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【摘要】本文是有关轴承座工艺规程的说明和机床夹具设计方法的具体阐述。轴承座是变速器中的主要外部零件，其主要作用是实现变速器中的传动作用。在设计轴承座机械加工工艺过程时要合理选择机床加工设备，专用夹具的设计以及相应的加工刀具，进给量，切削速度等用来提高加工精度，保证其加工质量。
【关键词】机械加工；工艺规程；专用夹具；轴承座
1前言
中职学生，是一群即将进入社会的劳动者，是祖国未来建设的生力军。他们职业能力的高低，将直接影响国家的发展成就。作为中职教育的工作者，如何引导他们学习专业技能，扩展职业智慧，成为新一代创新型人才，将是我们的首要工作。尤其是面对机电专业的学生，对于机械加工和电气化工程的专业课，必须从根本上培训他们，使他们具备创新能力与职业智慧，更能适应祖国未来建设所需。
对于零件的工艺安排、夹具设计是机械加工行业都应掌握的最基本的知识。这些内容对于机械加工起着致关重要的作用。零件加工质量的好坏、成本的高低，都是这些内容的直接反映。这次的设计主要内容是针对BW-150系列注浆泵（泥浆泵）中的轴承座零件。整个加工过程中涉及到加工余量的控制、工艺路线的确定、机床夹具定位和夹紧装置的设计、机械加工刀具、怎样缩短加工时间提高效率以及专用夹具体的设计等内容。
通过这次设计性教学研究，对比以往的研究进行总结，从中获取了这种机械加工技术的教学模式，同时提升了自身在专业知识方面的技能，为今后专业技能的教学研究打下一个良好的基础。
2轴承座零件的工艺分析
2.1轴承座零件图
该图为BW-150系列注浆泵（泥浆泵）中的轴承座，通过对各部分零件的加工，最后组装成一台实用的泥浆泵，BW-150注浆泵是一种卧式三缸往复单作用活塞泵，可以换八种不同压力和流量，用于地质岩心钻探工程中向钻孔输送冲洗液（泥浆、清水、皂化液），适合1500米内小口径金刚石钻探配套，也可以用于中低压力、水泥浆灌注。如下图所示：
图3 泥浆泵
2.2轴承座的工艺分析及生产类型的确定
⑴零件的作用
是用来支撑轴的部件，轴承安装于轴承座内，作为转动部件，上紧定螺丝，以达到内圈周向、轴向固定的目的，但因为内圈内孔是间隙配合，一般只用于轻载、无冲击的场合。
⑵零件的工艺分析
该零件为轴承支架，安装轴承，形状一般，精度要求并不高，零件的主要技术要求分析如下：（图2）由零件图可知，零件轴承主要由回转表面和连接平面组成，材料为灰铸铁，主要表面尺寸精度等级为IT7，加工方法以车削为宜，分粗车和精车两阶段完成。
先粗车轴承座的上端部分，考虑到有粗糙度的要求，先粗车加工，后精车φ50的圆柱面及端面，以此为精基准去加工零件的下半部分。
零件的主要表面有φ50°-0.03mm外圆，φ420.018-0.012mm的内孔，精度等级为IT7，且有同轴度要求。该零件的表面粗糙度都有相应的要求，其余的表面精度要求并不高，也就是说其余的表面不需要加工，只需按照铸造时的精度即可。底座底面的精度为Ra3.2，内孔的精度要求为Ra1.6，轴承座在工作时，静力平衡。由于工件结构原理不能或不方便在一次的装夹中同时加工完成，为保证其位置精度要求，考虑采用专用的夹具，根据夹具结构，应该先精加工上端部分。
⑶轴承座的生产类型
已知此轴承座为BW150注浆泵中的零件，零件的生产纲领为5000件/年，查《机械制造工艺与夹具》第7页表1.1-3，可确定该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，采用专用工装的方式，确定毛胚。
⑷选择毛胚
零件材料为HT150，考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级为IT7。各加工面都有均匀的余量3mm，这对提高生产率，保证产品质量有帮助。此外为消除残余应力还应安排人工时效。
2.3拟定轴承盖工艺路线
⑴定位基准的选择
粗基准的选择：按照粗基准的选择原则为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准。根据零件图所示，故应选轴承底座上表面为粗基准，以此加工轴承底座底面以及其它可以加工的表面。
精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，即以轴承座的下底面为精基准。
⑵表面加工方法的确定
根据端盖零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如下表所示：
表1 加工方法
⑶加工阶段的划分
该轴承座的加工质量要求一般，可将加工阶段划分为粗加工、精加工两个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准（轴承座底面）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他表面的精度要求；即加工轴承座下端部分φ50的外圆面，以及底面、端面部分。然后精加工，得到精基准面。
再通过轴承座的专用夹具进行装夹，依然采用先粗后精的原则加工轴承座的上端部分。
⑷工序的集中与分散
选用工序集中原则安排轴承座的加工工序。该轴承座的生产类型为中批生产，可以采用数控车床以及专用的工装夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面的相对位置精度要求。
⑸工序顺序的安排
㈠机械加工工序
① 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——轴承座的底面和φ50的外圆面。 ② 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
③ 遵循“先面后孔”原则，先加工轴承座的端面，再加工φ42及φ35的孔。
㈡热处理工序
铸造成型后，对铸件进行退火处理，可消除铸造后产生的铸造应力，提高材料的综合力学性能。该轴承座在工作过程中不承受冲击载荷，也没有各种应力，故采用退火处理即可满足零件的加工要求。
综上所述，该端盖工序的安排顺序为：热处理——基准加工——粗加工——精加工。
2.4切削用量的确定
表2 切削用量选择
表3 数控加工刀具卡片
3夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
3.1提出问题
⑴怎样限制零件的自由度？一个面限制3个自由度，定位销限制1个自由度，V型块限制了2个自由度。
⑵怎样定位和夹紧？设计夹具是通过夹具座板中间的圆孔定位，轴承座底面贴紧夹具板，然后安装两个销钉，在螺旋的作用下推动两侧的V型块，夹紧工件。
⑶设计的夹具怎样排削？加工内孔时，夹具的中心φ50为通孔，大部分的排削会顺利排出，少部分的会往后面排。
⑷怎样使夹具使用合理，便于装卸？使用时对工件做去毛刺的处理、确保铁屑清理干净、工件达到规定的公差范围内。
3.2设计思想
设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。
本夹具主要用来对φ42孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为IT7，表面粗糙度Ra1.6，精镗可以满足其精度要求。与基准面的同轴度公差只有φ0.06mm，只有确保基准统一，才能加工出符合要求的零件，所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。
3.3夹具设计
3.3.1定位分析（1）定位基准的选择
据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工φ42孔时，采用轴承座底面和φ50圆柱面作为定位基准。
（2）定位误差的分析
定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个面与两个孔定位，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合△b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。
△j=（TD+T d+△S）/2
其中TD =0.060mm，T d =0.011mm，△S=0.010mm
△j=0.0365mm
3.3.2夹具操作说明
此次设计的夹具夹紧原理为：通过φ50孔和底面为定位基准，V型块、平面和定位销实现完全定位，再进行加工。采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。
定位元件是用以确定正确位置的元件。用工件定位基准或定位基面与夹具定位元件接触或配合来实现工件定位。该设计用可换定位销，限制了工件一个旋转的自由度。
轴承座的底面部分加工完成之后，将φ50的圆柱插入φ50的夹具孔中，通过左右旋转的方式让其两端的螺钉孔对齐销钉孔，确保轴承座的底部贴紧夹具板后，插上销钉，并旋转两边的螺栓，使其带动V型块夹紧工件。形式如下图所示：
（1）夹具板与φ80的圆柱可以通过焊接的方式将其连接在一起，完成之后通过数控车床或铣床加工，保证圆柱面与夹具板之间的垂直度公差。
图7 圆柱面与夹具板的配合
（2）中间φ50的孔必须装夹在车床上加工，确保与基准面同心。
（3）两边V型块与夹具板通过螺栓连接，要留有相应的间隙可供V型块移动。
（4）螺栓、销钉、V型块的安装高度不得超出距夹具板20mm。如下图所示：
图8 装配示意图
（5）螺纹夹紧的过程中要确保两边受力的均匀，不得单边夹紧。
3.3.4夹具的主要零部件
图9 夹具板图
图10 销钉图
图11 V型块图
4结论
通过零件的尺寸要求，设计出更为合理的专用夹具，大大提高了生产效率，以往的生产中没能更好的解决同轴度误差的问题，而且没有设计专用的夹具，调试比较困难，造成机器在运转时出现不良的现象。专用夹具的设计不仅仅节省了生产时间，反而提高了工件的加工质量，而且在设计夹具的过程是通过实践一步步改善，最终设计出一套较为合理的专用夹具。
本人相信，只要我们在教学中注重教学方法的研究，不断改进传统的教学模式，引入创新的教学方式和手段，我们的中职专业技能教学就能收到丰硕的成果，绽放灿烂夺目的花朵。参考文献
[1]邹青主编. 机械制造基础课程设计指导课程.机械工业出版社，2004
[2]黄建求主编. 机械制造技术基础.机械工业出版社，2005
[3]陈海魁主编. 机械制造工艺基础.中国劳动社会保障出版社，2007
[4]李名望主编. 机床夹具设计实例教程[M]. 北京： 化学工业出版社， 2009.
[5]华茂发主编. 数控机床加工工艺[M].北京：机械工业出版社，2000年
[6]李存霞、姬瑞海主编. 机床夹具设计与应用.清华大学出版社/北京交通大学出版社2011.10
【关键词】机械加工；工艺规程；专用夹具；轴承座
1前言
中职学生，是一群即将进入社会的劳动者，是祖国未来建设的生力军。他们职业能力的高低，将直接影响国家的发展成就。作为中职教育的工作者，如何引导他们学习专业技能，扩展职业智慧，成为新一代创新型人才，将是我们的首要工作。尤其是面对机电专业的学生，对于机械加工和电气化工程的专业课，必须从根本上培训他们，使他们具备创新能力与职业智慧，更能适应祖国未来建设所需。
对于零件的工艺安排、夹具设计是机械加工行业都应掌握的最基本的知识。这些内容对于机械加工起着致关重要的作用。零件加工质量的好坏、成本的高低，都是这些内容的直接反映。这次的设计主要内容是针对BW-150系列注浆泵（泥浆泵）中的轴承座零件。整个加工过程中涉及到加工余量的控制、工艺路线的确定、机床夹具定位和夹紧装置的设计、机械加工刀具、怎样缩短加工时间提高效率以及专用夹具体的设计等内容。
通过这次设计性教学研究，对比以往的研究进行总结，从中获取了这种机械加工技术的教学模式，同时提升了自身在专业知识方面的技能，为今后专业技能的教学研究打下一个良好的基础。
2轴承座零件的工艺分析
2.1轴承座零件图
该图为BW-150系列注浆泵（泥浆泵）中的轴承座，通过对各部分零件的加工，最后组装成一台实用的泥浆泵，BW-150注浆泵是一种卧式三缸往复单作用活塞泵，可以换八种不同压力和流量，用于地质岩心钻探工程中向钻孔输送冲洗液（泥浆、清水、皂化液），适合1500米内小口径金刚石钻探配套，也可以用于中低压力、水泥浆灌注。如下图所示：
图3 泥浆泵
2.2轴承座的工艺分析及生产类型的确定
⑴零件的作用
是用来支撑轴的部件，轴承安装于轴承座内，作为转动部件，上紧定螺丝，以达到内圈周向、轴向固定的目的，但因为内圈内孔是间隙配合，一般只用于轻载、无冲击的场合。
⑵零件的工艺分析
该零件为轴承支架，安装轴承，形状一般，精度要求并不高，零件的主要技术要求分析如下：（图2）由零件图可知，零件轴承主要由回转表面和连接平面组成，材料为灰铸铁，主要表面尺寸精度等级为IT7，加工方法以车削为宜，分粗车和精车两阶段完成。
先粗车轴承座的上端部分，考虑到有粗糙度的要求，先粗车加工，后精车φ50的圆柱面及端面，以此为精基准去加工零件的下半部分。
零件的主要表面有φ50°-0.03mm外圆，φ420.018-0.012mm的内孔，精度等级为IT7，且有同轴度要求。该零件的表面粗糙度都有相应的要求，其余的表面精度要求并不高，也就是说其余的表面不需要加工，只需按照铸造时的精度即可。底座底面的精度为Ra3.2，内孔的精度要求为Ra1.6，轴承座在工作时，静力平衡。由于工件结构原理不能或不方便在一次的装夹中同时加工完成，为保证其位置精度要求，考虑采用专用的夹具，根据夹具结构，应该先精加工上端部分。
⑶轴承座的生产类型
已知此轴承座为BW150注浆泵中的零件，零件的生产纲领为5000件/年，查《机械制造工艺与夹具》第7页表1.1-3，可确定该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，采用专用工装的方式，确定毛胚。
⑷选择毛胚
零件材料为HT150，考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择铸件毛坯。选用铸件尺寸公差等级为IT7。各加工面都有均匀的余量3mm，这对提高生产率，保证产品质量有帮助。此外为消除残余应力还应安排人工时效。
2.3拟定轴承盖工艺路线
⑴定位基准的选择
粗基准的选择：按照粗基准的选择原则为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准。根据零件图所示，故应选轴承底座上表面为粗基准，以此加工轴承底座底面以及其它可以加工的表面。
精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，即以轴承座的下底面为精基准。
⑵表面加工方法的确定
根据端盖零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如下表所示：
表1 加工方法
⑶加工阶段的划分
该轴承座的加工质量要求一般，可将加工阶段划分为粗加工、精加工两个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准（轴承座底面）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他表面的精度要求；即加工轴承座下端部分φ50的外圆面，以及底面、端面部分。然后精加工，得到精基准面。
再通过轴承座的专用夹具进行装夹，依然采用先粗后精的原则加工轴承座的上端部分。
⑷工序的集中与分散
选用工序集中原则安排轴承座的加工工序。该轴承座的生产类型为中批生产，可以采用数控车床以及专用的工装夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面的相对位置精度要求。
⑸工序顺序的安排
㈠机械加工工序
① 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——轴承座的底面和φ50的外圆面。 ② 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
③ 遵循“先面后孔”原则，先加工轴承座的端面，再加工φ42及φ35的孔。
㈡热处理工序
铸造成型后，对铸件进行退火处理，可消除铸造后产生的铸造应力，提高材料的综合力学性能。该轴承座在工作过程中不承受冲击载荷，也没有各种应力，故采用退火处理即可满足零件的加工要求。
综上所述，该端盖工序的安排顺序为：热处理——基准加工——粗加工——精加工。
2.4切削用量的确定
表2 切削用量选择
表3 数控加工刀具卡片
3夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
3.1提出问题
⑴怎样限制零件的自由度？一个面限制3个自由度，定位销限制1个自由度，V型块限制了2个自由度。
⑵怎样定位和夹紧？设计夹具是通过夹具座板中间的圆孔定位，轴承座底面贴紧夹具板，然后安装两个销钉，在螺旋的作用下推动两侧的V型块，夹紧工件。
⑶设计的夹具怎样排削？加工内孔时，夹具的中心φ50为通孔，大部分的排削会顺利排出，少部分的会往后面排。
⑷怎样使夹具使用合理，便于装卸？使用时对工件做去毛刺的处理、确保铁屑清理干净、工件达到规定的公差范围内。
3.2设计思想
设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。
本夹具主要用来对φ42孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为IT7，表面粗糙度Ra1.6，精镗可以满足其精度要求。与基准面的同轴度公差只有φ0.06mm，只有确保基准统一，才能加工出符合要求的零件，所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。
3.3夹具设计
3.3.1定位分析（1）定位基准的选择
据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工φ42孔时，采用轴承座底面和φ50圆柱面作为定位基准。
（2）定位误差的分析
定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个面与两个孔定位，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重合△b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。
△j=（TD+T d+△S）/2
其中TD =0.060mm，T d =0.011mm，△S=0.010mm
△j=0.0365mm
3.3.2夹具操作说明
此次设计的夹具夹紧原理为：通过φ50孔和底面为定位基准，V型块、平面和定位销实现完全定位，再进行加工。采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。
定位元件是用以确定正确位置的元件。用工件定位基准或定位基面与夹具定位元件接触或配合来实现工件定位。该设计用可换定位销，限制了工件一个旋转的自由度。
轴承座的底面部分加工完成之后，将φ50的圆柱插入φ50的夹具孔中，通过左右旋转的方式让其两端的螺钉孔对齐销钉孔，确保轴承座的底部贴紧夹具板后，插上销钉，并旋转两边的螺栓，使其带动V型块夹紧工件。形式如下图所示：
（1）夹具板与φ80的圆柱可以通过焊接的方式将其连接在一起，完成之后通过数控车床或铣床加工，保证圆柱面与夹具板之间的垂直度公差。
图7 圆柱面与夹具板的配合
（2）中间φ50的孔必须装夹在车床上加工，确保与基准面同心。
（3）两边V型块与夹具板通过螺栓连接，要留有相应的间隙可供V型块移动。
（4）螺栓、销钉、V型块的安装高度不得超出距夹具板20mm。如下图所示：
图8 装配示意图
（5）螺纹夹紧的过程中要确保两边受力的均匀，不得单边夹紧。
3.3.4夹具的主要零部件
图9 夹具板图
图10 销钉图
图11 V型块图
4结论
通过零件的尺寸要求，设计出更为合理的专用夹具，大大提高了生产效率，以往的生产中没能更好的解决同轴度误差的问题，而且没有设计专用的夹具，调试比较困难，造成机器在运转时出现不良的现象。专用夹具的设计不仅仅节省了生产时间，反而提高了工件的加工质量，而且在设计夹具的过程是通过实践一步步改善，最终设计出一套较为合理的专用夹具。
本人相信，只要我们在教学中注重教学方法的研究，不断改进传统的教学模式，引入创新的教学方式和手段，我们的中职专业技能教学就能收到丰硕的成果，绽放灿烂夺目的花朵。参考文献
[1]邹青主编. 机械制造基础课程设计指导课程.机械工业出版社，2004
[2]黄建求主编. 机械制造技术基础.机械工业出版社，2005
[3]陈海魁主编. 机械制造工艺基础.中国劳动社会保障出版社，2007
[4]李名望主编. 机床夹具设计实例教程[M]. 北京： 化学工业出版社， 2009.
[5]华茂发主编. 数控机床加工工艺[M].北京：机械工业出版社，2000年
[6]李存霞、姬瑞海主编. 机床夹具设计与应用.清华大学出版社/北京交通大学出版社2011.10