淺談機械設計與制造中的基準選擇與應用

摘 要：機械設計、機械制造過程中經常遇到基準問題，這是必須考慮并解決的問題。 任何零件都是由一些簡單而具有一定形狀、位置和尺寸等要求的表面組成的。零件上各表面都有一定的位置和尺寸要求，在零件設計和加工中，應以某些表面為依據來設計和加工其他表面，在設計和加工時要弄清面與面之間的這種相互依賴的關系，正確地分析和選擇基準是進行設計和加工的必要前提。因此，本文提出，零件設計與零件加工的基準選擇和確定，是設計和加工工藝過程中必須重視的問題。

關鍵詞：設計基準 工藝基準 基準統一 基準重合

一、基準的概念和分類

1.基準的概念

在零件圖、工藝文件或實際零件上，根據一些指定的點、線或面來確定另一些點、線或面的位置，這些作為依據的點、線、面就稱為基準。

2.基準分類

根據基準用途不同基準分為：

（1）設計基準。設計基準是確定零件在機器中位置的一些點、線或面。

（2）工藝基準。工藝基準是確定零件在加工或測量時的位置的一些點、線或面；工藝基準包括定位基準、測量基準及裝配基準。

二、設計基準的選擇與應用

設計基準就是在標注尺寸時所依據的點、線和面，從設計角度標注尺寸應能夠反映所設計的零件在機器中的工作情況；而從工藝基準角度出發標注尺寸要能夠把尺寸的標注與零件的加工聯系起來反映工藝要求便于零件加工和測量。所以標注尺寸時盡可能把設計基準與工藝基準統一起來，從而既能滿足設計要求又能滿足工藝要求。

1.考慮設計要求基準選擇必須注意的問題

（1）該聯系的尺寸一定要相互聯系起來。任何一臺機器都是由許多零件裝配而成。因此一臺機器中各零件之間總有一個或幾個表面相聯系，常見的聯系有軸向聯系的直線配合尺寸；徑向聯系的軸和孔配合尺寸；一般聯系的確定零件位置的定位尺寸。

（2）零件的主要尺寸要在圖樣上直接標注。零件上的主要尺寸一定要直接在圖樣標注出來，這樣可以直接提出尺寸精度、形位公差的要求，避免加工誤差的積累這樣來保證設計要求。

（3）標注尺寸不能標注成封閉尺寸鏈。

標注尺寸時一定不能標注成封閉尺寸鏈，尺寸鏈中任一環的尺寸精度都是各環尺寸誤差之和。因此這樣標注尺寸不能保證設計要求。

2.考慮工藝要求基準選擇必須注意的問題

（1）鑄件、鍛件按形體標注尺寸，這樣制作模型和鍛模比較方便。

（2）毛坯面尺寸與機加工的尺寸按兩組尺寸分別標注，但各個方向要有一個尺寸把毛坯面與加工面聯系起來。

（3）圖紙上標注的尺寸應有利于零件加工時的測量。

（4）標注的尺寸應按零件加工順序來標注尺寸，標注的尺寸符合加工過程，同時便于工人看圖、加工和測量。

（5）如果一個零件用一種加工方法不能夠加工完成，這樣的零件在標注尺寸時最好將不同加工方法的有關尺寸集中標注。

三、工藝基準的選擇與應用

在機加工、測量及裝配過程中所使用的基準稱為工藝基準，工藝基準選擇正確與否將直接影響零件的加工精度與機器的裝配質量，因此在加工過程中要正確選擇滿足工藝要求保證加工精度的工藝基準。

1.定位基準的選擇

定位基準的選擇它是用以確定加工表面對刀具切削位置之間相互關系所采用的基準。設計基準已經由零件圖給定，而定位基準可以有多種不同方案，一般從多種方案中選擇最合理的一種方案。零件進入加工之前沒有任何一個表面被加工過，所以在第一道工序中選用零件的毛坯面作為定位基準的稱為粗基準；零件在以后各道工序中，采用已經加工過的表面作為定位基準，稱為精基準。

（1）粗基準的選擇所需加工的各表面保證都能夠有足夠的余量，這樣就可以保證不加工表面尺寸和位置符合圖紙要求。粗基準的選擇原則是：

①工件的重要表面必須保證余量均勻，如床身導軌面、機床工作臺及鉗工平板等這些工件表面要求硬度高且均勻。所以在毛坯制造時重要表面向下，表層金屬細致均勻沒有氣孔、夾砂等缺陷，加工時常只要切除一層較小而均勻的余量，保留組織緊密耐磨的表層，從而延長使用壽命。

②零件每個表面都需要加工的，應選擇加工余量和公差最小的表面作為粗基準，這樣能夠保證不會因某一加工表面余量不夠而造成廢品。

③對于零件不加工表面與加工表面有相對位置要求的，應選不加工表面作為粗基準。

④選擇作為粗基準的表面應盡量平整，沒有飛刺、澆冒口的殘渣，這樣不但減小了定位誤差，又能保證零件是夾緊的。

⑤所選擇的粗基準一般只能使用一次。因為粗基準粗糙度高低不均勻，如果重復使用會產生較大的定位誤差。

（2）精基準的選擇主要是從如何保證加工面的位置精度和安裝及加工方便出發。選擇精基準的原則是：

①盡可能采用定位基準、設計基準、裝配基準和測量基準重合的基準重合原則，最容易保證加工表面對設計基準的相對位置精度。如果根據基準重合原則選擇定位基準，使定位和裝夾不便，并且夾具結構復雜，就必須另外選擇定位基準，這樣雖然由于基準不重合會產生誤差，但夾具簡化反而可減小部分誤差。

②選擇定位基準應該注意到定位和裝夾方便，夾具結構簡單及加工方便等。如果工件幾個加工面之間有位置精度要求，應該首先選擇加工面積較大、較適合作為精基準的表面，然后以此表面作為精基準加工其他表面。這是因為大表面定位誤差較小，并且便于裝夾。對于零件沒有較大的定位性能好的表面適合作為精基準，可專門作為定位輔助基準。

③選擇定位基準盡可能采用基準統一原則，所謂基準統一就是在多道工序中采用同一精基準定位，這樣可以保證各表面的位置精度。所謂基準統一原則就是在多個工序中采用同一個精基準定位。一般盤類零件都先以外圓定位加工內孔及端面，然后以后工序始終以內孔表面和一個端面為定位基準；箱體零件以裝配用的大平面及其上兩個距離較遠的孔作為精基準。軸類零件加工所有工序都是以中心孔作為定位基準實現基準統一。

④有些精加工或光整加工應遵循自為基準原則，工序因為為保證表面加工的質量并且提高生產率，這些工序要求余量小而均勻，此時應選擇加工表面本身為精基準，該加工表面與其他表面之間的位置精度則有先行工序保證。如研磨、鉸孔及浮動鏜孔等都是自為基準。

2.測量基準與注意點

測量基準就是在測量工件時用來確定被測量零件在測量工具上位置的表面。因此在設計過程中標注尺寸和加工過程中測量尺寸需注意幾點：

（1）標注零件尺寸時所標注的尺寸要便于測量，避免標注的尺寸是不容易被量出其尺寸的或量出的尺寸需要進行計算的。這樣就會因為測量造成誤差，影響工件的加工精度。

（2）在工件進行測量過程中，首先選擇正確的測量基準，其次要保證工件測量工具與測量基準的正確定位，保證測量數值的準確性。

3.裝配基準

裝配基準就是裝配時用來確定零件或部件在機器上的位置的基準。

（1）當零件的外形有平面也有曲面時應該選擇平面作為裝配基準面。

（2）在零件上有若干平面的情況下應該選擇較大的平面作為裝配基準面。

（3）根據零件的用途選擇最重要的面作為裝配基準面。

（4）選擇的裝配基準面要便于其他零件的定位和夾緊。

各種基準應盡量使之重合，在設計機械零件時應盡量選用裝配基準作為設計基準，在編制零件的加工工藝規程時應盡量選用設計基準作為工序基準，在加工及測量工件時在條件許可情況下，盡可能選擇工序基準為定位基準及測量基準，這樣就可以消除或減小因為基準不重合而引起的誤差。

參考文獻：

[1]大連工學院工程畫教研室.機械制圖[M].北京：人民教育出版社，1979.

[2]莫開旺.機械制造工藝學[M].合肥：安徽科技出版社，1990.

（作者單位：安徽省滁州職業技術學院）