基于气动夹紧的拨叉专用夹具设计【16张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

1 绪论
1.1本课题的研究内容和意义
机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的机械加工企业上品种、上质量、上水平，加工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是速产品更新，提高经济效益的技术保证。
合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力，而且可以较大程度地提高企业的利润，因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约，比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等，其中较为重要的是夹具的生产和设计。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有深远的意义。因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制，而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。
该课题主要是为了培养学生开发、设计和创新机械产品的能力，要求学生能够结合常规机床与零件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题，综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备、液压与气动传动等知识，对高效、快速夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。
在设计气动系统装置时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。
1.2国内外的发展概况
夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。
在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，可是，夹具设计还是有很多问题，有的会影响到工件加工精度。把夹具设计夹具。
随着现代机械加工越来越多地使用数控机床及组合机床，如何提高产品的加工精度、提高劳动生产率、降低工人的劳动强度，这是所有机械加工行业管理人员必须考虑的问题，这就使得快速夹具的设计和生产应运而生。但随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了越来越高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像换挡拨叉类不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。
1.3本课题应达到的要求
通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，在对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论及液压与气动传动等相关知识充分掌握后，分析金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合液压与气动传动的相关理论知识，完成气压传动方案分析及气压原理图的拟定，设计气动专用夹具的驱动、夹紧装置，并进行主要气动元件的设计与选择及传动系统的验算校核等，来达到产品的最优化设计。
针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的零件加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。

2 零件三维造型
拨叉零件主要是由圆柱和一些孔还有一段圆弧组成，这些外表面都是回转类的表面，用三维造型软件通过拉伸，旋转扫描等变换都可以得到，目前市场上的三维造型软件主要有Master-CAM、UG、Pro-e、CAXA、Solidworks、CAD[1]等等。我个人比较喜欢Solidworks，所以拨叉的造型采用Solidworks[2]这款软件，另外Solidworks还有很多优点如全动感的而用户界面让设计变的非常简单大大提高了设计效率，草图绘制状态和定义特征状态有明显区别，使用起来很方便，Solidworks用强大的基于特征的实体建模功能可以对特征草图进行动态修改，所以我用Solidworks这款软件，下面是我用Solidworks这款软件进行拨叉零件造型的过程。
首先我对图纸进行了分析，第一步将零件的主截面的视图草绘出来，草绘结果如图2.1所示。

接下来通过草绘可以把Φ40的外圆和花键孔拉伸出来，拉伸过程及结果如图2.2所示。
为了能把Φ40的外圆拉出来后再画它上面的圆弧，就要在画圆弧前先要拉伸一块板，按主截面的草绘图增加小头实体，增加的实体及拉伸的结果如图2.3所示。增加此块实体的目的是通过这块板再经过拉伸切除把除圆弧以外的多余部分切除，最后圆弧就做出来，因此先要做拉伸切除的草绘，只有这样才能做拉伸做出来的草绘效果，其效果图如图2.4所示。图中蓝线围成的截面轮廓是拉伸切除中要保留的部分，也是后面进行的拉伸面。
构建了拉伸截面后，对不需要的部分进行了布尔计算、切除，再进行拉伸，最后的结果如图2.5所示。
因为拨叉零件图中圆弧中间有一部分是凸出来的，所以接下来开始进行中间那一部分的造型，开始先画轮廓的草绘，先创建一个基准面然后再画需要扫描切除的轮廓草绘，如图2.6所示。

草绘轮廓好了以后再以一个圆弧轮廓进行扫描最后就能得到零件的主体结构形状。另一半同样结构形状的造型原理和过程与前面的完全一样这里不在重复。其最终效果图如图2.7所示。
接下来就是要对Φ22外圆进行造型分析，可以采用旋转求交集变换得到，开始先进行Φ22外圆的草绘，草绘时直接把孔的草绘也作出来了，草绘结果如图2.8所示。

接着就进行旋转变换，变换结果得到的图形如图2.9所示。另一个Φ22外圆的造型可以通过镜像得到，镜像时要有一个基准，在前面构建草图时已经确定了绘图基准，其造型结果如图2.10所示。

最后就是要进行Φ29孔的造型，为了能够顺利地对Φ29孔进行造型，首先应在拨叉的主截面图中对Φ29孔进行草绘，其草绘的结果如图2.11所示。草绘后再经过旋转求布尔差集，进行切除就可以得到想要的，最后的结果如图2.12所示。

花键孔中阶梯孔造型结束后，再对整个零件进行倒角，倒角很简单，Solidworks[3]直接有倒角的按钮只要直接点击就行了，只需要给出倒角的大小，倒角的结果如图2.13所示。

3 换挡拨叉加工工艺规程设计
3.1 零件的分析 
3.1.1 零件的作用
题目所给的零件是车床的拨叉。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照操作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的两个φ8孔与操纵机构相连，而下方的φ23孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。