执行系统的方案设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械设计的基本程序,1,机械系统的组成,2,3 执行系统的方案设计,3.1,执行系统的组成、功能与分类,3.2,执行系统设计的要求和步骤,3.3,执行系统的运动循环图和机器的工作循环图,3.4,工作循环图,设计实例,复习思考题,3,3.1 执行系统的组成、功能与分类,3.1.1,执行系统的组成,3.1.2,执行系统的功能,3.1.3,执行系统的运动形式,3.1.4,执行系统的分类,4,3.1.1,执行系统的组成,在机械系统中直接完成预期工作任务的机构与装置，由,执行构件,和与之相连的,执行机构,组成。,执行系统,执行系统中,直接完成工作任务的零部件,，往往是执行机构中的一个零部件。其动作由执行机构带动。,或直接完成一定的动作：转动、移动、转位、夹持、搬运等；,或在一定工作对象上完成一定的动作：进刀、锻压、喷涂等。,非工艺类,工艺类,5,6,7,3.1.2,执行系统的功能,执行机构：传递和变换运动和动力,变换形式：转动移动、摆动；,变换节拍：连续连续、间歇；,执行构件：完成一定的动作,在执行构件与执行机构的协调工作下完成一定的任务,8,3.1.2,执行系统的功能,转动或移动,施力,分度或转位,抓取与夹持,搬运与输送,检测,卧式车床加工圆柱面的原理图,执行系统对工作对象施力或力矩以达到完成生产任务的目的。,9,棘轮机构带动的回转工作台,1-分度盘 2-棘轮 3-棘爪 4-分度气缸,5-定位气缸 6-定位栓,3.1.2,执行系统的功能,转动或移动,施力,分度或转位,抓取与夹持,搬运与输送,检测,凸轮机构带动的回转工作台,1-定位栓 2-驱动销 3-分度盘,4-驱动板 5-连杆,工件在达到预定位置后，根据加工工艺的要求所作的相对某一,位置的转动。分度、转位机构中都附有,定位装置,。,10,齿轮齿条式机械手,1-滑柱 2-手腕 3-扇形齿轮,4-弹簧 5-手指 6-工件,弹簧杠杆式机械手,1-手腕 2-弹簧 3-垫圈 4-回转轴,5-挡块 6-手指 7-工件,3.1.2,执行系统的功能,转动或移动,施力,分度或转位,抓取与夹持,搬运与输送,检测,完成抓取和夹持的机构与装置通常称为,机械手,。直接夹持工件的执行构件称为,手指,。,夹持：保证工件在被加工时与执行构件没有相对运动。,11,二、执行系统的功能,利用死点的自锁夹紧机构,1-,手柄 2-连杆 3-摇杆,1,3-,摇杆 2-手柄 4-工作台,5-夹紧杆 6-工件,12,急回运动和行程速比系数,1.,机构极位：曲柄回转一周，与连杆两次共线，此时摇杆分别处于两极限位置，称为机构极位。,2.,极位夹角：机构在两个极位时，原动件所处两个位置之间所夹的锐角,称为极位夹角。,3.,急回运动：,曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，机构的这种运动性质称为急回运动。,摇杆,C,点平均速度,13,4.,行程速比系数,K,为表明急回运动程度，用反正行程速比系数,K,来衡量：,q,角愈大，,K,值愈大，急回运动性质愈显著。,急回运动和行程速比系数（续）,对心曲柄滑块机构,=0,，没有急回运动,偏置曲柄滑块机构,0,，有急回运动,14,摆动导杆机构的急回运动,机构急回的作用：,节省空回时间，提高工作效率。,注意：急回具有方向性,急回运动和行程速比系数（续）,15,二、执行系统的功能,几种机械手的夹持机构,(,a),杠杆滑槽式 (,b),连杆式 (,c),自锁式,16,扁平工件搬运装置,a),搬运前,b),搬运后,1-滑块 2-导销 3-刚性连杆 4-导板 5-齿条 6-小齿轮,7-气缸 8-曲柄 9-搬运头 10-真空吸头 11-工件,3.1.2,执行系统的功能,转动或移动,施力,分度或转位,抓取与夹持,搬运与输送,检测,搬运：,把工件从一个位置移送到另一个位置，但并不限定移送路线。,17,3.1.2,执行系统的功能,转动或移动,施力,分度或转位,抓取与夹持,搬运与输送,检测,间歇式自动输送装置,1-工件 2-输送机构 3-料道 4-气缸 5-滑塞 6-夹持器,输送：,将工件按给定的路线，从一个位置运送到下一个指定位置。,按输送路线：,直线输送,、,环形输送,及,空间输送,。,按输送方式：,连续输送和间歇输送,。,18,间歇式直线输送装置,1-链条 2-链轮 3-棘轮 4-气缸 5-棘爪,直线导轨式输送装置,1-工件 2-棘爪 3-导轨 4-摇杆 5-偏心轮,19,自动检测垫圈内径装置,1-凸轮轴 2-支架 3-微动开关 4-压杆 5-进给滑道 6-检测探头 7-工件（垫圈） 8-止动臂,3.1.2,执行系统的功能,转动或移动,施力,分度或转位,抓取与夹持,搬运与输送,检测,执行系统能对工件的尺寸、形状及性能进行检验和测量，称为,检测功能,。执行构件通常是一个,检测探头,，通过机、电或其它方式，把检测结果传递给执行机构，以分离出“合格”与“不合格”工件。,20,3.1.2,执行系统的功能,垫圈内径检测工作过程,1-工件 2-带探头的压杆 3-微动开关,21,偏转板分选装置示意图,a-,合格品被送入合格品槽,b-,不合格品被送入废品箱,3.1.2,执行系统的功能,转动或移动,施力,分度或转位,抓取与夹持,搬运与输送,检测,执行系统能对工件的尺寸、形状及性能进行检验和测量，称为,检测功能,。执行构件通常是一个,检测探头,，通过机、电或其它方式，把检测结果传递给执行机构，以分离出“合格”与“不合格”工件。,22,3.1.3,执行系统的运动形式,移动、转动；连续、间歇,执行机构常见运动形式及主要运动参数,23,24,3.1.4,执行系统的分类,25,3.2 执行系统设计的要求和步骤,3.2.1,执行系统的设计要求,实现预期精度的运动或动作：轨迹,运动方程,各执行机构间动作要协调：协调,工作循环图,有足够的强度、刚度,结构合理、造型美观、便于制造和安装,工作安全可靠，有足够的使用寿命,满足环境要求：防锈、防腐、耐高温等,26,3.2 执行系统设计的要求和步骤,3.2.2,执行系统的设计步骤,拟定运动方案,：,如确定实现工作任务的工艺原理、需要几个执行构件及其运动形式；,例：加工齿轮、上料节拍、路线、数量等,合理选择机构类型，拟定机构组合方案,：,在满足运动要求的前提下，尽可能缩短运动链，使机构和零部件数减少；注意把效率高的机构安排在传递功率大的地方；连接注意传动比的准确性；注意安装互锁装置；,绘制工作循环图,：,表达和校核各执行构件间的协调和配合,运动分析及强度、刚度计算,：,运动分析,可用图解法和解析法，目的是求出执行系统中各构件的位移、速度、加速度，必要时还应确定执行构件上给定点的轨迹；为保证执行系统工作时安全、可靠和准确实现规定的功能，应对执行系统中的构件做必要的,强度和刚度,计算。,拟定机器工作循环图实例,27,常用机构的主要性能与特点,28,1.执行,机构,的运动循环图,用图来表示执行构件的一个动作过程（包括工作行程、空回行程和间歇停顿阶段），称为,执行机构的运动循环图,。,3.3 执行系统的运动循环图和机器的工作循环图,执行机构的运动循环周期,：执行机构完成某道工序的工作行程、空回行程（回程）和停歇所需时间的总和。,29,2.,机器,的工作循环图,机器的工作循环图,是,机器中,各执行机构,的运动循环图,按同一时间,（即按某一转轴的转角）比例绘制的、,组合,起来的总图。,3.3 执行系统的运动循环图和机器的工作循环图,表示机器各执行机构的运动循环在机械工作循环内相互关系的示意图,，也可称为,机器的运动循环图,。,机器的生产工艺动作顺序是通过拟定机器工作循环图选择各执行机构来实现的。,工作循环图是设计机械的控制系统和进行机器调试的依据。,30,3. 拟定机器工作循环图的步骤和方法,分析,各执行构件,在完成工作任务时的作用和动作过程，运动或动作的先后次序、起迄时间和运动范围，必要时给出位移、速度和加速度；,选择一个,定标构件,；例：机械主轴、主执行构件等,初步绘制,机器工作循环图；,完成执行机构选型和机构尺寸综合后，再,修改,机器的工作循环图；,拟定自动控制系统，控制元件的信号发出时间及其工作状态，并将它们在机器工作循环图上表示出来，得到完整的机器工作循环图。,3.3 执行系统的运动循环图和机器的工作循环图,31,3.4机械运动循环图设计举例,3.4.1.,三面自动切书机的工艺示意图,其工艺路线为:,(1)将书本用送料机构1送至切书工位;,(2)用压书机构2将书本压紧;,(3)用两侧切书刀机构3切去书本两侧余边;,(4)用横切书刀机构4切去前面余边。,三面自动切书机的运动循环图设计,4个执行构件,32,3.4.2.,三面自动切书机运动简图,四个执行机构：,（1）送料机构：凸轮机构,（2）压书机构,：,凸轮机构,（3）两侧切书刀机构：平面连杆机构,（4）横切书刀机构：平面连杆机构,4个执行机构,33,3.4.3.,三面自动切书机的运动循环图的设计,（1）各执行机构运动循环图的设计,送料机构,由工作行程回程初始停歇等三个阶段组成;,压书机构,由工作行程停歇回程初始停歇等四个阶段组成;,侧切机构,由初始停歇工作行程回程等三个阶段组成;,横刀机构,由工作行程回程两个阶段组成。,下图只是初步表示这四个执行机构的运动循环图，在进,行执行机构同步设计之后，可进一步修改设计。,34,自动切书机执行机构运动循环图,工作行程回程初始停歇,工作行程停歇回程初始停歇,初始停歇工作行程回程,工作行程回程,35,(2)执行机构运动循环同步优化,a.,送料机构与压书机构的同步化设计,由于该自动切书机裁切书本的高度有一定变化范围,(,Hmin-Hmax),，,因此压书板的行程终点也得相应变化。,b.,侧刀机构与横刀机构的同步化设计,两侧刀的运动轨迹与横刀的运动轨迹在空间相交于,M,点，因此必须进行空间同步化设计以免两者产生干涉。,c.,压书机构与侧刀和横刀机构的同步化设计,考虑被切书本的高度变化，应以最小书本高度,Hmin,作为同步化设计依据。,d.,三面切书机工作循环图,3.4.3.,三面自动切书机的运动循环图的设计,36,自动压书机的压书机构及其位移曲线,与送料机构的同步化,送料机构必须在,H,max,之前将书送到切书工位,37,自动切书机侧刀与横刀机构工作简图,38,侧刀机构与横刀机构的同步图,3,39,3.4.3.,三面自动切书机的运动循环图的设计,(3)绘制三面自动切书机的运动循环图,根据上述各执行机构的同步化分析结果，修正前面所示的三面自动切书机的运动循环图，最后绘制出如下图所示的三面自动切书机的机械运动循环图。,40,41,修正后自动切书机机械运动循环图,42,复习思考题,1.,试述执行系统的设计要求与步骤。,2.,什么是机器的工作循环图（运动循环图）？其设计要点有哪些？,3.,如图所示干粉料压片机，作出其工作循环图。,43,44,2004年4月3日辽宁工业展览馆中国（沈阳）印刷包装新技术新设备、新材料展览会,45,2004年4月3日辽宁工业展览馆中国（沈阳）印刷包装新技术新设备、新材料展览会,46,PUMA,机器人操作机,(,a),轴测简图 (,b),机构运动简图,描述机器人操作机上每一活动构件在空间相对于坐标系或相对于机座坐标系的位置及姿态的方程，称为机器人操作机的运动方程。,47,家用缝纫机的运动循环图,a),极坐标运动循环图,b),直角坐标时序图,48,自动压痕机的结构简图,1-凸轮 2-压痕冲头 3-压印件 4-下压痕模,执行机构的运动循环图举例,自动压痕机,压痕冲头的上下运动通过凸轮实现。,冲头的运动循环包括：,冲压所需时间,t,k,压痕冲头的保压停留时间,t,0,回程所需时间,t,d,49,冲头的运动循环图,(,a),直线式 (,b),圆形（极坐标式） (,c),直角坐标式,冲压所需时间,t,k,压痕冲头的保压停留时间,t,0,回程所需时间,t,d,50,机器的工作循环图举例,自动压痕机最简单的结构形式是由,压痕机构,和,送料机构,组成。若考虑成品自动落料，还应有一个落料机构。,送料机构的运动循环周期,包括：,送料机构的上料时间,送料到位后执行构件的停歇时间,送料机构回程所需时间,51,压痕机工作循环图,注意,：,1.,2. 以某一主要执行机构的起点为基准，表示其余机构的运动循环相对于该主要执行机构的动作顺序,3.,各机构要运动协调、互不干涉,52,