí)，特殊的考慮也是必要的。
這有三種位置精度，稱為第一基準(zhǔn)，精基準(zhǔn)和輔助基準(zhǔn)，一般的規(guī)則應(yīng)用于這些例子，最常見的評(píng)判如下：
1. 第一基準(zhǔn)也被稱為開始基準(zhǔn)（粗基準(zhǔn)）在未加工過面上定位。有充分的尺寸去確定平穩(wěn)性和自由位置。在很多案例中，圖紙所給的稱為“原材料相關(guān)”這對(duì)于定位粗基準(zhǔn)有很大的幫助。不同的關(guān)系在未加工出會(huì)導(dǎo)致不同尺寸情況在未加工處。
2. 使用精基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)避免堆疊偏差
3. 相對(duì)于選取平面，選取孔作為基準(zhǔn)是有偏差的。
4. 定位件的平穩(wěn)性抵御了切削力與其他因素帶來的干擾。焊縫和加速表面裂縫是應(yīng)當(dāng)避免的。
5. 機(jī)械工具好的合理性是十分必要的，因?yàn)榭梢愿玫姆旁诠潭ㄑb置上
6. 最后，固定裝置的選擇應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性，可能的話可使用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊匹配夾具。
4.3.3.1精基準(zhǔn)的選擇
選擇精基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)主要考慮應(yīng)保證加工精度并使工件夾夾得方便，準(zhǔn)確和可靠。一般工序中所應(yīng)遵循的原則。
（1）基準(zhǔn)重合的原則
盡量選擇工序基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)。這樣可以減少由于定位基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化引起的加工誤差。這是在一道工序中正確選擇精基準(zhǔn)的基本原則
圖4.7（a）是在鉆床上成批加工工件孔的工序簡(jiǎn)圖，N面為尺寸B的工序基準(zhǔn)。若選N面為尺寸B的定位基準(zhǔn)并在夾具1面接觸，鉆頭相對(duì)1面位置以調(diào)整好且固定不動(dòng)圖4,7（b）則加工這一工件時(shí)尺寸B應(yīng)不守尺寸A變化影響，從而提高了加工尺寸B的精度。若選擇M面為定位基準(zhǔn)并在夾具2面接觸，雖然鉆頭相對(duì)于2面以調(diào)整好且固定不動(dòng)圖4.7（c）,但加工的尺寸B還要受到尺寸A變化影響，使尺寸B精度下降。
（2）基準(zhǔn)不變的原則
盡可能使各個(gè)工序的定位基準(zhǔn)相同。例如軸類零件的整個(gè)加工過程中大部分工序都以兩個(gè)頂尖孔為定位基準(zhǔn)。齒輪加工工藝過程中大部分工序以內(nèi)孔和端面為定位基準(zhǔn)。箱體加工中，若批量較大，大部分工序以平面和兩個(gè)銷孔為定位基準(zhǔn)。
基準(zhǔn)不變的好處是可使各工序的夾具統(tǒng)一，從而減少設(shè)計(jì)制造的時(shí)間與費(fèi)用，加速生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，降低了生產(chǎn)成本；多數(shù)表面用同一組定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工，避免因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過多帶來的誤差，有利于保證其相互位置精度；由于基準(zhǔn)不變就有可能在一次裝夾中加工許多表面，使各表面之間達(dá)到很高的位置精度，又可避免由于多次裝夾帶來的裝夾誤差和減少多次裝卸工件輔助時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)率。
（3）互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工的原則
當(dāng)兩個(gè)表面相互位置精度要求精度較高時(shí)，則兩個(gè)表面互為基準(zhǔn)反復(fù)加工，可以不斷提高定位基準(zhǔn)的精度，保證兩個(gè)表面之間相互位置精度。這是兩個(gè)相互位置精度要求較高表面加工時(shí)正確選擇精基準(zhǔn)的原則，和加工套筒類零件，當(dāng)內(nèi)，外圓柱表面的同軸度要求較高時(shí)，先以孔定位加工表面，再以外圓加工孔，反復(fù)加工幾次就可以大大提高同軸度精度。
（4）自為基準(zhǔn)的原則
當(dāng)精加工或光整加工工序要求余量小且均勻時(shí)，可選擇加工表面本身為精基準(zhǔn)，以保證加工質(zhì)量與提高生產(chǎn)率。這是一道工序中保證加工余量均勻時(shí)正確選擇精基準(zhǔn)的原則，如精鉸孔時(shí)，鉸刀與主軸采用浮動(dòng)連接，加工時(shí)以孔本身為定位基準(zhǔn)。又如磨削車身導(dǎo)軌面時(shí)，常在磨投上裝百分表以導(dǎo)軌面本身為基準(zhǔn)來找正工件，或者用觀察火花的方法來找正工件。應(yīng)用這種精基準(zhǔn)加工工件，只能提供加工表面的尺寸精度，不能提高表面間的相互位置精度，后者應(yīng)為先行工序保證。
（5）應(yīng)使工作裝夾穩(wěn)定可靠，夾具簡(jiǎn)單
一般常采用面積大，精度高和粗糙度值較低的表面為精基準(zhǔn)，加工箱體類和支架類零件時(shí)常采用裝配基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)，因?yàn)檠b配基準(zhǔn)多數(shù)面積大，裝夾穩(wěn)定，方便，設(shè)計(jì)夾具也較簡(jiǎn)單。圖4.8為機(jī)床主軸箱加工簡(jiǎn)圖，一般是先加工裝配基準(zhǔn)面A，再以A面精基準(zhǔn)加工主軸孔B以及其他孔
4.8圖 箱體精基準(zhǔn)的選擇
4.3.3.2粗基準(zhǔn)的選擇
在零件加工過程的中的第一道工序，定位基準(zhǔn)必然是毛坯表面，即粗基準(zhǔn)。選擇粗基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮
（1） 選擇要求加工余量小而均勻的表面為粗基準(zhǔn)，以保證該表面在足夠均勻的加工余量
例如，導(dǎo)軌面是車床床身的主要工作表面，要求在加工時(shí)切去薄而均勻的一層金屬，使其保持鑄造時(shí)在導(dǎo)軌面上所形成的均勻而細(xì)密的金相組織，以便增加導(dǎo)軌的耐磨性。另外，小而均勻的加工余量將使切削力小而均勻，因此引起的工件變形小，而起不易產(chǎn)生振動(dòng)，從而有利于提高導(dǎo)軌的幾何精度和減小表面粗糙度值。因此對(duì)于加工床身來說，保證導(dǎo)軌面的加工余量小而均勻是主要的。加工時(shí)，應(yīng)先考慮導(dǎo)軌面為粗基準(zhǔn)加工床腳的底平面，如圖4.9（a）所示，再以床腳的底平面為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面，此時(shí)導(dǎo)軌面的加工余量可以小而均勻4.9(c)。若先以床腳底平面為粗基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面，如圖4.9(b)，則床腳底平面誤差全部反映到導(dǎo)軌面上，使其加工余量不均與。此時(shí)，在余量較大處，會(huì)把保留的機(jī)械性能較好的一層金屬切掉，而且由于余量不均勻而影響了加工精度。
（2） 某些表面不需要加工，則應(yīng)選擇其中與加工表面有相互位置精度要求的表面為粗
基準(zhǔn)
如圖4.10 所示，為保證皮帶的輪緣厚度均勻，以不加工表面Ⅰ為粗基準(zhǔn)，車外圓表面。又如圖4.10（b）所示，為保證零件的均勻，應(yīng)以不加工的外圓表面A為粗基準(zhǔn)，鏜內(nèi)孔。
（3） 選擇比較平整，光滑，有足夠大面積的表面為粗基準(zhǔn)，不允許有澆，冒口的殘疾與飛邊，以確定安全，可靠，誤差小。
4-10以不加工表面為粗基準(zhǔn)
（4） 粗基準(zhǔn)在同一定位方向上只允許在零件加工的工序使用一次，不許重復(fù)使用。因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的精度和粗糙度都很差，如果重復(fù)使用，則不能保證工件相對(duì)于刀具在重復(fù)使用粗基準(zhǔn)的工序中都一致，因而影響加工精度。
上述有關(guān)粗，精基準(zhǔn)選擇原則中的每一項(xiàng)，只說明某一方面問題，在實(shí)際問題中，有時(shí)不能同時(shí)兼顧，因此要根據(jù)零件的生產(chǎn)類型及具體的生產(chǎn)條件，并結(jié)合整個(gè)的工藝路線進(jìn)行全面考慮，抓住主要矛盾，靈活運(yùn)用上述原則，正確選擇粗，細(xì)基準(zhǔn)。
4.4工藝路線擬定
擬定零件機(jī)械加工工藝路線時(shí)，要解決的主要問題有：零件的各表面加工方法和設(shè)備的選擇；加工階段的劃分；工序的集中和分散；工序的安排等。
4.4.1零件各表面的加工方法以及使用設(shè)備的選擇
(1)各種加工方法的經(jīng)濟(jì)加工精度和粗糙度
不同的加工方法如車，銑，刨，鉆，鏜，磨等。其用途各不相同，達(dá)到的精度和表面粗糙度也大不一樣。即使是同一種加工方法，在不同加工條件下所得的精度與表面粗糙度也大不一樣。這是由于機(jī)械加工眾多因素造成的，如工人的技術(shù)水平，切削用量，刀具的刃磨質(zhì)量，機(jī)床的調(diào)整質(zhì)量等。
根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，某一種加工方法的加工誤差與成本如圖4.11所示。在Ⅰ段曲線，當(dāng)零件的加工精度要求很高時(shí)，零件的成本將要提的很高，甚至成本翻倍提高，存在的一個(gè)極限加工精度其誤差△a。相反，在Ⅲ段，雖然精度要求很低，但成本也不能無限降低，其最低成本的極限值為Sa。因此在Ⅰ，Ⅲ段應(yīng)用此法加工是不經(jīng)濟(jì)的。在Ⅱ段，加工方法與加工精度是相互適應(yīng)的，加工誤差與成本基本上是反比關(guān)系，可以較經(jīng)濟(jì)的達(dá)到一定的精度，Ⅱ段的精度范圍就稱為這種加工方法的經(jīng)濟(jì)精度。
總的來說，某種加工精度的經(jīng)濟(jì)精度，是指在正常條件下包括了完好的機(jī)械設(shè)備，必要工藝裝備，標(biāo)準(zhǔn)工人等級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)的耗用時(shí)間與生產(chǎn)費(fèi)用。與經(jīng)濟(jì)加工精度相似，各種加工方法所能達(dá)到的加工精度，表面粗糙度值，表面形狀以及位置精度可查閱《金屬加工工藝人員手冊(cè)》
（2）加工方案的選擇
在分析零件圖時(shí)，選擇相應(yīng)的加工方案。首根據(jù)每個(gè)加工表面的要求，確定加工方案。首要問題是要保證零件達(dá)到技術(shù)方面的穩(wěn)定性和可靠性，并在生產(chǎn)率和加工成本方面最經(jīng)濟(jì)合理。
表4-7 4-8和4-9分別介紹了機(jī)械零件的三種最基本的表面（外圓表面，內(nèi)孔表面和平面）的較常用的加工方案及其所能達(dá)到的精度要求和表面粗糙度值。這都是生產(chǎn)實(shí)際中的統(tǒng)計(jì)資料，可以根據(jù)對(duì)被加工零件的加工表面的精度和粗糙度要求，零件的結(jié)構(gòu)和被加工的表面形狀，大小以及車間工廠的具體條件，選擇最經(jīng)濟(jì)合理的加工方案，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證（4.8）。但是必須指出的是，這是在一般情況下可能達(dá)到的精度和表面粗糙度值，在具體條件下時(shí)會(huì)有所差別。隨著生產(chǎn)技術(shù)，工藝水平發(fā)展，同一種加工方法所能達(dá)到的精度和表面質(zhì)量是會(huì)提高的。例如，過去在外圓磨床上精磨外圓僅達(dá)到IT6的公差和Ra0.20μm的表面粗糙度值。在提高了磨床精度以及改進(jìn)磨削工藝后，可以到IT4以上精度，Ra≤0.1~0.012μm.再用金剛石刀具車削，也能獲得Ra≤0.01μm的表面。另外，在大批量生產(chǎn)中為了保證高的生產(chǎn)率和高的成品率，常把原用于小粗糙度值的加工方法用于獲得粗糙度值較高的表面。例如，在連桿加工中用珩磨到達(dá)Ra≤0.02μm的表面粗糙度值；在曲軸加工中用超精磨獲得Ra≤0.40μm的表面
其次，在決定加工方法時(shí)要考慮被加工材料的性質(zhì)。例如淬火鋼用磨削的方法加工；而有色金屬則磨削困難，一般采用金剛鏜或高速精密車削等切削方法進(jìn)行精加工。
其三，選擇加工方法要考慮生產(chǎn)類型，即考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性的問題。在大批量生產(chǎn)中可采用專業(yè)高效率設(shè)備和專業(yè)工藝設(shè)備。例如，平面和孔可以用拉削加工，軸類零件可采用半自動(dòng)液壓仿制車床加工，盤類或套類零件可用功能單一的專業(yè)車床加工等。甚至在可以根本改變毛坯的形態(tài)。