为什么基准选择在 CNC 加工中很重要
CNC 基准不仅仅是操作员方便选择的点. 数据是理论上的精确点, 轴, 或用于确定其他特征的位置和方向的平面.
物理表面, 洞, 投币口, 宽度, 或从中导出参考的特征图案称为基准特征.
生产中, 绘图基准结构必须转换为可重复的夹具, 工作坐标系, 加工顺序, 和检查对准. 如果大表面弯曲，则不会自动成为可靠的参考, 粗糙的, 灵活的, 未完成的, 或者零件之间不一致.
这 3-2-1 原理是约束刚性工件的常用方法, 但它并不能自动保证 ±0.005 mm 或任何其他加工公差. 最终能力取决于零件的几何形状, 物质条件, 夹具, 机器, 工装, 温度, 探测, 加工顺序, 及检验方法.
工程师注意事项
良好的主要基准应支持零件的功能意图，同时提供稳定且可重复的接触. 大但不平坦的表面可能会引起晃动, 而较小的合格表面可以提供更可靠的设置.
快速解答
主要的CNC加工基准参考有:
- 主要数据: 建立零件的主要方向.
- 辅助数据: 控制附加方向并防止相对于主要基准面旋转.
- 第三级基准: 通过约束剩余的所需移动来完成零件定位.
这些参考创建一个有序的基准参考框架.
在车间里, 绘图基准必须连接到:
- 物理夹具接触
- 加工基准
- CNC 工件偏置，例如 G54 或 G55
- 探头对准
- 检查对准
- 功能装配要求
最好的基准并不总是最大或最容易夹紧的表面. 应根据功能选择, 稳定, 重复性, 可达性, 零件刚性, 及检验要求.
这 3-2-1 原则: 消除 6 自由度
三维空间中的刚性零件可以沿三个线性方向移动并绕三个轴旋转. 一个常见的 3-2-1 夹具布置使用六个接触点来约束这六个自由度.
主要基准: 三个接触点
三个非共线接触点建立主平面.
在常见的平面设置中, 这限制了:
- 垂直于主平面的平移
- 绕位于主平面内的两个轴旋转
三个支撑必须稳定且定位，使工件不会晃动或变形.
次要基准: 两个接触点
两个额外的接触点建立了次要方向.
在常见的平面设置中, 他们限制:
- 剩余一项线性运动
- 绕主平面法线轴旋转
次要接触不应迫使零件离开主要支撑.
第三基准面: 一个联络点
最终接触点约束剩余的线性运动并完成零件的定位.
这 3-2-1 模型解释了夹具如何在没有不必要的过度约束的情况下定位刚性部件. 柔性部件, 铸件, 自由曲面, 使用基准目标的组件可能需要不同的实际联系和支持策略.
当数据在设置之间发生变化时，小误差仍然会累积, 固定装置, 和检查对准.
查看小数据和设置误差如何在相关特征中累积, 回顾我们的 CNC加工公差叠加 指导.
基准, 日期特征, 和基准参考系
这些术语相关，但不应被视为可互换.
| 学期 | 实际意义 | 例子 |
|---|---|---|
| 基准 | 理论上精确的点, 轴, 线, 或飞机 | 确定为基准 A 的精确平面 |
| 日期功能 | 图纸上标识的物理零件特征 | 标记为基准特征 A 的机加工安装面 |
| 基准特征模拟器 | 用于建立数据的物理或数学接口 | 夹具垫, 一个量规销, 安装了坐标测量机的飞机, 或另一个指定的模拟器 |
| 基准参考系 | 从参考基准创建的有序坐标系 | 主要-次要-第三级参考，例如 A-B-C |
| 加工参考 | 加工操作期间使用的物理或构造参考 | 合格的脸, 钻孔, 针孔, 或者临时老板 |
| 数控工件偏置 | 机器控制器中存储的坐标位置 | G54, G55, 或其他工作坐标系 |
夹具本身不会自动成为绘图基准. 它必须以支持绘图意图的方式接触或模拟相关基准特征.
相似地, 输入 G54 值本身并不会创建可靠的基准结构. 仅当零偏是根据稳定且正确识别的物理参考建立时才有用.
ASME 的 Y14.5 材料明确区分基准, 日期功能, 基准参考系, 材料边界条件, 和基准特征模拟.
绘图日期, 加工参考, 检查对准, 和工件偏移
| 参考类型 | 主要目的 | 实际风险 |
|---|---|---|
| 绘图基准结构 | 使用受控绘图或模型定义特征之间的功能关系 | 基准特征可能难以访问, 灵活的, 未完成的, 或在早期操作期间不可用 |
| 加工参考 | 在特定加工设置期间定位工件 | 方便的参考可能无法再现最终的功能基准关系 |
| 夹具定位器 | 提供可重复的身体接触和支持 | 污垢, 毛刺, 穿, 接触不均匀, 或过度夹紧可能会移动或扭曲零件 |
| 检查对准 | 再现测量所需的基准参考系 | 方便的最佳拟合或边缘对齐可能无法代表绘图意图 |
| 世界CS / 工作偏移 | 存储 CNC 程序原点和方向, 例如G54或G55 | 触发, 探测, 工具, 设置, 或偏移误差可能会改变每个相关的特征 |
| 功能组装参考 | 控制成品部件在最终装配中的安装或操作方式 | 当加工和检查使用更容易但不相关的参考时，它可能会被忽略 |
图纸基准结构应指导制造和检验计划. 可能仍需要临时加工参考, 但该过程必须解释零件最终将如何与最终功能基准相关联.
用于检查端基准对准和报告审查, 请参阅我们的指南 CNC 加工零件的 CMM 检测.
如何选择数控加工基准
1. 从功能关系开始
配合面, 轴承孔, 定位孔, 密封面, 或旋转轴对于最终组装可能很重要.
然而, 最重要的功能特征不必自动成为每次加工操作中的主要基准. 基准顺序应遵循受控图纸和所需的自由度.
工艺规划人员应确定必须保护哪些关系，并确定如何在加工和检查过程中重现它们.
2. 使用稳定且可重复的基准特征
有用的加工参考应该是:
- 足够坚固以抵抗夹紧力和探测力
- 可在所需设置中访问
- 无毛刺和污染
- 零件之间可重复
- 适用于预期的夹具或探头
- 在整个所需的流程阶段可用
未完成的铸件, 锻造, 锯切面, 薄壁, 或装饰边缘可能需要进行初步鉴定操作才能成为可靠的参考.
3. 在移除材料之前规划数据访问
数据可能会消失，当:
- 原始毛坯面被机加工掉
- 临时老板被移除
- 外部轮廓未切割
- 表面有涂层
- 定位孔加大
- 固定装置标签被移除
删除原始引用之前, 下一个设置应该有另一个可用的合格功能.
可能的传输功能包括:
- 铰削定位孔
- 成品孔
- 机加工安装面
- 定位销位置
- 临时老板
- 探测参考面
4. 仅当孔或轴基准与功能匹配时才使用它们
当钻孔或铰孔代表轴承时，它可以提供有用的基准轴, 定位销, 轴, 或其他函数关系.
然而, 孔中心线并不自动比每条边或平面更可靠.
结果可能会受到以下因素的影响:
- 孔锥度
- 圆度
- 毛刺
- 探测策略
- 量规或销间隙
- 特征尺寸
- 基准特征模拟
- 材料边界修改器
在 ASME 图纸上, RFS 当未指定材质条件修改器时，适用于尺寸受控特征. 尺寸的基准特征使用基准材料边界术语，例如人民币, MMB, 或鼠标左键. 因此，RFS 不应被用作自动选择孔中心线的理由.
5. 避免过度约束柔性部件
添加更多接触点或更大夹紧力并不总能提高精度.
薄或柔性零件在加工过程中可能会被迫进入夹具形状，然后在释放后弹回.
支撑件应稳定组件，而不会产生定位器冲突或过度变形. 图纸或检验计划还应说明零件是在自由支撑还是在定义的约束条件下测量.
跨多个 CNC 设置的数据传输
复杂零件通常需要多个加工方向.
典型的过程可能包括:
- 限定初始参考表面.
- 主要几何形状的粗加工.
- 创建成品定位孔或钻孔.
- 将零件转移到第二个夹具.
- 从合格特征中探测或定位.
- 完成关键关系.
- 从绘图基准参考系检查已完成的零件.
每次数据传输都会产生另一个错误机会.
可能的来源包括:
- 零件下方有缺口或毛刺
- 定位销磨损
- 夹具组件松动
- 探头校准不正确
- 工件偏移输入错误
- 零件变形
- 温度变化
- 夹紧顺序不一致
- 不同的加工和检查对准
具有重要地位的特征, 有角的, 或同轴关系应在实际情况下以相同的设置进行加工. 当那不可能时, 生产前应确定转移特征和检验计划.
为了更广泛的容忍度, 基准, 和检查计划, 回顾我们的 CNC加工公差 资源.
常问问题: CNC加工基准
基准和基准特征有什么区别?
数据是理论上精确的参考, 例如平面或轴. 基准特征是物理表面, 洞, 投币口, 宽度, 或建立该基准的零件上的特征图案.
什么是主要的, 中学, 和第三级基准?
它们是一组有序的参考，用于建立基准参考系. 主要数据提供第一方向, 辅助基准限制额外的移动, 第三级基准完成了所需的位置.
是否 3-2-1 原则保证特定的加工公差?
福田街道. 这 3-2-1 原理解释了如何通过约束六个自由度来定位刚性零件. 最终加工精度仍然取决于零件, 夹具, 机器, 工具, 温度, 探测, 加工顺序, 及检验方法.
孔可以作为CNC加工基准吗?
是的. 当孔或孔代表功能定位时，它可以提供有用的基准轴, 轴承, 或轴关系，并且可以重复模拟. 内孔质量, 毛刺, 尺寸, 锥度, 使用权, 并且仍然必须考虑图纸的材料边界要求.
铸态或锻造表面可以用作主要基准吗?
在图纸和工艺允许的情况下可以使用, 但质地有所不同, 草稿, 平整度, 库存状况可能会降低重复性. 严格控制的零件通常需要合格的基准目标或初始加工操作.
加工和检测必须使用相同的物理设置?
未必. 加工夹具和CMM夹具可能不同. 然而, 检查对齐应重现受控绘图基准参考框架，而不是使用不相关的方便边缘或最佳拟合对齐.
基准选择如何影响五轴加工?
五轴加工仍需要有效的工件基准和工作坐标系. 机床旋转中心校准和刀具中心点控制是机床运动学参考; 它们不会自动成为设计基准.
工件基准可以从面建立, 钻孔, 针孔, 探测功能, 或另一个受控参考. 角度设置误差可能会在距有效旋转中心较远的特征处产生较大的位置偏差, 所以夹紧, 探测, 校准, 和检查必须一起考虑.
应如何在设置之间传输数据?
下一个设置应该从仍然可用的合格功能中找到, 比如一张完成后的脸, 铰孔, 控制孔径, 定位销位置, 或临时参考特征. 在删除原始数据之前应验证传输.
最后的想法
CNC 加工基准控制部件的定位方式, machined, 测量的, 并组装.
可靠的数据策略应该连接:
- 功能设计意图
- 基准特征
- 治具接触
- CNC 工件偏置
- 设置传输
- 探头接入
- 零件刚性
- 检查对准
这 3-2-1 原理为刚性部件的定位提供了有用的基础, 但不应将其视为通用夹具设计或固定加工公差的保证.
用于精密零件, 基准规划应与 GD 一起审查&时间, 工件夹持, 加工顺序, 变形风险, 以及生产前的检验要求.
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我们可以回顾一下:
- 绘图基准结构
- 加工参考
- 工件夹具和定位器访问
- 设置-转移风险
- 薄壁变形
- 关键特征关系
- CMM 基准对准
- 检查报告要求
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