關于機械加工中工裝夾具的定位設計探析

張百磊

摘要：機械加工工件夾具定位指的就是工件某些基準面和夾具定位元件保證接觸，實現對工件自由度的有效限制。其中，在工件選擇的過程中，定位基準選擇的主要問題就是哪些面和夾具定位元件進行接觸。粗基準與精基準是定位基準的兩個部分。粗基準指的就是在起始工序當中，將沒有加工的毛坯表面當作定位的基準。而精基準則是定位加工過的表面。由此可見，對于機械加工而言，工裝夾具定位設計的定位基準選擇具有重要的現實意義。

關鍵詞：機械加工；工裝夾具；定位設計；定位基準；粗基準；精基準

引言

工裝夾具在生產過程中得到了廣泛的應用，其作用就是有效保證產品質量并提高生產效率。而在機械制造中工裝夾具的定位基準的選擇，是指工件上的某些基準面與夾具上定位元件保持接觸，從而實現在加工過程中將工件的自由度有效加以控制，達到工件制造精密的目的，因此正確選擇定位基準便成為機械加工中最關鍵的問題，它決定了產品的質量。

1基準的分類

在機械加工中，工裝夾具的定位從工序上可以分為粗基準和精基準。粗基準就是選擇未經加工的毛坯表面作為定位基準；而精基準則是選擇已加工的毛坯表面作為定位基準。粗基準考慮的重點是保證工件的加工余量，而如何減少誤差則精基準考慮的重點內容。在實際生產過程中選擇定位基準時，通常是從保證加工精度要求出發的，因而分析定位基準的順序應從精基準到粗基準。在機械制造工藝上一個關鍵問題就是定位基準的選擇，因此，必須予以高度重視。基準選擇的正確與否不僅將會影響到零件的位置精度，同時還將影響到工件表面間的位置尺寸，甚至還會影響到夾具的結果以及整個工藝過程的安排。當根據工件加工要求確定工件應限制的自由度數后，某一方向自由度的限制往往會有幾個定位基準可選擇，此時提出了如何正確選擇定位基準的問題。

2粗基準選擇原則

由于零件加工初始階段所有的面都是毛坯形狀，只能以這種毛坯面作為粗基準定位，這時要考慮兩個問題，一是保證加工面與另一面之間的相互位置的精度要求；二是要將各加工面的加工余量進行合理分配。如何保證工件上加工表面與不加工表面之間的相互位置和尺寸要求？應對采取以下三種辦法：假如工件上有一個重要表面的不需要加工，那么就考慮將其作為粗基準；如果工件上有多個表面不需要加工，則要選擇有位置精度要求或者或位置精度較高的表面為粗基準；假如工件每個表面都要加工，則應以余量最小的表面作為粗基準，這樣可以有效保證各加工表面有足夠的加工余量；選取加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準可以保證該重要加工表面余量均勻，為后續工序的加工作準備；另外，由于粗基準是機械加工工序中初始階段選擇的毛坯面定位，因此定位精度低，所以在同一方向上，粗基準只允許使用一次，以免定位誤差太大。同時，要盡可能地選擇表面光潔、平整且有足夠余量的工件用作粗基準的表面，可使工件裝夾穩定、減少定位誤差，接下來的工序就是精基準的選擇。

3精基準選擇

在機械加工工藝中，基精準就是將已加工的、或者說經過粗基準工藝后的毛坯表面作為定位基準。精基準的選擇在考慮裝夾方便、夾具結構簡單的同時主要考慮工件的精密度。因此，必須予以高度重視。要充分把握以下原則：

3.1基準重合原則

首先是工件的基準重合原則，即以設計基準作為精基準。執行這一原則的優點在可以避免因基準不重合引起的誤差，特別是零件的最后精加工工序，這個原則至關重要，對于最常見的機床主軸錐孔的最后精磨加工工序，就應選擇支承軸頸來定位。

3.2基準統一原則

基準統一原則顧名思義，就是為了避免基準轉換出現誤差現象，因此工件上各個加工面的定位基準的選擇必須統一，這是必須執行的要求。在實際生產加工過程中，采用這一原則，不但能夠簡化夾具設計和制造，縮短生產周期準備，最重要的一點就是能夠保證工件表面相互位置的尺寸要求。盤類零件和箱體零件及盤類零件的加工過程就是采用典型的基準統一原則進行的。軸兩端的中心孔通常是其精基準之處；齒輪是典型的盤類零件，中心孔及一個端面，通常是其精基準的地方；箱體零件的基準一般以一個平面及平面上的兩個定位工藝孔為準，這些都是基準統一的實例。

3.3自為基準原則

自為基準原則就是選擇加工表面本身作為精基準進行定位，提高加工面本身的精度和表面質量是自為基準的優點，通常這樣的加工表面精加工要求余量小而均勻。

3.4互為基準原則

互為基準原則就是以零件上重要表面互為基準并反復進行加工，主要用于加工精密的零件，目的是將重要表面間的相互位置精度予以提高。例如精密齒輪，經過齒圈高頻淬火變形后可能造成齒圈對內孔不同軸誤差，假如直接以內孔定位進行磨齒，將出現不均勻的齒面磨削余量，因為較薄的淬硬層的關系，或者可能將某處的淬硬層全部磨去或有些地方磨不的現象發生，從而影響工件質量；要解決這個問題，應先以齒圈為基準磨內孔，再以內孔為基準磨齒圈，齒圈與內孔互為基準并反復加工。

4輔助基準

工件定位時，一般選擇設計基準或裝配基準為主要定位基準，這是為了保證加工表面的位置精度。但在加工有些零件時，也可以人為地制造一種定位基準，為的是裝夾方便或易于實現基準統一的目的。如毛坯上的工藝凸臺和軸類零件加工時的中心孔。這些表面不是零件上的工作表面，只是為滿足工藝需要而在工件上專門設計的定位基準，或者稱為輔助基準。

5結語

綜上所述，在機械類零件的加工工藝中，無論是使用粗基準、抑或是使用精基準，定位基準的穩定性和可靠性必須保證并盡可能從相互間有直接位置要求的表面中選擇定位基準，減小因基準不重合引起的誤差。在上述兩類基準的選擇過程中，在出現相互矛盾的情況下，要綜合考慮，分清主次并解決主要矛盾。

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