如何选择定位基准

在零件加工过程中，各工序定位基准的选择，首先应根据工件定位要限制的自由度来确定定位基面的个数，然后再根据基准选择的规律正确地选择每个定位基面。

工件定位时，究竟需要几个表面定位，要根据加工表面的位置精度要求和对工件应限制的自由度数来确定。例如，对于图2⁃10b所示的支承块，为获得尺寸H用铣刀加工顶面时，通常只选择底面这一个表面定位即可；而加工B、C表面时，为获得尺寸b和h，并保证加工面与基面A、F的平行度要求，则应选择A、F两个表面定位；至于两孔的钻削加工，当采用钻模加工时，为获得距离尺寸l₁与l₂，并保证孔的轴心线与底面的垂直度要求，应选择A、F及D三个表面定位，孔距尺寸l由钻模板上钻套间的距离精度保证。正确选择定位基面数的问题，实际工作中还应考虑零件在夹具中的定位。

任何空间的刚体对于三个相互垂直的平面来说，都有六个自由度，即沿三个互相垂直的轴向移动和绕这三个轴的转动。所以要使工件在夹具上有固定不变的位置，就应限制这六个自由度。每限制一个自由度，工件就与夹具上的一个点相接触，所以限制六个自由度，在夹具上就应有六个点。以六个点限制工件六个自由度的方法，一般称为“六点定则”。

图2⁃15a所示，在XOZ平面上的三个点，限制了工件的三个自由度，工件不能绕OX、OZ转动和沿OY轴移动。在ZOY平面上的两个点，限制了工件的两个自由度，工件不能沿OX轴移动和绕OY轴转动。在YOX平面上的一个点，限制了工件沿OZ方向移动的最后一个自由度。

由图2⁃15b可以看出，矩形工件在夹具中定位时，其位置完全决定于下列三个表面：

图2⁃15 矩形工件完全定位的典型图

a）空间矩形工件的六个自由度 b）矩形工件在夹具中的定位

1）表面A。它有三个承点，限制工件的三个自由度，这个表面叫做主要定位基准。如果把这个定位表面上的三个支承点连接起来，就得到一个三角形。这个三角形越大，工件放得就越稳固，因此，也越能保持工件表面间的位置精度，所以常选工件上最大表面作为主要定位基准。

2）表面B。它有两个支承点，限制工件的两个自由度，这个表面叫做导向定位基准。表面B越长，这两个支承点间距离就越远，而工件对侧座标平面的位置也就更准、更可靠，所以常选工件上最长的表面作为导向定位基准。

3）表面C。它有一个支承点，限制工件最后一个自由度，这个表面叫做止推定位基准。常选用工件上最短最狭窄的表面作为止堆表面。

工件和夹具上的平面都有制造误差，因此工件表面也只能有几个点与夹具接触。所以，夹具上所有的定位表面都可以用支承点（如支承钉等）代替。

圆柱表面在夹具中定位时，用来限制工件六个自由度的支承点，在三个座标平面内的分布与上述略有不同，图2⁃16为圆柱体定位时六个支承点的分布情况。在圆柱表面上的四个支承点，限制了工件在OX和OY轴的移动和转动；端面上的一个支承点，限制了工件在OZ轴的移动；另外在键槽上的一个支承点，限制了工件绕OZ轴的转动。

图2⁃17为盘形工件的定位情况。在工件的端面上分布有三个支承点，在圆柱面上有两支承点，在键槽侧面上有一个支承点，限制了工件的六个自由度。

图2⁃16 圆柱体工件定位时六个支承点的分布情况

图2⁃18为具有部分圆柱面的工件的连杆的定位情况。在连杆的底平面上有三个支承点，连杆的大头圆柱面由V形体来定位，有两个支承点；另外一个支承点抵住连杆小头侧面，用来限制连杆绕大头圆柱中心的转动，使连杆的位置完全确定。

图2⁃17 盘形工件定位时六个支承点的分布情况

图2⁃18 连杆定位的情况

图2⁃15至图2⁃18都是以工件上实际表面为基准的定位情况。如果工件要求以假想基准（如中心线、中心面等）来定位时，则与上述情况又有不同。

如果要在等腰三角形工件上加工圆孔，并要求孔中心距底边有一定距离且在等腰夹角的平分线上，则工件的定位方法如图2⁃19所示。工件底面上有三个支承点，限制了工件沿X轴的移动和绕Y轴的转动。这样就能满足圆孔中心距底边有一定距离的要求。但工件的另一加工要求为孔中心必须在等腰夹角的平分线上。等腰夹角的中心线为假想基准，不可能与定位支承点接触，所以采用可以滑动的V形体限制工件沿Z轴的移动，并使工件的两等腰夹角的中心位置固定。从表面上看来，好像是用V形体上的两个点来限制工件沿Z轴移动的自由度，但实际上并不是，而是以V形体上平分夹角的一个假想支承点来限制工件沿Z轴的移动，所以还是符合六点定则的定位方法。

图2⁃19 工件以假想基准的定位方法

在实际工作中，工件定位时不一定要将六个自由度都完全限制，而是根据工序的要求决定限制哪几个自由度。如在平面磨床上加工板形工件时，若只需要控制其厚度，则工件的定位只需要一个基准面，限制三个自由度就够了。

图2⁃20b所示，工件被加工表面的位置由两个尺寸X、Y来决定。要想在调整好的机床上自动获得这些尺寸，必须根据基准1和2定位，并限制住五个自由度就能满足要求，因此工件沿Z轴的定位不准确也没有关系。

在图2⁃20a的工件图上，加工表面的位置由三个尺寸X、Y、Z来决定。当工件在已经调整好的机床上加工时，必须根据三个基准1、2和3定位，并限制住六个自由度。

根据上述情况，工件定位时自由度的限制，最少是三个最多是六个。限制的自由度愈多，设计时应考虑的问题也愈多，所以，必须根据工序的要求，只限制影响工件尺寸的那些自由度。

工件在夹具中的定位若超过所需要的点，例如在一个平面上超过三个点时，就会造成过定位。因为支承点的数目过多时，工件就不会同时支在所有的支承上，如要把工件压紧在全部支承上，就会造成工件的变形。

在制订工艺规程时，由于选择的定位基准与原始基准不重合，将会引起原始尺寸的误差。这种误差仅仅和定位基准的选择有关，若定位基准与原始基准重合，则原始尺寸误差λ=0，若定位基准与原始基准不重合，则λ的大小应等于定位基准与原始基准相对位置间朝原始尺寸方向的最大总误差。

图2⁃20 工件定位图

a）铣槽时的完全定位 b）铣台阶时的不完全定位

图2⁃21 误差λ与定位基准选择的关系

a）选用平面M作定位基准 b）平面H与平面K之间的偏差b c）选用平面H作定位基准 d）选用平面K作定位基准

图2⁃21表示加工轴承座上的孔，保持原始尺寸A_u在偏差范围a_u内。图2⁃21a表示选用平面M作为定位基准，因为平面M与平面H之间有偏差c，而平面H与平面K之间又有偏差b，见图2⁃21b，因而孔与平面K之间，除其他原因可能产生的误差不计外，必然会产生一项相当于平面M与平面H、平面H与平面K之间的相对误差，即：

λ=b+c

若选用平面H作为定位基准，如图2⁃21c所示，则因定位基准与原始基准不重合而引起的误差仅仅是平面H与K之间的相对误差，即：

λ=b

若选平面K作为定位基准，如图2⁃21d所示，则：

λ=0

根据以上所述，可以得出这样一个结论：在选择定位基准时最好使它与原始基准重合，否则必然会由于基准不重合而产生误差。然而有时为了考虑加工方便或其他影响精度的因素，不得不采用基准不重合的情况。但这种情况。但这种情况只能用在当基准不重合误差的数值，小于原始尺寸偏差与其他误差之差，而且此时所用的夹具结构要比基准重合时的结构简单。

工件定位所需的基面数确定之后，如何正确地去选择每一定位基面，生产中已总结出一些规律，下面须次介绍起始工序所用的粗基准和最终工序（含中间工序）所用的精基准的选择问题。

1.粗基准的选择

在起始工序中，工件定位只能选择未经加工的毛坯表面，这种定位表面称为粗基准。粗基准选择的好坏，对以后各加工表面的加工余量的分配，以及工件上加工表面和不加工表面的相对位置均有很大的影响。因此，必须十分重视粗基准的选择。粗基准选择总的要求是为后续工序提供必要的定位基面，具体选择时应考虑下列原则：

1）对于具有不加工表面的工件，为保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。

例如，图2⁃22所示的套类零件，外圆表面1为不加工表面，为了保证镗孔后壁厚均匀（即内外圆表面的偏心较小），应选择外圆表面1为粗基准。

又如图2⁃23a所示的箱体零件，箱体内壁A面和B面均为不加工表面。为了防止位于Ⅱ孔轴心线上齿轮的外圆装配时和箱体内壁A面相碰，设计时已考虑留有间隙Δ（见图2⁃23b），并由加工尺寸a，b予以保证。

图2⁃22 套的粗基准选择

1—外圆表面

图2⁃23 箱体零件图

a）箱体零件图 b）齿轮装配后的间隙

加工图2⁃23所示的箱体时，如果先选择A面为粗基准加工C面（见图2⁃24a），然后以C面为精基准加工Ⅱ孔（见图2⁃24b），先后分别保证加工尺寸a和b，则间隙Δ可间接获得，保证齿轮外圆不与A面相碰。反之，如果先选择B面为粗基准加工D面，然后以D面为精基准加工C面，最后以C面定位加工Ⅱ孔，先后顺次获得加工尺寸d、c和b，则尺寸a除了因尺寸d、c的加工误差而发生变化外，还将随着毛坯内壁A、B两面间的距离尺寸的变化而变化。由于毛坯尺寸误差较大，尺寸a的误差必随之较大。当尺寸a大到使间隙Δ为负值时，则齿轮装配时必然和A面相碰。显然，后面这一加工方案的粗基准选择是不正确的，这也表明，当零件上存在若干个不加工表面时，应选择与加工表面的相对位置有紧密联系的不加工表面作为粗基准。

不加工表面与加工表面间相对位置的具体要求是比较多的。除了上述两例中的壁厚均匀和旋转件不得和箱体内壁相碰外，诸如零件外形要对称美观，凸缘位置偏移要小等等，生产中应结合具体零件进行具体分析。

2）对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量。在分配加工余量时应注意以下几点：

①应保证各加工表面都有足够的加工余量。

②对于某些重要的表面（如导轨面和重要的内孔等），应尽可能使其加工余量均匀，对导轨面且要求加工余量尽可能小一些，以便能获得硬度和耐磨性更好的表面。

③使工件上各加工表面总的金属切除量最小。

为了保证第一项要求，粗基准应选择毛坯上加工余量最小的表面。例如，对于图2⁃25所示的阶梯轴，应选择ϕ55的外圆表面作粗基准，因其加工余量较小。如果选ϕ108的外圆表面为粗基准加工ϕ55表面，当两个外圆的表面的偏心为3mm时，则加工后的ϕ50的外圆表面，因一侧加工余量不足而出现部分毛面，使工件报废。

为了保证第二项要求，应选择那些重要表面为粗基准。例如图2⁃26所示的床身零件，应选择导轨面为粗基准。以导轨面定位加工与床腿的连接面，可消除较大的毛坯误差，使连接面与导轨毛坯基本平行。当以连接面为精基准加工导轨面时，导轨面的加工余量就比较均匀，而且可以比较小。

图2⁃24 箱体加工粗基准选择(www.xing528.com)

a）选择A面为粗基准 b）以C为精基准加工Ⅱ孔

图2⁃25 阶梯轴粗基准选择

图2⁃26 床身粗基准选择

为了保证第三项要求，应选择工件上那些加工面积较大，形状比较复杂因而加工劳动量较大的表面为粗基准。仍以图2⁃26所示床身零件为例，当选择导轨面为粗基准加工与床腿连接的表面时，由于加工面是一简单平面，且面积较小，即使切去较大的加工余量，金属的切除量并不大。加之以后导轨面的加工余量又比较小，所以工件上总的金属切除量也就比较小。

3）作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其他表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便。

4）由于毛坯表面比较粗糙且精度较低，一般情况下同一尺寸方向上的粗基准表面只能使用一次。否则，因重复使用所产生的定位误差会引起相应加工表面间出现较大的位置误差。例如，图2⁃27所示的小轴，如果重复使用毛坯表面B定位去分别加工表面A和C，必然会使此两加工表面产生较大的同轴度误差。

上述粗基准选择的原则，每一条都只说明一个方面的问题，实际应用时往往会出现相互矛盾的情况，这就要求全面考虑，灵活运用，保证主要的要求。当运用上述原则对毛坯进行划线时，还可通过“借”的办法，兼顾以上各原则（主要是前两条原则）。

2.精基准选择

在最终工序和中间工序中，应采用已加工表面定位，这种定位基面称为精基准。精基准的选择，不仅影响工件的加工质量，而且与工件安装是否方便可靠也有很大关系。选择精基准的原则如下：

1）为了比较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度，应选择加工表面的设计基准为定位基准。这一原则通常称为“基准重合”原则。

图2⁃27 重复使用粗基准示例

例如图2⁃28所示的零件，当零件表面间的尺寸按图2⁃28a标注时，表面B和表面C的加工，从“基准重合”原则出发，应选择表面A（设计基准）为定位基准。加工后，表面B、C相对A面的平行度取决于机床的几何精度；尺寸精度T_a和T_b则取决于机床—刀具—工件工艺系统的一系列工艺因素。

图2⁃28 图示零件的两种尺寸标注法

A、C—加工面 B—毛坯面

a）第一种尺寸标注法 b）第二种尺寸标注法

图2⁃29 基准不重合误差示例

a）加工情况 b）误差分布 A—定位面 C—加工面

按调整法加工表面B和表面C时，尽管刀具相对定位基面A的位置是按照尺寸a和b预先调定的，而且在一批工件的加工过程中是始终不变的，但是由于工艺系统中许多工艺因素的影响，一批零件加工后的尺寸a和b仍会产生误差Δ_a和Δb，这种误差叫做加工误差。在基准重合的条件下，只要这种误差不大于尺寸a和b的偏差（即Δa≤T_a，Δb≤T_b），加工零件即不会产生废品。

当零件表面间的尺寸标注如图2⁃28b所示时，如果仍选择表面A为定位基准，并按调整法分别加工表面B和C，对于表面B来说，是符合“基准重合”原则，对表面C则不符合。

表面C的加工情况如图2⁃29a所示，加工后尺寸c的误差分布如图2⁃29b所示。由图中b）可明显看出：在加工尺寸c中，不仅包含有本工序的加工误差（Δj），而且还包含有由于基准不重合所带来的设计基准（C）与定位基准（A）间的尺寸误差（Δch），这个误差叫做基准不重合误差，其最大允许值为定位基准与设计基准间位置尺寸a的偏差T_a。为了保证加工尺寸c的精度要求，上述两个误差之和应小于或等于尺寸c的偏差T_c（暂不考虑夹的有关误差）。

即Δj+Δch（T_a）≤T_c

从上式可以看出，在T_c为一定值时，由于Δch的出现，势必要缩小Δj值，即需要提高本工序的加工精度。因此，选择定位基准时应尽可能遵守“基准重合”原则。应当指出：“基准重合”原则对于保证表面间的相对位置精度（如平行度、同轴度等）也完全适用。

2）定位基准的选择应便于工件的安装与加工，并使夹具的结构简单。

例如图2⁃28b所示的零件，当加工表面C时，如果采用“基准重合”原则，则应选择表面B为定位基准，工件的安装如图2⁃30所示。这样不仅工件安装不方便，夹具的结构也将复杂的多。如果采用图2⁃29所示的A面定位，虽然可使工件安装方便，夹具结构也简单些，但又会产生基准不重合误差Δch。定位基准选择中的上述矛盾是经常出现的，在这种情况下，首先要认真分析T_c和Δj及Δch三者间的数量关系，然后采取不同的处理方案。

当加工尺寸的偏差T_c值较大，而加工表面B、C的加工误差又比较小时，即T_c≥Δj+Δch时，应优先考虑工件安装的要求，选择表面A为定位基准。

图2⁃30 基准重合工件安装示意图

A—夹紧表面 B—定位表面 C—加工面

当加工尺寸的偏差T_c值较小，而加工表面B、C的加工误差又比较大时，即T_c<Δj+Δch时，可考虑以下三种方案：

①改变加工方法或采取其他工艺措施，提高表面B和C的加工精度，即减小Δj和Δch的数值，使T_c>Δj+Δch，这样仍可选择A面为定位基准。

图2⁃31 组合铣削加工

A—定位面 B、C—加工面

②以表面B定位，消除基准不重合误差Δch，这样往往要采用结构比较复杂的夹具。为了保证加工精度，有时不得不采取这种方案。

③采用组合铣削，以A面定位同时加工表面B和表面C，如图2⁃31所示。这样可使表面B、C间的位置精度（平行度）和尺寸精度都与工件的定位无关。表面间的尺寸精度主要取决于两铣刀直径的差值。

3）当工件以某一组精基准定位，可以比较方便地加工其他各表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如，阀杆类零件的大多数工序都采用顶尖孔为定位基准，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及基准端面为定位基准。

采用“基准统一”原则有以下优点：

①简化了工艺过程的制订，使各工序所用夹具比较统一，从而减少了设计和制造夹具的时间和费用。

②采用“基准统一”，可减少基准变换所带来的基准不重合误差。例如，图2⁃32a所示的箱体零件，为获得尺寸a、b和h需加工其凸缘端面时，可以利用已加工过的底面及两侧面1、2为定位基准。此时有两种加工及定位方案：第一个方案的加工和定位如图2⁃32b～d所示，即先以底面和侧面1定位加工M端面，然后以底面和侧面2定位加工N端面，最后再以底面和侧面1定位加工P端面，三次加工的侧面定位先后变换三次；第二个方案的加工和定位如图2⁃32b、e、f所示，即三个端面M、N、P的加工，是采用统一的底面和侧面1为定位基准，而且N、P面的加工可以在一次安装中用组合铣削加工。

图2⁃32 基准变换的误差分析

下面分析一下两种方案的误差情况。

第一方案（基准变换）

当加工端面M时，图2⁃32b中，除了产生加工误差Δc外，由于定位基准（侧面1）和尺寸a的设计基准（孔的轴心线）不重合，还产生基准不重合误差Δcha，Δcha=T_A：

当加工端面N时，图2⁃32c中，定位基准（侧面2）和尺寸b的设计基准（端面M）不重合，两者间的距离为x，基准不重合误差Δchb=Δx。由于尺寸x的大小受已加工尺寸B和C的影响，在尺寸x、B和C所构成的尺寸链中，x为封闭环，所以尺寸x的误差Δx=T_B+ΔC，即基准不重合误差：

Δ_chb=Δx=T_B+ΔC

当加工端面P时，图2⁃32d中，定位基准（侧面1）和尺寸h的设计基准（端面N）不重合，两者间的距离x受已加工尺寸b和c的影响，故基准不重合误差Δchh=Δx=T_b+ΔC。

第二方案（基准统一）：

端面M的加工和定位与第一方案相同，故基准不重合误差Δ′cha=Δcha=T_A。

端面N的加工和定位如图2⁃32e所示。定位基面（侧面1）与尺寸b的设计基准（端面M）不重合，基准不重合误差Δ′chb=ΔC。显然，Δ′chb<Δahb。

端面P的加工和定位如图2⁃32f所示。虽然定位基准（侧面1）与尺寸h的设计基准（端面N）不重合，但由于端面N、P是在一次安装中，按调整法调整好铣刀间的轴向尺寸加工的、尺寸h的精度与定位无关，故Δ′chh=0。

从以上两个方案的对比分析中可以看出，采用“基准统一”原则，可以消除因基准变换所引起的基准不重合误差，同时还可以在一次安装中加工出位置精度较高的表面。

必须指出，由于采用“基准统一”原则，某些表面因基准不重合而不能保证加工精度时，必须改用该加工表面的设计基准为定位基准，不应强求统一。

4）某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工表面本身作为定位基准。加工表面的位置精度应由前工序保证。

例如，磨削床身的导轨面时，就是以导轨面找正定位，如图2⁃33所示。此外，采用浮动铰刀铰孔，用圆拉刀拉孔以及用无心磨磨削外圆表面等，都是以加工表面本身作为定位基准的实例。

3.辅助基准的应用

工件定位时，为了保证加工表面的位置精度，多优先选择设计基准或装配基准为定位基准，这些基准一般均为零件上的重要工作表面。但有些零件的加工，为了安装方便或易于实现基准统一，人为地造成一种定位基准，如图2⁃6所示零件上的工艺凸台和阀杆类零件加工所用的顶尖孔等，这些表面不是零件上的工作表面，在零件的工作中不起任何作用，只是由于工艺上的需要才做出的，这种基准称为辅助基准。此外，零件上的某些次要的自由表面（非配合表面），因工艺上宜作为定位基准，而提高其加工精度和表面质量备定位时使用，这种表面也属于辅助基准。例如，阀杆的外圆表面，从螺旋副的传动看是非配合的次要表面。但在阀杆螺纹的加工中，外圆表面是导向基面，它的圆度和圆柱度直接影响螺纹的加工精度，所以应提高其形状精度，并降低其表面粗糙度。

图2⁃33 按加工表面本身找正定位