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加工中心上定位基準(zhǔn)的確定
閱讀：2975 發(fā)布時(shí)間：2021-11-10
基準(zhǔn)按其作用不同，分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩大類。按用途不同，工藝基準(zhǔn)又分為定位基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)指加工時(shí)使工件在機(jī)床或夾具中占據(jù)一正確位置所用的基準(zhǔn)，若無特別說明，文中的定位基準(zhǔn)均指輪廓要素。定位基準(zhǔn)又可分為粗加工基準(zhǔn)和精加工基準(zhǔn).加工中心具有工序集中等優(yōu)勢(shì)，客觀上要求所選定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量滿足 “一次裝夾，全部 ( 或大部分)加工”，所以加工前很有必要去認(rèn)真篩選定位基準(zhǔn)，以發(fā)揮加工中心的優(yōu)勢(shì)，減少裝夾次數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
下面結(jié)合一些典型零件，初步分析在加工中心上如何確定其定位基準(zhǔn)。
1、典型件定位基準(zhǔn)的確定
1. 1 長(zhǎng)方體件
如圖 1 所示的某模具型芯，有 3 個(gè)面需要加工( 底面、左側(cè)面和上表面) ，其下料尺寸為 281 mm ×261 mm × 331 mm ( 鋸切下料，單邊各留約 0. 5 mm 余量，各表面粗糙度基本一致) 。該形狀適合用三平面定位方式，那么，選哪些面作定位基準(zhǔn)? 哪個(gè)面作主基準(zhǔn)呢?
首先分析一下加工工藝，可以分為三大步:
(1) 熱處理前的粗加工及局部精加工，在三軸立式加工中心上需裝夾 3 次 ( 選四軸臥式加工中心的話，可一次裝夾完成全部加工; 只是底面在深孔加工時(shí)冷卻效果不及在立式加工中心上的好) ;
(2) 熱處理;
(3) 精加工包括左側(cè)面和上表面在內(nèi)的 6 個(gè)面，其中大平面的精加工可以安排在磨床上，局部狹窄凹槽等難銑削區(qū)域宜電火花加工，其余仍在加工中心上進(jìn)行精加工。
圖 1 模具型芯
選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，重點(diǎn)考慮如何保證各個(gè)加工面都能分配到合理的加工余量，保證加工面與不加工面的位置尺寸和位置精度，同時(shí)還要為后續(xù)工序提供可靠精基準(zhǔn)。
選擇平面作基準(zhǔn)一般應(yīng)考慮:
(1) 自身定位能力強(qiáng)弱，主要包括: 面域大小、平整程度、粗糙度、裝夾難度、穩(wěn)定程度 ( 不易變形、持久性) 等; 面積越大、粗糙度越低、裝夾越方便的平面優(yōu)先考慮。
(2) 相關(guān)定位能力強(qiáng)弱，主要是指對(duì)尺寸公差關(guān)系的影響程度和對(duì)基準(zhǔn)原則的體現(xiàn)程度。盡量使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和編程原點(diǎn)統(tǒng)一起來。在綜合考慮上述因素的基礎(chǔ)上，確定 3 個(gè)基準(zhǔn)面的主次關(guān)系時(shí)，還應(yīng)盡量避免主要定位基準(zhǔn)與待加工面同方位，將其安排在待加工面的對(duì)面能有效抵抗切削力，也有利于精簡(jiǎn)夾具結(jié)構(gòu)。選擇第二定位基準(zhǔn)應(yīng)考慮其導(dǎo)向作用，與主定位基準(zhǔn)的垂直度、粗糙度，以及同待加工面的位置關(guān)系。
加工上述模具型芯的 3 步中，每一步都存在著確定基準(zhǔn)的問題，而且這么多工序，勢(shì)必要統(tǒng)一基準(zhǔn)。由于主要形狀都在上表面，故與其對(duì)應(yīng)的底面宜作主基準(zhǔn)。另外，構(gòu)成點(diǎn) F 的兩個(gè)側(cè)面的面域較大，支撐效果好; 但再看設(shè)計(jì)尺寸的標(biāo)注情況，在構(gòu)成點(diǎn) O的 3 個(gè)面上尺寸標(biāo)注多，可視點(diǎn) O 為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，同時(shí)其面域用來支撐也是可以的，故從基準(zhǔn)重合的角度，選構(gòu)成點(diǎn) O 的 3 個(gè)面作熱處理前的定位基準(zhǔn)。通常一套模具設(shè)計(jì)圖上只有一個(gè)中心，各零部件的尺寸由此鋪開。加工某具體零部件的時(shí)候，在該件具體的點(diǎn)、線、面上確立基準(zhǔn)，依據(jù)尺寸關(guān)系，建立坐標(biāo)系。如果 3 個(gè)面相互不很垂直 ( 一般情況下，毛坯都達(dá)不到這個(gè)要求) ，則可以在加工底面 ( 通常先加工底面) 的時(shí)候，以底面為主基準(zhǔn)，在另外兩個(gè)側(cè)面上，根據(jù)需要，分別銑出一定長(zhǎng)度的基準(zhǔn)帶供后續(xù)加工用，保證基準(zhǔn)統(tǒng)一，如圖 2 所示。
圖 2 型芯毛坯定位基準(zhǔn)
上述定位基準(zhǔn)用在熱處理之前的加工過程中。熱處理之后，必須檢測(cè)該基準(zhǔn)自身的變形程度，以及形狀面相對(duì)于基準(zhǔn)的變形; 有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)由于變形大而不能再作為基準(zhǔn)使用的情況。因此，在熱處理之前，應(yīng)考慮并預(yù)留更可靠的精加工定位基準(zhǔn)。選擇精基準(zhǔn)時(shí)，重點(diǎn)考慮的是如何減少工件的定位誤差，保證零件的加工精度，同時(shí)也要考慮零件裝卸方便，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
一般應(yīng)遵循以下原則: 基準(zhǔn)重合、基準(zhǔn)統(tǒng)一、自為基準(zhǔn)、互為基準(zhǔn)及裝夾方便等。此例中，8 mm 孔經(jīng)過鉸刀精加工，表面質(zhì)量好，因熱處理而引起的變形也較小，可以作為精加工基準(zhǔn)用。這就是隨后要說到的一種比較典型的方法 ——利用孔或軸的輪廓 ( 中心線) 作定位基準(zhǔn)。以上說的是以模具型芯為代表的單件生產(chǎn)。長(zhǎng)方體件在批量生產(chǎn)的時(shí)候，通常要利用夾具把 3 個(gè)基準(zhǔn)面的位置固定下來，以提高效率。這樣的例子很常見，文中不再贅述。
但如圖 3 所示的長(zhǎng)方體工件的基準(zhǔn)確定，稍微有些特殊。該件形狀并不復(fù)雜，突出特點(diǎn)是尺寸公差要求很小 ( ± 0. 01 mm) 。屬來料加工，其下料尺寸為 76 mm × 45 mm × 51 mm，為了減少裝夾次數(shù)，生產(chǎn)中將長(zhǎng)度方向的定位塊采用了活動(dòng)量塊，裝夾 ( 如圖 4 所示) 時(shí)定位，裝夾好后移走，這樣在一次裝夾下加工完兩端面和頂面，實(shí)現(xiàn)了工序集中，減少了裝夾次數(shù)，充分發(fā)揮了加工中心的優(yōu)勢(shì)，也保證了 ( 75 ± 0. 01) mm 等尺寸要求。由于加工過程中長(zhǎng)度方向上不存在定位，所以屬于不*定位; 不過實(shí)際加工效果還好，幾乎很少有攢動(dòng)。關(guān)于該件的加工，隨后將專門介紹。
圖 3 滑塊
圖 4 滑塊裝夾示意圖
1. 2 回轉(zhuǎn)體件
回轉(zhuǎn)體件的定位基準(zhǔn)通常選擇其內(nèi) ( 外) 表面。基本方法是: 利用百分表的針頭 ( 或光電感應(yīng)器的觸頭等) ，沿十字形測(cè)出 4 個(gè)點(diǎn)的中心即為中心線位置，詳見圖 5。具體測(cè)量時(shí)，應(yīng)先在孔的正上方 2 —— 3mm 處旋轉(zhuǎn)表針，使針頭大致在被測(cè)孔徑外側(cè) ( 軸的話，應(yīng)偏向內(nèi)側(cè)) ，然后輕壓表針使之進(jìn)入孔內(nèi)，首先找出某一方向上對(duì)稱兩點(diǎn) (如點(diǎn)A和C 或與 AC 線平行的某一位置上的兩點(diǎn)) 的對(duì)稱中心，在此中心線 ( CD 線) 上再找點(diǎn) C 與 D 的等分點(diǎn)O ( 期間需要調(diào)整針頭位置) ，找出之后再旋轉(zhuǎn)一周，查看表針跳動(dòng)情況，以檢查剛才確定的AC 線是否經(jīng)過點(diǎn)O，從而最終找出圓心O 的機(jī)床坐標(biāo) ( 旋轉(zhuǎn)一周，表針靜止不動(dòng)或輕微震顫) 。
在確定過程中應(yīng)注意，表針靜止不動(dòng)有 3 種可能:
(1) 未接觸內(nèi)表面;
(2) 與內(nèi)表面之間的壓力太大而不能跳動(dòng);
(3) 主軸在圓心位置。
由于最終記錄的是圓心位置，視軸線為定位基準(zhǔn)也未嘗不可。關(guān)文獻(xiàn)研究證明二者無實(shí)質(zhì)差別。
圖 5 回轉(zhuǎn)體件基準(zhǔn)孔找正
Z方向的基準(zhǔn)可優(yōu)先考慮上表面。至于哪一個(gè)為主基準(zhǔn)，應(yīng)結(jié)合加工余量和表面粗糙度確定。通常，以回轉(zhuǎn)體為主要特征的零件，內(nèi) ( 外) 表面的定位作用更重要一些，因?yàn)樗鶗?huì)是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，尺寸公差關(guān)系多，限制工件自由度數(shù)目多。
由于杠桿百分表與工件接觸的頂端直徑為 3 mm，所以只要孔徑大于 6 mm，就可以使用; 小于 6 mm時(shí)，可以考慮插入心軸，測(cè)外徑。在通過 CAPP 系統(tǒng)選擇定位基準(zhǔn)的時(shí)候，為了確保正確決策和加工精度，這些影響因素也應(yīng)被考慮。同理，用鍵槽作定位基準(zhǔn)的時(shí)候，由于量塊可以塞進(jìn)去，所以理論上，寬度 1 mm 以上的鍵槽都是可能的定位基準(zhǔn)，在利用CAPP 系統(tǒng)選擇定位基準(zhǔn)的時(shí)候，亦不應(yīng)被忽略。
1. 3 異形件
若工件上缺少可作為定位基準(zhǔn)的恰當(dāng)表面，就有必要人為地制造一些基準(zhǔn)面，使其在加工中起定位作用，這類基準(zhǔn)稱為輔助基準(zhǔn)。
圖 6 為某產(chǎn)品示意圖，批量生產(chǎn)，除了 “成型面”部分之外，其余 5 個(gè)面均為配合面，都需要精加工，精度要求高，同時(shí)成型面上無法裝夾。那么該怎樣裝夾、定位好呢?
仔細(xì)觀察產(chǎn)品圖可以發(fā)現(xiàn)，由 Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3所形成的圓弧面以及構(gòu)成尺寸 70 mm 的上下面都是潛在的定位基準(zhǔn)選項(xiàng)。經(jīng)過分析，最終確定了 Ｒ1、Ｒ3和上平面分別為不同工序的定位基準(zhǔn)，但還不能保證各工序的準(zhǔn)確定位和裝夾.
在不妨礙使用的前提下，在原產(chǎn)品圖上增加工藝孔: 在頂面增加 M8 螺紋，在背面增加 3 × M8 ( 口部10H7 深 8 mm 作定位用) ，故修改產(chǎn)品圖如圖 7 所示。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)而設(shè)計(jì)出如圖 8 所示的鑄造毛坯圖，在鑄件上又增加輔助定位基準(zhǔn)面 A、B 和 C ( 這3 個(gè)基準(zhǔn)屬于增材，使用后都去掉) 。
圖6 某異形件產(chǎn)品圖
圖7 帶工件藝孔的異形件產(chǎn)品圖
圖8 異形件毛坯圖
如前所述，這些基準(zhǔn)分別在不同工序中使用，基準(zhǔn)統(tǒng)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的優(yōu)勢(shì)，盡量在一次裝夾中把所有可以加工的定位基準(zhǔn)都加工出來; 確實(shí)暫不能加工的，則為其加工輔助定位基準(zhǔn)。從實(shí)際加工結(jié)果看，這些定位基準(zhǔn)有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
這些輔助基準(zhǔn)在加工后失去作用，屬于增材的話，事后通常會(huì)被去掉; 減材類 ( 如工藝孔) 一般不影響產(chǎn)品使用，則保留。
從上例可以看出: 對(duì)于批量生產(chǎn)的異形件，在確定基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)緊密結(jié)合加工工藝，充分利用現(xiàn)有形狀上的平面和圓弧面等; 必要時(shí)再通過增材或減材的辦法，增加輔助定位基準(zhǔn)，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。
2 、結(jié)束語
加工中心具有工序集中、生產(chǎn)效率高和加工質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在加工中心上確定工件定位基準(zhǔn)的時(shí)候，應(yīng)考慮如何充分發(fā)揮加工中心的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工的高品質(zhì)和高效率。文中對(duì)長(zhǎng)方體件、回轉(zhuǎn)體件和異形件定位基準(zhǔn)選擇的分析，雖然具體方法不同，但指導(dǎo)思想是一致的: 緊扣產(chǎn)品的加工特征，注重充分發(fā)揮加工中心的優(yōu)勢(shì)，尋求高效優(yōu)質(zhì)的加工過程。
不過，文中只是對(duì)加工中心上定位基準(zhǔn)的確定方法做了一個(gè)初步總結(jié)，還不夠全面，還有很多情況需要今后進(jìn)一步總結(jié)、提煉。