本文整理《机械加工工艺规程与定位基准设计》一课。本课是第一章定位的收尾与第二章工艺规程/基准的开篇内容分四大块第一块在六点定位基础上辨析欠定位与过定位重点讲组合定位中移动自由度被重复约束时的三步骤等效分析法以及把短圆柱销改为菱形销消除过定位第二块用齿轮大平面长销、双顶针三爪卡盘、大平面双 V 形块、高精度刀柄四个案例讲清过定位的识别、危害、允许条件与改进措施第三块讲基准的分类与定义设计基准工艺基准中的工序/定位/测量/装配基准原有/附加基准、粗/精基准第四块进入工艺规程设计——工艺规程的作用、工艺过程卡片与工序卡片、设计原则与所需资料、设计步骤并集中讲解结构工艺性审查退刀槽、越程槽、钻孔、圆角、键槽、大平面减工等、毛坯选择和粗基准选择三原则套筒外圆、床身导轨两个经典例子。文末附案例对照表、基准分类表、结构工艺性表、粗基准表、待核对清单和主动回忆题含答案要点。一、核心结论欠定位欠约束本应约束的自由度没有被约束会导致工件位置不确定、无法保证加工要求绝对不允许。过定位重复定位/超定位同一个自由度被两个或多个定位元件重复约束。过定位要分情况定位面/工件精度很高时可以提高接触刚性是允许的精度较差时会引起工件或夹具变形、破坏定位一般不允许需设法消除。组合定位中若移动自由度被重复约束按三步骤等效分析① 按定位元件参与定位的先后初学可按限制自由度的多少分出主要参考面和次要参考面② 假设主要参考面限制的自由度类型不变③ 设想工件沿次要参考面所约束的方向移动若主要参考点不动则该移动可等效为绕主要参考点的转动若无法等效如两孔圆心共线方向则该移动自由度确属被重复约束判为过定位。组合定位中若转动旋转自由度被同步重复约束一般不再做等效处理直接判定为过定位并采取措施消除。两块长条形支撑板两个短圆柱销案例两块长条支撑板等效为一个矩形大平面约束 1 个移动2 个转动共 3 个自由度两个短圆柱销各约束 2 个移动结果沿两销连心方向的移动被重复约束由于夹具两销中心距固定而毛坯两孔中心距有误差会装不进或强迫变形。把其中一个短圆柱销换成菱形销削边销利用菱形销只约束一个方向移动的特点消除重复约束得到完全定位。齿轮大平面长销案例大平面约束 1 移动2 转动长销约束 2 移动2 转动两个转动自由度被同步重复约束属过定位毛坯端面不平、夹紧时强迫端面与大平面贴合造成工件/夹具变形使车出的大端面对内孔轴线垂直度超差。理论上改小平面长销可消除过定位但因螺母沿轴向垂直夹紧会强迫端面贴合实际仍有误差轻载可用橡胶垫靠弹性变形补偿重载宜采用自定心涨开机构或楔块斜块移动错位补偿。固定顶尖浮动活动顶尖长夹持三爪卡盘案例两顶尖约束 5 个自由度、长距离三爪卡盘约束 4 个自由度组合后明显过定位改进思路是去掉三爪卡盘、改用拨盘鸡心夹头带动工件旋转或对短轴直接去掉一侧顶尖轴向移动可不约束用程序安全距离补偿长轴则需中心架/跟刀架增强刚性。大平面固定 V 形块浮动 V 形块案例大平面约束 3 个自由度固定 V 形块约束 2 个移动浮动 V 形块只约束 1 个移动造成某一移动方向重复该方向过圆心无法等效为转动改进办法是让浮动 V 形块只起夹紧作用、不参与定位此时允许保留绕工件轴线的转动自由度钻中心孔不受影响。过定位并非一律有害高精度刀柄如 HSK 类采用大锥度心轴约 5 个自由度定位端面接触平面 3 个自由度合计超过 6 个属过定位但因零件制造极精密反而能提高接触刚性与连接可靠性在精密装配场合允许一般普通精度产品不建议采用。定位分析有两种方法分项分线分析法把每个定位元件约束的自由度逐个列出再组合适合判断过定位初学推荐整体分析法从工件整体被制约情况判断更适合判断欠定位初学不易掌握。基准是用来确定加工对象上几何要素点、线、面位置关系尺寸起始位置的那些点、线、面。按用途分设计基准和工艺基准工艺基准又分工序基准、定位基准、测量基准、装配基准本章重点是定位基准。基准还有两组分类按工件上是否原有分为原有基准与附加基准为工艺需要专门加工出来的如轴两端中心孔、箱体工艺凸台按基准面是否加工过分为粗基准毛坯面与精基准已加工面。工艺规程是生产中的指导性文件纸质常贴在机床旁、电子厂用 MES 显示是生产准备工作的依据也是新建车间/工厂的基本技术条件。单件小批、普通加工用机械加工工艺过程卡片大批量生产用更细致的机械加工工序卡片一工序一卡含工步、装备、参数、工时。工艺规程设计原则保证加工质量、满足生产纲领、高效率低成本、充分利用现有条件并平衡生产、减轻劳动强度保障安全、尽量采用先进工艺技术。工艺规程设计步骤读图技术要求/材料/能否生产→ 工艺审查结构工艺性→ 熟悉确定毛坯 → 确定工艺路线核心→ 确定工艺装备 → 确定各工序技术要求与解决方法 → 确定加工余量、计算工序尺寸与公差 → 确定切削用量与时间定额 → 数控自动编程 → 评估工艺路线并填写工艺文件。常见结构工艺性问题螺纹/插齿键槽根部要留退刀槽空刀槽以防打刀和残留死角内螺纹退刀槽在加工底孔时就做出高粗糙度如 Ra0.4轴肩磨削要留砂轮越程槽以防直角残留影响装配钻孔的切入、切出表面应平整以防钻头偏斜深长孔可在铸/锻时预铸更大的空刀内外圆角半径尽量统一、避免过小便于同一把铣刀加工、避免满刀切降低刀具寿命同一圆周上的键槽尽量同向、同宽一次装夹加工大平面可中部挖空以减少加工面积、保证平面度多个退刀槽尺寸尽量统一以减少换刀。毛坯依据零件作用、外形尺寸、材料工艺特性和生产批量选择常见有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材现代汽车大型复杂件越来越多采用压铸/一体化压铸。粗基准选择三原则① 要保证加工面与不加工面之间的相互位置关系时选不加工面作粗基准套筒类选不加工外圆夹外圆镗内孔可保证内外圆同轴、壁厚均匀② 要保证某重要表面加工余量均匀时选该重要表面本身作粗基准床身先以导轨面为粗基准加工床脚再以加工后的床脚为精基准加工导轨保证导轨余量均匀③ 粗基准应平整、无飞边/浇冒口/分型面等缺陷且一般不得重复使用粗基准只能作主要定位面用一次作次要基准可酌情。二、知识结构定位基本概念欠定位、过定位的定义与允许条件组合定位过定位分析移动自由度重复的三步骤、转动自由度重复直接判定过定位案例支撑板双圆柱销菱形销、齿轮大平面长销、双顶针三爪、双 V 形块、高精度刀柄定位分析方法分项分析法、整体分析法基准基准定义原有/附加、粗/精两组分类设计基准与四种工艺基准工艺规程作用、两类工艺卡片、设计原则、所需资料、设计步骤结构工艺性审查退刀槽/越程槽/钻孔/圆角/键槽/大平面等毛坯选择与粗基准三原则套筒、床身导轨实例三、详细笔记3.1 欠定位与过定位六点定位原理用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度。在此基础上欠定位限定位工件本应被限制的自由度没有被限制定位不足加工要求无法保证是绝对不允许的定位错误。过定位重复定位某一个自由度被两个或两个以上定位元件重复限制。过定位是否允许要看条件当工件定位基面和定位元件精度很高时过定位能增加接触刚度、提高定位的稳固性允许采用当精度较差时过定位会使工件或定位元件产生变形、接触不良、定位不稳定反而破坏定位精度应当消除。3.2 组合定位中移动自由度重复的三步骤分析法当组合定位中某一移动自由度被重复限制时按以下三步判断它实际等效约束了什么分主次参考面按定位元件参与定位的先后顺序分出主要参考面、次要参考面初学时难以判断先后可简单地把限制自由度较多的定位元件作为主要参考面少的作为次要参考面。固定主要参考面的约束类型假设主要参考面所限制的自由度类型保持不变。对次要参考面做等效设想工件沿次要参考面所约束的方向移动而主要参考点保持不动看该移动能否等效为绕主要参考点的转动若能等效则重复的移动实际转化为转动约束不构成过定位若不能等效例如两孔圆心共线沿连心线方向移动时工件姿态不变则该移动自由度仍被重复限制判定为过定位。若是转动自由度被同步重复约束一般不做上述等效直接判为过定位并加以消除。3.3 案例一两块长支撑板两个短圆柱销菱形销改进定位方案工件底面用两块长条形支撑板支承侧面或两孔用左、右两个短圆柱销定位。自由度分析两块长条形支撑板等效为一块矩形大平面相当于三个均布支承钉限制垂直于板面方向的 1 个移动和绕另外两轴的 2 个转动共 3 个自由度单个短圆柱销与孔配合限制垂直于销轴线平面内的 2 个移动左、右两个短圆柱销分别分析时都限制这 2 个移动。组合后沿两销连心方向的移动被两个销重复限制。用三步骤分析取左销为主要参考面、右销为次要参考面工件若沿某方向移动且左销点不动可等效为绕左销点绕垂直板面轴的转动但沿两孔圆心共线连心线方向移动时工件整体平移、姿态不变无法等效为转动故该移动自由度确属重复约束为过定位。危害夹具上两销装好后中心距固定如 41.9 mm而各毛坯件两孔中心距存在误差可能 41.8、42.0 mm 等间距小了塞不进、大了松动强行装入会造成圆柱销或工件变形。改进把其中一个短圆柱销换成菱形销削边销。菱形销只在一个方向上起定位作用只限制垂直于削边方向的移动从而去掉对连心线方向移动的重复约束使组合定位成为完全定位。这是一面两销中最经典的过定位消除方法。3.4 案例二齿轮大平面长销车大端面垂直度超差加工对象齿轮以内孔和小端端面定位、车削大端面大端面对内孔轴线有垂直度要求公差较小课堂约 0.02 mm具体以图样为准。原方案用大平面长销端面靠大平面、内孔套长销端部螺母夹紧。自由度分析大平面限制 1 个移动2 个转动长销限制 2 个移动2 个转动。结果绕 X、Y 两轴的转动被大平面和长销同步重复约束属过定位转动重复直接判过定位。失效原因毛坯端面平整度差夹紧时为使端面与大平面完全贴合而用力拧紧迫使工件或心轴变形变形状态下车出的大端面松开后回弹无法保证与内孔轴线垂直。理论改进改为小平面长销课本给出的标准组合之一减少端面对转动自由度的约束成为不完全定位给端面误差留出转动余地。实际困难该夹具靠螺母沿轴向垂直夹紧即使定位面改成小平面夹紧力仍会强迫端面与定位面贴死、不允许其转动倾斜误差依旧。补偿措施轻载、切削力小可在端面加橡胶垫靠橡胶垫的弹性变形补偿端面不平重载、切削力大橡胶垫被压死后会出现空隙、长度尺寸无法保证应采用自定心涨开机构或楔块斜块移动错位补偿——螺母不直接压端面而是拧动时推动两个楔块向两端涨开实现径向夹紧不强迫端面与定位面贴合。3.5 案例三双顶针三爪卡盘车轴固定顶尖与浮动活动顶尖顶住轴两端两顶尖组合共约束 5 个自由度只放开绕自身轴线的转动当三爪卡盘夹持轴的距离较长时长夹持的三爪卡盘又约束 4 个自由度2 移动2 转动。工件总共只有 6 个自由度二者组合明显过定位。问题根源顶尖本身只顶住中心孔、不带动工件回转初学者常再用三爪卡盘夹住一段并靠卡盘带动旋转造成重复约束。改进思路去掉三爪卡盘改用**拨盘鸡心夹头卡箍**拨动工件回转两顶尖只负责定位若只是车削表面层、轴较短可直接去掉一侧顶尖——被去掉的轴向移动约束用车削程序中更长的安全距离来补偿刀具从头车到尾轴向略有窜动不影响加工长轴时不能简单去顶尖否则轴会弯曲需加中心架或跟刀架提高刚性。3.6 案例四大平面固定 V 形块浮动 V 形块大平面底面约束 3 个自由度左侧固定 V 形块对圆柱形工件约束 2 个移动右侧是可左右移动的浮动 V 形块只约束 1 个移动。组合后某一横向移动被固定 V 形块和浮动 V 形块重复约束由于接触点过圆心该移动无法等效为绕圆心的转动判为过定位。改进右侧浮动 V 形块不再承担定位只起夹紧作用。大平面固定 V 形块已约束 5 个自由度剩下绕工件自身轴线的转动可以不限制例如钻中心孔时工件绕轴线转不影响中心孔位置。3.7 过定位的合理利用高精度刀柄传统大锥度心轴定位约约束 5 个自由度放开绕轴线转动一些高精度刀柄如 HSK 类在此基础上又让定位端面同时接触端面平面再约束 3 个自由度合计超过 6 个属于过定位。但刀柄各零件在装配前都经过极精密加工表面粗糙度、形位公差、尺寸公差要求很高这种过定位能显著提高锥面与端面的接触刚性和连接可靠性因此在精密装配场合允许且有益普通精度的一般产品不要轻易采用。3.8 定位分析的两种方法分项分线分析法分别分析每一个定位元件各自限制了哪些自由度再组合起来判断是否重复过定位。条理清楚是判断过定位的主要方法初学推荐。整体分析法从工件整体被制约的运动情况直接判断更适合判断是否欠定位但需要较强的工程经验如能判断键槽等结构到底要不要限制某方向初学不易掌握不建议一开始就用。3.9 基准的基本概念与分类基准零件上用来确定其他点、线、面位置即尺寸标注起始位置的那些点、线、面。按用途分为两大类设计基准设计人员根据零件在装配结构中的装配关系、以及零件本身结构要素之间的相互位置关系所确定的标注尺寸起始位置可以是点、线、面。一个尺寸两端的要素都可作为该尺寸的设计基准如某高度尺寸的两个端面都可作为其设计基准。工艺基准工艺过程中所使用的基准由工艺人员确定又分四种工序基准在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准正规工序图多为单向标注由定位端面指向被加工面。定位基准本章重点加工时用来确定工件在机床或夹具中正确位置所依据的基准。测量基准加工后检验、测量时所依据的基准。装配基准装配时用来确定零件在产品部件中相对位置所依据的基准。另外两组常见分类按工件上是否原有原有基准毛坯/零件上本来就有的要素与附加基准零件功能上并不需要、纯粹为了工艺定位需要而专门加工出来的要素如轴两端的中心孔、为便于定位在箱体上铸出的工艺凸台。按基准面是否加工过以毛坯未加工面作基准称粗基准以已加工面作基准称精基准。3.10 工艺规程的作用、卡片与设计原则作用工艺规程是规定零件工艺过程和操作方法等的指导性工艺文件纸质文件常挂/贴在机床旁数字化车间在 MES 等终端显示它是生产准备备料、设备、工装、人员的依据也是新建工厂或车间的基本技术条件。两类主要工艺卡片机械加工工艺过程卡片内容较集中列出各工序及对应车间、设备、工艺装备等用于单件小批、普通加工方法机械加工工序卡片大批量生产时使用一个工序一张卡详细写明工步内容、每个工步所用装备、具体工艺参数和时间定额。设计原则保证零件加工质量达到图纸规定的各项精度指标满足生产纲领年生产批量大批量应采用专用夹具、专用机床等高效方案具有较高生产效率和较低成本充分利用现有生产条件并注意平衡生产多种产品共用设备时避免某台设备被单一产品占满而使其他产品停滞减轻工人劳动强度、保障安全生产在可能条件下采用先进工艺和技术。设计前应掌握的资料本车间生产情况、相关工艺与设备手册、标准技术规程、零件图、验收标准、年生产量等。3.11 工艺规程设计的步骤读图看懂零件图了解性能指标、技术要求和材料初步评估本厂是否具备加工条件接单/试生产阶段尤其重要工艺审查审查设计结构是否满足工艺生产条件结构工艺性见 3.12熟悉并确定毛坯明确毛坯是铸、锻、焊、冲压还是型材了解分型面、浇冒口残余等不能精确定位的部位确定工艺路线核心确定各表面的定位基准和加工方法车、铣、刨、磨、钻、热处理等的先后顺序确定满足各工序要求的工艺装备机床、夹具、刀具、量具确定各主要工序的技术要求和保证解决方法确定各工序加工余量计算工序尺寸和公差确定切削用量和时间定额数控加工时进行自动编程评估工艺路线是否合理、有无更优方案并填写工艺文件。3.12 结构工艺性审查常见实例孔/箱壁离端面太近钻头进给时顶部被干涉需加长钻头钻头越长刚性越差、易弯易折且铸造圆角处麻花钻接触圆角不易定心钻入。改进把箱带凸缘加长避开干涉或直接延伸到端面。螺纹退刀槽车螺纹到台阶处若退刀不及时易打刀撞刀且刀尖带圆弧会在尾部留下车不掉的残留、使最后一牙不完整。应在加工内螺纹底孔孔时就预先车出退刀槽不是车螺纹时才加工螺纹车到槽内退刀既防打刀又清除死角。插齿/键槽空刀槽插齿加工键槽时底部若无退刀空间也易打刀、难以保证槽深带台阶的齿轮插齿过深会破坏台阶面需在槽底留出空刀范围。砂轮越程槽对表面粗糙度要求很高如 Ra 0.4车削达不到、需磨削的轴肩砂轮边缘为直角在轴肩转角处磨不到、留下直角残留死角装配时相关零件不能贴紧、易晃动故磨削轴肩必须留越程槽。钻孔表面钻头切入和切出的表面都应尽量平整在斜面、曲面上钻孔时钻头易打滑偏斜、甚至折断。深长孔可在铸造或锻造时预先留出比孔径大的空刀孔洞关键部位只钻较短一段减少加工量。加工面等高需加工的平面高度不一致时要多次调整刀具高度、影响效率可在设计上统一高度减少调刀和空行程。退刀槽尺寸统一一根轴上多个退刀槽宽度不一如 5、4、3时需多把成形车刀、多次换刀效率低应尽量统一尺寸用一把刀加工。大平面减工大平面平面度难保证、加工面积大效率低轴承座、箱体等可把中部挖去一部分只保证周边接触区域的平面度既减少加工面积又利于保证平面度。圆角内、外圆角半径尽量相同以便用同一把铣刀加工、减少换刀圆角不宜过小过小的凹圆弧会使铣刀轮廓一次全部包络满刀切加剧刀具磨损、缩短寿命适当增大圆角可采用更大直径的铣刀、增大刀体接触宽度提高刀具寿命。键槽方向一致同一圆周上的多个平键键槽应尽量布置在同一方向并在满足键长要求前提下使槽宽一致以便一次装夹、一把铣刀加工完成减少反复装夹带来的误差。3.13 毛坯选择选择依据零件在机器中的作用、外形尺寸、材料的工艺特性可铸性、可锻性、可焊性、切削加工性等、生产批量。常见毛坯铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材。冲压件适合形状较简单件复杂件传统上需冲压后焊接现代汽车尤其新能源大型复杂结构件越来越多采用压铸/一体化压铸成形。3.14 粗基准选择三原则本章重点第一道工序面对的都是未加工的毛坯面只能用毛坯面作定位基准即粗基准。选择原则保证加工面与不加工面之间的相互位置关系当零件同时有加工面和不加工面、且二者有位置要求时应选择不加工面作为粗基准。例套筒类铸件若内孔与外圆铸出后不同轴、壁厚不均要求加工后内外圆同轴、壁厚均匀。方案 A 用三爪卡盘夹住不加工的外圆、加工内孔——车内孔的回转轴线与外圆轴线重合可保证同轴度和两端壁厚均匀方案 B 卡住外圆后按毛坯内孔找正以内孔为粗基准加工则加工后内孔仍沿原毛坯内孔轴线、与外圆不重合壁厚一厚一薄无法纠正。故应选不加工外圆作粗基准。保证某重要表面加工余量均匀若要保证某个重要表面的加工余量均匀应选择该重要表面本身作为粗基准。例车床床身有床脚和导轨导轨是有平面度、直线度要求的重要表面。正确做法是先以导轨面为粗基准刨/铣床脚把床脚不平面切去再翻身以加工过的床脚面作为精基准加工导轨——此时加工导轨的基准是已加工、较平整的床脚面导轨切深均匀、余量均匀若一开始就以毛坯床脚为粗基准直接加工导轨毛坯床脚不平会使导轨各点余量不均。保证装夹可靠、基准平整粗基准表面应尽量平整不应有飞边、浇冒口残余、分型分模面等缺陷并且粗基准一般不得重复使用——粗基准粗糙第二次装夹时定位位置会与第一次不一致、轴线跑偏影响各加工面的位置关系。若工艺需要粗基准可作为次要定位基准酌情使用但不应作为主要定位面重复使用。例先以不加工外圆为粗基准车端面、加工内孔后续钻径向小孔时应改用已加工的孔/端面精基准定位而不能再次以粗糙外圆重复作主要定位。四、典型案例与判断流程4.1 过定位判断通用流程建立坐标系逐个写出每个定位元件平面、短/长销、V 形块、顶尖、卡盘等各自限制的自由度合并所有元件的约束找出被两个以上元件重复限制的自由度重复的是移动自由度时按三步骤判断能否等效为转动重复的是转动自由度时一般直接判过定位结合工件/定位面精度判断该过定位是否允许不允许时通过改元件圆柱销改菱形销、大平面改小平面、固定 V 改浮动/夹紧、卡盘改拨盘等或增加补偿橡胶垫、自定心/楔块机构消除。4.2 粗基准选择决策有不加工面且与加工面有位置要求 → 选不加工面原则一要保证某重要表面余量均匀 → 选该重要表面本身原则二基准面要平整、避开浇冒口/分型面且同一粗基准不作主要定位面重复使用原则三。五、案例与知识速查表项目关键结论欠定位该约束的自由度没约束绝对不允许过定位同一自由度被重复约束高精度可提刚性允许低精度致变形须消除移动重复分析三步骤分主次参考面→主要面约束不变→次要面移动等效绕点转动转动重复一般不等效直接判过定位一面两销两短圆柱销重复连心线移动一个改菱形销只约束一个方向移动齿轮大平面长销X/Y 转动重复垂直度超差小平面长销/橡胶垫轻载/自定心楔块重载双顶针三爪54 过定位去卡盘换拨盘短轴去一侧顶尖长轴加中心架/跟刀架大平面双V块横向移动重复浮动 V 块改为只夹紧不定位高精度刀柄大锥度心轴端面接触过定位精密场合允许、提高刚性分析方法分项分析法判过定位推荐初学整体分析法判欠定位设计基准标注尺寸起始位置的点线面由设计员定工艺基准工序基准、定位基准重点、测量基准、装配基准附加基准为工艺专门加工如中心孔、工艺凸台粗/精基准用毛坯面/已加工面作基准过程卡片单件小批、普通加工内容集中工序卡片大批量一序一卡、含工步参数工时退刀槽螺纹/插齿根部防打刀、清死角内螺纹槽在打底孔时做出越程槽磨削轴肩如 Ra0.4防砂轮直角残留、保证装配贴合钻孔出入端面要平防偏斜深长孔预铸空刀圆角/键槽内外圆角统一、勿过小键槽同向同宽一次装夹粗基准原则一保加工面与不加工面位置关系→选不加工面套筒选外圆保同轴壁厚粗基准原则二保重要表面余量均匀→选重要表面本身床身先导轨后床脚粗基准原则三平整无飞边浇冒口分型面一般不重复使用可作次要基准六、课堂任务与复习安排作业一根据给定零件分析其定位装置应约束/限制哪些自由度判断完全/不完全定位、欠定位、过定位。作业二平台发布的第二份作业定位/基准相关。复习要求能准确区分欠定位与过定位说明过定位何时允许、何时必须消除熟练用三步骤分析移动自由度重复能判断一面两销、大平面长销、双顶针三爪、双 V 块等方案并提出改进掌握基准的两大用途分类和两组分类能在图样上指认设计基准与各类工艺基准记住工艺规程的作用、两类卡片、设计原则与设计步骤能识别退刀槽、越程槽、钻孔、圆角、键槽、大平面等典型结构工艺性问题并说明原因会用粗基准三原则分析套筒、床身导轨等实例。七、待核对与疑问问题原因建议核对方式各定位元件具体限制自由度数量长销4、大平面3、V块2等录音口语、坐标方向反复对照教材定位元件自由度表齿轮端面垂直度公差数值约0.02录音0:02含糊查原图样一面两销销间距数值41.9/41.8/42课堂举例随口数值以具体夹具/毛坯图为准菱形销削边方向与所约束移动方向的确切表述录音只约束长边方向易混查教材菱形销削边销定位原理HSK 刀柄名称与锥面/端面约束自由度录音高于ssk含糊查工具系统与刀柄资料表面粗糙度 Ra0.4 与新老国标标注录音提到老国标0.4对照表面结构新国标工艺规程步骤序号与名称不同教材略有差异录音列举较散对照本校教材工艺规程设计章节八、复习与主动回忆复习清单用 3 分钟说清欠定位、过定位的定义和过定位的允许条件。用 6 分钟复述移动自由度重复的三步骤并解释一面两销为何过定位、菱形销如何消除。用 8 分钟依次讲齿轮大平面长销、双顶针三爪、双 V 块、刀柄四个案例的过定位与改进。用 4 分钟区分分项分析法与整体分析法的用途。用 5 分钟画出基准分类设计/工艺四种、原有/附加、粗/精并各举例。用 5 分钟说清工艺规程作用、两类卡片、设计原则和设计步骤。用 6 分钟解释退刀槽、越程槽、钻孔、圆角、键槽、大平面减工的结构工艺性道理。用 6 分钟用套筒和床身导轨例子讲透粗基准三原则。主动回忆题什么是欠定位为什么绝对不允许什么是过定位过定位在什么条件下允许、什么条件下必须消除组合定位中移动自由度被重复约束时三步骤怎么分析两块长支撑板两个短圆柱销为什么过定位怎样改进菱形销起什么作用齿轮用大平面长销定位车大端面为什么垂直度会超差理论和实际各怎么改进轻载、重载补偿有何不同双顶针配合长夹持三爪卡盘为什么过定位怎样改进短轴和长轴处理有何区别大平面固定 V浮动 V 为什么过定位右侧浮动 V 应如何处理高精度刀柄用心轴加端面接触明明过定位为什么允许基准分哪两大类工艺基准包括哪四种什么是附加基准、粗基准、精基准各举一例。工艺规程有什么作用过程卡片和工序卡片分别用于什么生产类型设计步骤的核心是哪一步螺纹退刀槽、砂轮越程槽分别解决什么问题内螺纹退刀槽应在什么时候加工粗基准选择有哪三条原则分别用套筒和床身导轨的例子说明。粗基准则为什么一般不能重复使用答案要点欠定位是工件本应被限制的自由度没有被限制定位不足、工件位置不确定无法保证尺寸、形状和位置精度所以绝对不允许。过定位是同一自由度被两个以上定位元件重复限制。当工件定位面和定位元件精度很高时过定位可提高接触刚性、增强稳定性允许采用精度较差时会造成工件或夹具变形、接触不稳、定位失效应消除。①按定位先后或限制自由度多少分出主要、次要参考面②假设主要参考面限制的自由度不变③设想工件沿次要参考面约束方向移动而主要参考点不动看能否等效为绕主要参考点的转动能等效则不重复不能等效如两孔连心线方向平移则该移动仍被重复判过定位。两块长支撑板等效大平面限制 1 移动2 转动两个短圆柱销各限制 2 个移动使两销连心方向移动被重复夹具销距固定而毛坯孔距有误差装不进或强迫变形。把其中一个短圆柱销换成菱形销削边销使其只限制一个方向的移动即可消除重复、实现完全定位。大平面限制 1 移动2 转动、长销限制 2 移动2 转动绕 X、Y 的转动被同步重复属过定位毛坯端面不平螺母夹紧强迫端面贴大平面引起工件/心轴变形松开回弹后大端面与内孔轴线垂直度超差。理论上改小平面长销放开一个转动但轴向垂直夹紧仍会强迫端面贴合轻载可用橡胶垫弹性补偿重载橡胶垫会被压死应用自定心涨开机构或楔块移动错位补偿避免强迫端面贴合。两顶尖约束 5 个自由度、长夹持三爪卡盘又约束 4 个组合后超过 6 个、明显过定位。可去掉三爪卡盘改用拨盘鸡心夹头拨动旋转短轴只车表层时可去掉一侧顶尖用程序加大轴向安全距离补偿长轴去顶尖会弯曲需加中心架或跟刀架增强刚性。大平面约束 3 个、固定 V 形块约束 2 个移动、浮动 V 形块再约束 1 个移动使某横向移动被重复且接触点过圆心无法等效为转动。应让右侧浮动 V 形块只起夹紧作用、不参与定位此时保留绕工件轴线的转动不影响钻中心孔等加工。高精度刀柄大锥度心轴约约束 5 个自由度定位端面再接触约束 3 个合计超过 6 个属过定位但刀柄及配合件加工精度极高粗糙度、形位、尺寸公差都很严过定位能提高锥面与端面的接触刚性和连接可靠性所以精密装配场合允许普通精度产品不宜采用。基准分设计基准和工艺基准。设计基准是标注尺寸起始位置的点线面工艺基准包括工序基准、定位基准加工时确定工件在机床/夹具中位置的基准本章重点、测量基准、装配基准。附加基准是零件功能不需要、专为工艺定位加工出的要素如轴端中心孔、箱体工艺凸台用毛坯未加工面作基准称粗基准用已加工面作基准称精基准。工艺规程是生产的指导性文件、生产准备的依据、新建车间的基本技术条件。单件小批、普通加工用机械加工工艺过程卡片内容集中大批量用机械加工工序卡片一序一卡、含工步/装备/参数/工时。设计步骤核心是第四步确定工艺路线定位基准与加工方法顺序。螺纹退刀槽解决车螺纹到台阶退刀不及时打刀、以及刀尖圆弧造成尾部螺纹不完整/死角问题砂轮越程槽解决高粗糙度轴肩磨削时砂轮直角在转角处磨不到、残留死角影响装配贴合的问题。内螺纹退刀槽应在加工螺纹底孔孔时就预先加工出来而不是车螺纹时才加工。三原则①保加工面与不加工面相互位置关系时选不加工面套筒选不加工外圆夹外圆镗内孔保证内外圆同轴、壁厚均匀按内孔找正则壁厚不均无法纠正②保重要表面余量均匀时选该重要表面本身床身先以导轨面为粗基准加工床脚再以加工后的床脚为精基准加工导轨导轨余量才均匀③粗基准要平整、无飞边/浇冒口/分型面且一般不得重复使用——粗基准粗糙重复装夹定位位置不一致、轴线跑偏故只能作一次主要定位面作次要基准可酌情。 
长河君 · 2026/10/16 3:03:31 · 阅读 1.2k 机械加工工艺规程与定位基准设计笔记：欠定位过定位判断与组合定位三步骤、菱形销/大平面长销/双顶针三爪/V形块案例改进、基准分类、粗基准三原则、结构工艺性与工艺卡片规程步骤（含考点）
本文整理《机械加工工艺规程与定位基准设计》一课。本课是第一章定位的收尾与第二章工艺规程/基准的开篇内容分四大块第一块在六点定位基础上辨析欠定位与过定位重点讲组合定位中移动自由度被重复约束时的三步骤等效分析法以及把短圆柱销改为菱形销消除过定位第二块用齿轮大平面长销、双顶针三爪卡盘、大平面双 V 形块、高精度刀柄四个案例讲清过定位的识别、危害、允许条件与改进措施第三块讲基准的分类与定义设计基准工艺基准中的工序/定位/测量/装配基准原有/附加基准、粗/精基准第四块进入工艺规程设计——工艺规程的作用、工艺过程卡片与工序卡片、设计原则与所需资料、设计步骤并集中讲解结构工艺性审查退刀槽、越程槽、钻孔、圆角、键槽、大平面减工等、毛坯选择和粗基准选择三原则套筒外圆、床身导轨两个经典例子。文末附案例对照表、基准分类表、结构工艺性表、粗基准表、待核对清单和主动回忆题含答案要点。一、核心结论欠定位欠约束本应约束的自由度没有被约束会导致工件位置不确定、无法保证加工要求绝对不允许。过定位重复定位/超定位同一个自由度被两个或多个定位元件重复约束。过定位要分情况定位面/工件精度很高时可以提高接触刚性是允许的精度较差时会引起工件或夹具变形、破坏定位一般不允许需设法消除。组合定位中若移动自由度被重复约束按三步骤等效分析① 按定位元件参与定位的先后初学可按限制自由度的多少分出主要参考面和次要参考面② 假设主要参考面限制的自由度类型不变③ 设想工件沿次要参考面所约束的方向移动若主要参考点不动则该移动可等效为绕主要参考点的转动若无法等效如两孔圆心共线方向则该移动自由度确属被重复约束判为过定位。组合定位中若转动旋转自由度被同步重复约束一般不再做等效处理直接判定为过定位并采取措施消除。两块长条形支撑板两个短圆柱销案例两块长条支撑板等效为一个矩形大平面约束 1 个移动2 个转动共 3 个自由度两个短圆柱销各约束 2 个移动结果沿两销连心方向的移动被重复约束由于夹具两销中心距固定而毛坯两孔中心距有误差会装不进或强迫变形。把其中一个短圆柱销换成菱形销削边销利用菱形销只约束一个方向移动的特点消除重复约束得到完全定位。齿轮大平面长销案例大平面约束 1 移动2 转动长销约束 2 移动2 转动两个转动自由度被同步重复约束属过定位毛坯端面不平、夹紧时强迫端面与大平面贴合造成工件/夹具变形使车出的大端面对内孔轴线垂直度超差。理论上改小平面长销可消除过定位但因螺母沿轴向垂直夹紧会强迫端面贴合实际仍有误差轻载可用橡胶垫靠弹性变形补偿重载宜采用自定心涨开机构或楔块斜块移动错位补偿。固定顶尖浮动活动顶尖长夹持三爪卡盘案例两顶尖约束 5 个自由度、长距离三爪卡盘约束 4 个自由度组合后明显过定位改进思路是去掉三爪卡盘、改用拨盘鸡心夹头带动工件旋转或对短轴直接去掉一侧顶尖轴向移动可不约束用程序安全距离补偿长轴则需中心架/跟刀架增强刚性。大平面固定 V 形块浮动 V 形块案例大平面约束 3 个自由度固定 V 形块约束 2 个移动浮动 V 形块只约束 1 个移动造成某一移动方向重复该方向过圆心无法等效为转动改进办法是让浮动 V 形块只起夹紧作用、不参与定位此时允许保留绕工件轴线的转动自由度钻中心孔不受影响。过定位并非一律有害高精度刀柄如 HSK 类采用大锥度心轴约 5 个自由度定位端面接触平面 3 个自由度合计超过 6 个属过定位但因零件制造极精密反而能提高接触刚性与连接可靠性在精密装配场合允许一般普通精度产品不建议采用。定位分析有两种方法分项分线分析法把每个定位元件约束的自由度逐个列出再组合适合判断过定位初学推荐整体分析法从工件整体被制约情况判断更适合判断欠定位初学不易掌握。基准是用来确定加工对象上几何要素点、线、面位置关系尺寸起始位置的那些点、线、面。按用途分设计基准和工艺基准工艺基准又分工序基准、定位基准、测量基准、装配基准本章重点是定位基准。基准还有两组分类按工件上是否原有分为原有基准与附加基准为工艺需要专门加工出来的如轴两端中心孔、箱体工艺凸台按基准面是否加工过分为粗基准毛坯面与精基准已加工面。工艺规程是生产中的指导性文件纸质常贴在机床旁、电子厂用 MES 显示是生产准备工作的依据也是新建车间/工厂的基本技术条件。单件小批、普通加工用机械加工工艺过程卡片大批量生产用更细致的机械加工工序卡片一工序一卡含工步、装备、参数、工时。工艺规程设计原则保证加工质量、满足生产纲领、高效率低成本、充分利用现有条件并平衡生产、减轻劳动强度保障安全、尽量采用先进工艺技术。工艺规程设计步骤读图技术要求/材料/能否生产→ 工艺审查结构工艺性→ 熟悉确定毛坯 → 确定工艺路线核心→ 确定工艺装备 → 确定各工序技术要求与解决方法 → 确定加工余量、计算工序尺寸与公差 → 确定切削用量与时间定额 → 数控自动编程 → 评估工艺路线并填写工艺文件。常见结构工艺性问题螺纹/插齿键槽根部要留退刀槽空刀槽以防打刀和残留死角内螺纹退刀槽在加工底孔时就做出高粗糙度如 Ra0.4轴肩磨削要留砂轮越程槽以防直角残留影响装配钻孔的切入、切出表面应平整以防钻头偏斜深长孔可在铸/锻时预铸更大的空刀内外圆角半径尽量统一、避免过小便于同一把铣刀加工、避免满刀切降低刀具寿命同一圆周上的键槽尽量同向、同宽一次装夹加工大平面可中部挖空以减少加工面积、保证平面度多个退刀槽尺寸尽量统一以减少换刀。毛坯依据零件作用、外形尺寸、材料工艺特性和生产批量选择常见有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材现代汽车大型复杂件越来越多采用压铸/一体化压铸。粗基准选择三原则① 要保证加工面与不加工面之间的相互位置关系时选不加工面作粗基准套筒类选不加工外圆夹外圆镗内孔可保证内外圆同轴、壁厚均匀② 要保证某重要表面加工余量均匀时选该重要表面本身作粗基准床身先以导轨面为粗基准加工床脚再以加工后的床脚为精基准加工导轨保证导轨余量均匀③ 粗基准应平整、无飞边/浇冒口/分型面等缺陷且一般不得重复使用粗基准只能作主要定位面用一次作次要基准可酌情。二、知识结构定位基本概念欠定位、过定位的定义与允许条件组合定位过定位分析移动自由度重复的三步骤、转动自由度重复直接判定过定位案例支撑板双圆柱销菱形销、齿轮大平面长销、双顶针三爪、双 V 形块、高精度刀柄定位分析方法分项分析法、整体分析法基准基准定义原有/附加、粗/精两组分类设计基准与四种工艺基准工艺规程作用、两类工艺卡片、设计原则、所需资料、设计步骤结构工艺性审查退刀槽/越程槽/钻孔/圆角/键槽/大平面等毛坯选择与粗基准三原则套筒、床身导轨实例三、详细笔记3.1 欠定位与过定位六点定位原理用合理分布的六个支承点限制工件六个自由度。在此基础上欠定位限定位工件本应被限制的自由度没有被限制定位不足加工要求无法保证是绝对不允许的定位错误。过定位重复定位某一个自由度被两个或两个以上定位元件重复限制。过定位是否允许要看条件当工件定位基面和定位元件精度很高时过定位能增加接触刚度、提高定位的稳固性允许采用当精度较差时过定位会使工件或定位元件产生变形、接触不良、定位不稳定反而破坏定位精度应当消除。3.2 组合定位中移动自由度重复的三步骤分析法当组合定位中某一移动自由度被重复限制时按以下三步判断它实际等效约束了什么分主次参考面按定位元件参与定位的先后顺序分出主要参考面、次要参考面初学时难以判断先后可简单地把限制自由度较多的定位元件作为主要参考面少的作为次要参考面。固定主要参考面的约束类型假设主要参考面所限制的自由度类型保持不变。对次要参考面做等效设想工件沿次要参考面所约束的方向移动而主要参考点保持不动看该移动能否等效为绕主要参考点的转动若能等效则重复的移动实际转化为转动约束不构成过定位若不能等效例如两孔圆心共线沿连心线方向移动时工件姿态不变则该移动自由度仍被重复限制判定为过定位。若是转动自由度被同步重复约束一般不做上述等效直接判为过定位并加以消除。3.3 案例一两块长支撑板两个短圆柱销菱形销改进定位方案工件底面用两块长条形支撑板支承侧面或两孔用左、右两个短圆柱销定位。自由度分析两块长条形支撑板等效为一块矩形大平面相当于三个均布支承钉限制垂直于板面方向的 1 个移动和绕另外两轴的 2 个转动共 3 个自由度单个短圆柱销与孔配合限制垂直于销轴线平面内的 2 个移动左、右两个短圆柱销分别分析时都限制这 2 个移动。组合后沿两销连心方向的移动被两个销重复限制。用三步骤分析取左销为主要参考面、右销为次要参考面工件若沿某方向移动且左销点不动可等效为绕左销点绕垂直板面轴的转动但沿两孔圆心共线连心线方向移动时工件整体平移、姿态不变无法等效为转动故该移动自由度确属重复约束为过定位。危害夹具上两销装好后中心距固定如 41.9 mm而各毛坯件两孔中心距存在误差可能 41.8、42.0 mm 等间距小了塞不进、大了松动强行装入会造成圆柱销或工件变形。改进把其中一个短圆柱销换成菱形销削边销。菱形销只在一个方向上起定位作用只限制垂直于削边方向的移动从而去掉对连心线方向移动的重复约束使组合定位成为完全定位。这是一面两销中最经典的过定位消除方法。3.4 案例二齿轮大平面长销车大端面垂直度超差加工对象齿轮以内孔和小端端面定位、车削大端面大端面对内孔轴线有垂直度要求公差较小课堂约 0.02 mm具体以图样为准。原方案用大平面长销端面靠大平面、内孔套长销端部螺母夹紧。自由度分析大平面限制 1 个移动2 个转动长销限制 2 个移动2 个转动。结果绕 X、Y 两轴的转动被大平面和长销同步重复约束属过定位转动重复直接判过定位。失效原因毛坯端面平整度差夹紧时为使端面与大平面完全贴合而用力拧紧迫使工件或心轴变形变形状态下车出的大端面松开后回弹无法保证与内孔轴线垂直。理论改进改为小平面长销课本给出的标准组合之一减少端面对转动自由度的约束成为不完全定位给端面误差留出转动余地。实际困难该夹具靠螺母沿轴向垂直夹紧即使定位面改成小平面夹紧力仍会强迫端面与定位面贴死、不允许其转动倾斜误差依旧。补偿措施轻载、切削力小可在端面加橡胶垫靠橡胶垫的弹性变形补偿端面不平重载、切削力大橡胶垫被压死后会出现空隙、长度尺寸无法保证应采用自定心涨开机构或楔块斜块移动错位补偿——螺母不直接压端面而是拧动时推动两个楔块向两端涨开实现径向夹紧不强迫端面与定位面贴合。3.5 案例三双顶针三爪卡盘车轴固定顶尖与浮动活动顶尖顶住轴两端两顶尖组合共约束 5 个自由度只放开绕自身轴线的转动当三爪卡盘夹持轴的距离较长时长夹持的三爪卡盘又约束 4 个自由度2 移动2 转动。工件总共只有 6 个自由度二者组合明显过定位。问题根源顶尖本身只顶住中心孔、不带动工件回转初学者常再用三爪卡盘夹住一段并靠卡盘带动旋转造成重复约束。改进思路去掉三爪卡盘改用**拨盘鸡心夹头卡箍**拨动工件回转两顶尖只负责定位若只是车削表面层、轴较短可直接去掉一侧顶尖——被去掉的轴向移动约束用车削程序中更长的安全距离来补偿刀具从头车到尾轴向略有窜动不影响加工长轴时不能简单去顶尖否则轴会弯曲需加中心架或跟刀架提高刚性。3.6 案例四大平面固定 V 形块浮动 V 形块大平面底面约束 3 个自由度左侧固定 V 形块对圆柱形工件约束 2 个移动右侧是可左右移动的浮动 V 形块只约束 1 个移动。组合后某一横向移动被固定 V 形块和浮动 V 形块重复约束由于接触点过圆心该移动无法等效为绕圆心的转动判为过定位。改进右侧浮动 V 形块不再承担定位只起夹紧作用。大平面固定 V 形块已约束 5 个自由度剩下绕工件自身轴线的转动可以不限制例如钻中心孔时工件绕轴线转不影响中心孔位置。3.7 过定位的合理利用高精度刀柄传统大锥度心轴定位约约束 5 个自由度放开绕轴线转动一些高精度刀柄如 HSK 类在此基础上又让定位端面同时接触端面平面再约束 3 个自由度合计超过 6 个属于过定位。但刀柄各零件在装配前都经过极精密加工表面粗糙度、形位公差、尺寸公差要求很高这种过定位能显著提高锥面与端面的接触刚性和连接可靠性因此在精密装配场合允许且有益普通精度的一般产品不要轻易采用。3.8 定位分析的两种方法分项分线分析法分别分析每一个定位元件各自限制了哪些自由度再组合起来判断是否重复过定位。条理清楚是判断过定位的主要方法初学推荐。整体分析法从工件整体被制约的运动情况直接判断更适合判断是否欠定位但需要较强的工程经验如能判断键槽等结构到底要不要限制某方向初学不易掌握不建议一开始就用。3.9 基准的基本概念与分类基准零件上用来确定其他点、线、面位置即尺寸标注起始位置的那些点、线、面。按用途分为两大类设计基准设计人员根据零件在装配结构中的装配关系、以及零件本身结构要素之间的相互位置关系所确定的标注尺寸起始位置可以是点、线、面。一个尺寸两端的要素都可作为该尺寸的设计基准如某高度尺寸的两个端面都可作为其设计基准。工艺基准工艺过程中所使用的基准由工艺人员确定又分四种工序基准在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准正规工序图多为单向标注由定位端面指向被加工面。定位基准本章重点加工时用来确定工件在机床或夹具中正确位置所依据的基准。测量基准加工后检验、测量时所依据的基准。装配基准装配时用来确定零件在产品部件中相对位置所依据的基准。另外两组常见分类按工件上是否原有原有基准毛坯/零件上本来就有的要素与附加基准零件功能上并不需要、纯粹为了工艺定位需要而专门加工出来的要素如轴两端的中心孔、为便于定位在箱体上铸出的工艺凸台。按基准面是否加工过以毛坯未加工面作基准称粗基准以已加工面作基准称精基准。3.10 工艺规程的作用、卡片与设计原则作用工艺规程是规定零件工艺过程和操作方法等的指导性工艺文件纸质文件常挂/贴在机床旁数字化车间在 MES 等终端显示它是生产准备备料、设备、工装、人员的依据也是新建工厂或车间的基本技术条件。两类主要工艺卡片机械加工工艺过程卡片内容较集中列出各工序及对应车间、设备、工艺装备等用于单件小批、普通加工方法机械加工工序卡片大批量生产时使用一个工序一张卡详细写明工步内容、每个工步所用装备、具体工艺参数和时间定额。设计原则保证零件加工质量达到图纸规定的各项精度指标满足生产纲领年生产批量大批量应采用专用夹具、专用机床等高效方案具有较高生产效率和较低成本充分利用现有生产条件并注意平衡生产多种产品共用设备时避免某台设备被单一产品占满而使其他产品停滞减轻工人劳动强度、保障安全生产在可能条件下采用先进工艺和技术。设计前应掌握的资料本车间生产情况、相关工艺与设备手册、标准技术规程、零件图、验收标准、年生产量等。3.11 工艺规程设计的步骤读图看懂零件图了解性能指标、技术要求和材料初步评估本厂是否具备加工条件接单/试生产阶段尤其重要工艺审查审查设计结构是否满足工艺生产条件结构工艺性见 3.12熟悉并确定毛坯明确毛坯是铸、锻、焊、冲压还是型材了解分型面、浇冒口残余等不能精确定位的部位确定工艺路线核心确定各表面的定位基准和加工方法车、铣、刨、磨、钻、热处理等的先后顺序确定满足各工序要求的工艺装备机床、夹具、刀具、量具确定各主要工序的技术要求和保证解决方法确定各工序加工余量计算工序尺寸和公差确定切削用量和时间定额数控加工时进行自动编程评估工艺路线是否合理、有无更优方案并填写工艺文件。3.12 结构工艺性审查常见实例孔/箱壁离端面太近钻头进给时顶部被干涉需加长钻头钻头越长刚性越差、易弯易折且铸造圆角处麻花钻接触圆角不易定心钻入。改进把箱带凸缘加长避开干涉或直接延伸到端面。螺纹退刀槽车螺纹到台阶处若退刀不及时易打刀撞刀且刀尖带圆弧会在尾部留下车不掉的残留、使最后一牙不完整。应在加工内螺纹底孔孔时就预先车出退刀槽不是车螺纹时才加工螺纹车到槽内退刀既防打刀又清除死角。插齿/键槽空刀槽插齿加工键槽时底部若无退刀空间也易打刀、难以保证槽深带台阶的齿轮插齿过深会破坏台阶面需在槽底留出空刀范围。砂轮越程槽对表面粗糙度要求很高如 Ra 0.4车削达不到、需磨削的轴肩砂轮边缘为直角在轴肩转角处磨不到、留下直角残留死角装配时相关零件不能贴紧、易晃动故磨削轴肩必须留越程槽。钻孔表面钻头切入和切出的表面都应尽量平整在斜面、曲面上钻孔时钻头易打滑偏斜、甚至折断。深长孔可在铸造或锻造时预先留出比孔径大的空刀孔洞关键部位只钻较短一段减少加工量。加工面等高需加工的平面高度不一致时要多次调整刀具高度、影响效率可在设计上统一高度减少调刀和空行程。退刀槽尺寸统一一根轴上多个退刀槽宽度不一如 5、4、3时需多把成形车刀、多次换刀效率低应尽量统一尺寸用一把刀加工。大平面减工大平面平面度难保证、加工面积大效率低轴承座、箱体等可把中部挖去一部分只保证周边接触区域的平面度既减少加工面积又利于保证平面度。圆角内、外圆角半径尽量相同以便用同一把铣刀加工、减少换刀圆角不宜过小过小的凹圆弧会使铣刀轮廓一次全部包络满刀切加剧刀具磨损、缩短寿命适当增大圆角可采用更大直径的铣刀、增大刀体接触宽度提高刀具寿命。键槽方向一致同一圆周上的多个平键键槽应尽量布置在同一方向并在满足键长要求前提下使槽宽一致以便一次装夹、一把铣刀加工完成减少反复装夹带来的误差。3.13 毛坯选择选择依据零件在机器中的作用、外形尺寸、材料的工艺特性可铸性、可锻性、可焊性、切削加工性等、生产批量。常见毛坯铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材。冲压件适合形状较简单件复杂件传统上需冲压后焊接现代汽车尤其新能源大型复杂结构件越来越多采用压铸/一体化压铸成形。3.14 粗基准选择三原则本章重点第一道工序面对的都是未加工的毛坯面只能用毛坯面作定位基准即粗基准。选择原则保证加工面与不加工面之间的相互位置关系当零件同时有加工面和不加工面、且二者有位置要求时应选择不加工面作为粗基准。例套筒类铸件若内孔与外圆铸出后不同轴、壁厚不均要求加工后内外圆同轴、壁厚均匀。方案 A 用三爪卡盘夹住不加工的外圆、加工内孔——车内孔的回转轴线与外圆轴线重合可保证同轴度和两端壁厚均匀方案 B 卡住外圆后按毛坯内孔找正以内孔为粗基准加工则加工后内孔仍沿原毛坯内孔轴线、与外圆不重合壁厚一厚一薄无法纠正。故应选不加工外圆作粗基准。保证某重要表面加工余量均匀若要保证某个重要表面的加工余量均匀应选择该重要表面本身作为粗基准。例车床床身有床脚和导轨导轨是有平面度、直线度要求的重要表面。正确做法是先以导轨面为粗基准刨/铣床脚把床脚不平面切去再翻身以加工过的床脚面作为精基准加工导轨——此时加工导轨的基准是已加工、较平整的床脚面导轨切深均匀、余量均匀若一开始就以毛坯床脚为粗基准直接加工导轨毛坯床脚不平会使导轨各点余量不均。保证装夹可靠、基准平整粗基准表面应尽量平整不应有飞边、浇冒口残余、分型分模面等缺陷并且粗基准一般不得重复使用——粗基准粗糙第二次装夹时定位位置会与第一次不一致、轴线跑偏影响各加工面的位置关系。若工艺需要粗基准可作为次要定位基准酌情使用但不应作为主要定位面重复使用。例先以不加工外圆为粗基准车端面、加工内孔后续钻径向小孔时应改用已加工的孔/端面精基准定位而不能再次以粗糙外圆重复作主要定位。四、典型案例与判断流程4.1 过定位判断通用流程建立坐标系逐个写出每个定位元件平面、短/长销、V 形块、顶尖、卡盘等各自限制的自由度合并所有元件的约束找出被两个以上元件重复限制的自由度重复的是移动自由度时按三步骤判断能否等效为转动重复的是转动自由度时一般直接判过定位结合工件/定位面精度判断该过定位是否允许不允许时通过改元件圆柱销改菱形销、大平面改小平面、固定 V 改浮动/夹紧、卡盘改拨盘等或增加补偿橡胶垫、自定心/楔块机构消除。4.2 粗基准选择决策有不加工面且与加工面有位置要求 → 选不加工面原则一要保证某重要表面余量均匀 → 选该重要表面本身原则二基准面要平整、避开浇冒口/分型面且同一粗基准不作主要定位面重复使用原则三。五、案例与知识速查表项目关键结论欠定位该约束的自由度没约束绝对不允许过定位同一自由度被重复约束高精度可提刚性允许低精度致变形须消除移动重复分析三步骤分主次参考面→主要面约束不变→次要面移动等效绕点转动转动重复一般不等效直接判过定位一面两销两短圆柱销重复连心线移动一个改菱形销只约束一个方向移动齿轮大平面长销X/Y 转动重复垂直度超差小平面长销/橡胶垫轻载/自定心楔块重载双顶针三爪54 过定位去卡盘换拨盘短轴去一侧顶尖长轴加中心架/跟刀架大平面双V块横向移动重复浮动 V 块改为只夹紧不定位高精度刀柄大锥度心轴端面接触过定位精密场合允许、提高刚性分析方法分项分析法判过定位推荐初学整体分析法判欠定位设计基准标注尺寸起始位置的点线面由设计员定工艺基准工序基准、定位基准重点、测量基准、装配基准附加基准为工艺专门加工如中心孔、工艺凸台粗/精基准用毛坯面/已加工面作基准过程卡片单件小批、普通加工内容集中工序卡片大批量一序一卡、含工步参数工时退刀槽螺纹/插齿根部防打刀、清死角内螺纹槽在打底孔时做出越程槽磨削轴肩如 Ra0.4防砂轮直角残留、保证装配贴合钻孔出入端面要平防偏斜深长孔预铸空刀圆角/键槽内外圆角统一、勿过小键槽同向同宽一次装夹粗基准原则一保加工面与不加工面位置关系→选不加工面套筒选外圆保同轴壁厚粗基准原则二保重要表面余量均匀→选重要表面本身床身先导轨后床脚粗基准原则三平整无飞边浇冒口分型面一般不重复使用可作次要基准六、课堂任务与复习安排作业一根据给定零件分析其定位装置应约束/限制哪些自由度判断完全/不完全定位、欠定位、过定位。作业二平台发布的第二份作业定位/基准相关。复习要求能准确区分欠定位与过定位说明过定位何时允许、何时必须消除熟练用三步骤分析移动自由度重复能判断一面两销、大平面长销、双顶针三爪、双 V 块等方案并提出改进掌握基准的两大用途分类和两组分类能在图样上指认设计基准与各类工艺基准记住工艺规程的作用、两类卡片、设计原则与设计步骤能识别退刀槽、越程槽、钻孔、圆角、键槽、大平面等典型结构工艺性问题并说明原因会用粗基准三原则分析套筒、床身导轨等实例。七、待核对与疑问问题原因建议核对方式各定位元件具体限制自由度数量长销4、大平面3、V块2等录音口语、坐标方向反复对照教材定位元件自由度表齿轮端面垂直度公差数值约0.02录音0:02含糊查原图样一面两销销间距数值41.9/41.8/42课堂举例随口数值以具体夹具/毛坯图为准菱形销削边方向与所约束移动方向的确切表述录音只约束长边方向易混查教材菱形销削边销定位原理HSK 刀柄名称与锥面/端面约束自由度录音高于ssk含糊查工具系统与刀柄资料表面粗糙度 Ra0.4 与新老国标标注录音提到老国标0.4对照表面结构新国标工艺规程步骤序号与名称不同教材略有差异录音列举较散对照本校教材工艺规程设计章节八、复习与主动回忆复习清单用 3 分钟说清欠定位、过定位的定义和过定位的允许条件。用 6 分钟复述移动自由度重复的三步骤并解释一面两销为何过定位、菱形销如何消除。用 8 分钟依次讲齿轮大平面长销、双顶针三爪、双 V 块、刀柄四个案例的过定位与改进。用 4 分钟区分分项分析法与整体分析法的用途。用 5 分钟画出基准分类设计/工艺四种、原有/附加、粗/精并各举例。用 5 分钟说清工艺规程作用、两类卡片、设计原则和设计步骤。用 6 分钟解释退刀槽、越程槽、钻孔、圆角、键槽、大平面减工的结构工艺性道理。用 6 分钟用套筒和床身导轨例子讲透粗基准三原则。主动回忆题什么是欠定位为什么绝对不允许什么是过定位过定位在什么条件下允许、什么条件下必须消除组合定位中移动自由度被重复约束时三步骤怎么分析两块长支撑板两个短圆柱销为什么过定位怎样改进菱形销起什么作用齿轮用大平面长销定位车大端面为什么垂直度会超差理论和实际各怎么改进轻载、重载补偿有何不同双顶针配合长夹持三爪卡盘为什么过定位怎样改进短轴和长轴处理有何区别大平面固定 V浮动 V 为什么过定位右侧浮动 V 应如何处理高精度刀柄用心轴加端面接触明明过定位为什么允许基准分哪两大类工艺基准包括哪四种什么是附加基准、粗基准、精基准各举一例。工艺规程有什么作用过程卡片和工序卡片分别用于什么生产类型设计步骤的核心是哪一步螺纹退刀槽、砂轮越程槽分别解决什么问题内螺纹退刀槽应在什么时候加工粗基准选择有哪三条原则分别用套筒和床身导轨的例子说明。粗基准则为什么一般不能重复使用答案要点欠定位是工件本应被限制的自由度没有被限制定位不足、工件位置不确定无法保证尺寸、形状和位置精度所以绝对不允许。过定位是同一自由度被两个以上定位元件重复限制。当工件定位面和定位元件精度很高时过定位可提高接触刚性、增强稳定性允许采用精度较差时会造成工件或夹具变形、接触不稳、定位失效应消除。①按定位先后或限制自由度多少分出主要、次要参考面②假设主要参考面限制的自由度不变③设想工件沿次要参考面约束方向移动而主要参考点不动看能否等效为绕主要参考点的转动能等效则不重复不能等效如两孔连心线方向平移则该移动仍被重复判过定位。两块长支撑板等效大平面限制 1 移动2 转动两个短圆柱销各限制 2 个移动使两销连心方向移动被重复夹具销距固定而毛坯孔距有误差装不进或强迫变形。把其中一个短圆柱销换成菱形销削边销使其只限制一个方向的移动即可消除重复、实现完全定位。大平面限制 1 移动2 转动、长销限制 2 移动2 转动绕 X、Y 的转动被同步重复属过定位毛坯端面不平螺母夹紧强迫端面贴大平面引起工件/心轴变形松开回弹后大端面与内孔轴线垂直度超差。理论上改小平面长销放开一个转动但轴向垂直夹紧仍会强迫端面贴合轻载可用橡胶垫弹性补偿重载橡胶垫会被压死应用自定心涨开机构或楔块移动错位补偿避免强迫端面贴合。两顶尖约束 5 个自由度、长夹持三爪卡盘又约束 4 个组合后超过 6 个、明显过定位。可去掉三爪卡盘改用拨盘鸡心夹头拨动旋转短轴只车表层时可去掉一侧顶尖用程序加大轴向安全距离补偿长轴去顶尖会弯曲需加中心架或跟刀架增强刚性。大平面约束 3 个、固定 V 形块约束 2 个移动、浮动 V 形块再约束 1 个移动使某横向移动被重复且接触点过圆心无法等效为转动。应让右侧浮动 V 形块只起夹紧作用、不参与定位此时保留绕工件轴线的转动不影响钻中心孔等加工。高精度刀柄大锥度心轴约约束 5 个自由度定位端面再接触约束 3 个合计超过 6 个属过定位但刀柄及配合件加工精度极高粗糙度、形位、尺寸公差都很严过定位能提高锥面与端面的接触刚性和连接可靠性所以精密装配场合允许普通精度产品不宜采用。基准分设计基准和工艺基准。设计基准是标注尺寸起始位置的点线面工艺基准包括工序基准、定位基准加工时确定工件在机床/夹具中位置的基准本章重点、测量基准、装配基准。附加基准是零件功能不需要、专为工艺定位加工出的要素如轴端中心孔、箱体工艺凸台用毛坯未加工面作基准称粗基准用已加工面作基准称精基准。工艺规程是生产的指导性文件、生产准备的依据、新建车间的基本技术条件。单件小批、普通加工用机械加工工艺过程卡片内容集中大批量用机械加工工序卡片一序一卡、含工步/装备/参数/工时。设计步骤核心是第四步确定工艺路线定位基准与加工方法顺序。螺纹退刀槽解决车螺纹到台阶退刀不及时打刀、以及刀尖圆弧造成尾部螺纹不完整/死角问题砂轮越程槽解决高粗糙度轴肩磨削时砂轮直角在转角处磨不到、残留死角影响装配贴合的问题。内螺纹退刀槽应在加工螺纹底孔孔时就预先加工出来而不是车螺纹时才加工。三原则①保加工面与不加工面相互位置关系时选不加工面套筒选不加工外圆夹外圆镗内孔保证内外圆同轴、壁厚均匀按内孔找正则壁厚不均无法纠正②保重要表面余量均匀时选该重要表面本身床身先以导轨面为粗基准加工床脚再以加工后的床脚为精基准加工导轨导轨余量才均匀③粗基准要平整、无飞边/浇冒口/分型面且一般不得重复使用——粗基准粗糙重复装夹定位位置不一致、轴线跑偏故只能作一次主要定位面作次要基准可酌情。