3执行系统的方案设计ppt课件

1、机械设计的基本程序机械系统的组成机械系统的组成3 执行系统的方案设计执行系统的方案设计3.1 执行系统的组成、功能与分类执行系统的组成、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工作循环图设计实例复习思考题复习思考题3.1 执行系统的组成、功能与分类执行系统的组成、功能与分类3.1.1 执行系统的组成执行系统的组成3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能3.1.3 执行系统的运动形式执行系统的运动形式3.1.4 执行系统的分类执行系统的分类3.1.1 执行系统的

2、组成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。装置，由执行构件和与之相连的执行机构组成。执行系统执行系统执行系统中直接完成工作任务的零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，往往是执行机构中的一个零部件。其动作由执行机构带动。部件。其动作由执行机构带动。或直接完成一定的动作：转动、挪动、转位、夹持、或直接完成一定的动作：转动、挪动、转位、夹持、搬运等；搬运等；或在一定工作对象上完成一定的动作：进刀、锻压、或在一定工作对象上完成一定的动作：进刀、锻压、喷涂等。喷涂等。非工艺类非

3、工艺类工艺类工艺类3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能执行机构：传递和变换运动和动力执行机构：传递和变换运动和动力n变换形式：转动变换形式：转动挪动、摆动；挪动、摆动；n变换节拍：连续变换节拍：连续连续、间歇；连续、间歇；执行构件：完成一定的动作执行构件：完成一定的动作在执行构件与执行机构的协调工作下在执行构件与执行机构的协调工作下完成一定的任务完成一定的任务3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能n转动或移动转动或移动n施力施力n分度或转位分度或转位n抓取与夹持抓取与夹持n搬运与输送搬运与输送n检测检测卧式车床加工圆柱面的原理图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执行系

4、统对工作对象施力或力矩以达到完成生产任务的目的。以达到完成生产任务的目的。棘轮机构带动的回转工作台棘轮机构带动的回转工作台1-分度盘分度盘 2-棘轮棘轮 3-棘爪棘爪 4-分度气缸分度气缸5-定位气缸定位气缸 6-定位栓定位栓3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能n转动或移动转动或移动n施力施力n分度或转位分度或转位n抓取与夹持抓取与夹持n搬运与输送搬运与输送n检测检测凸轮机构带动的回转工作台凸轮机构带动的回转工作台1-定位栓定位栓 2-驱动销驱动销 3-分度盘分度盘4-驱动板驱动板 5-连杆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工件在达到预定位置后，根据加工工艺的要求所

5、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。位置的转动。分度、转位机构中都附有定位装置。齿轮齿条式机械手齿轮齿条式机械手1-滑柱滑柱 2-手腕手腕 3-扇形齿轮扇形齿轮 4-弹簧弹簧 5-手指手指 6-工件工件弹簧杠杆式机械手弹簧杠杆式机械手1-手腕手腕 2-弹簧弹簧 3-垫圈垫圈 4-回转轴回转轴 5-挡块挡块 6-手指手指 7-工件工件3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能n转动或移动转动或移动n施力施力n分度或转位分度或转位n抓取与夹持抓取与夹持n搬运与输送搬运与输送n检测检测完成抓取和夹持的机构与装置完成抓取和夹持的机构与装置通常称为机械手。直接夹持工通常称为机械手。直接

6、夹持工件的执行构件称为手指。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夹持：保证工件在被加工时与执行构件没有相对运动。运动。二、执行系统的功能利用死点的自锁夹紧机构利用死点的自锁夹紧机构1-手柄手柄 2-连杆连杆 3-摇杆摇杆 1,3-摇杆摇杆 2-手柄手柄 4-工作台工作台 5-夹紧杆夹紧杆 6-工件工件急回运动和行程速比系数急回运动和行程速比系数1. 机构极位：曲柄回转机构极位：曲柄回转一周，与连杆两次共线，一周，与连杆两次共线，此时摇杆分别处于两极此时摇杆分别处于两极限位置，称为机构极位。限位置，称为机构极位。2. 极位夹角：机构在两极位夹角：机构在两个极位时，原动

7、件所处个极位时，原动件所处两个位置之间所夹的锐两个位置之间所夹的锐角角称为极位夹角。称为极位夹角。3. 急回运动：急回运动：180121DCDC180121DCDC121t2t 曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，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。机构的这种运动性质称为急回运动。摇杆摇杆C点平均速度点平均速度2v1v00212112122112180180/tttCCtCCvvK4. 行程速比系数行程速比系数K 为表明急回运动程度，用反正行程速比系数为表明急回运动程度，用反正行程速比系数K来衡量：来衡量： 角愈大，角愈大，K K

8、值愈大，急值愈大，急回运动性质愈显著。回运动性质愈显著。急回运动和行程速比系数续）急回运动和行程速比系数续）对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构00，没有急回运动，没有急回运动偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构0 0，有急回运动，有急回运动摆动导杆机构的急回运动摆动导杆机构的急回运动机构急回的作用：机构急回的作用： 节省空回时间，提节省空回时间，提高工作效率。高工作效率。注意：急回具有方向性注意：急回具有方向性急回运动和行程速比系数续）急回运动和行程速比系数续）二、执行系统的功能几种机械手的夹持机构几种机械手的夹持机构(a) 杠杆滑槽式杠杆滑槽式 (b) 连杆式连杆式 (c) 自锁式自锁式扁平工件搬

9、运装置扁平工件搬运装置 a)搬运前搬运前 b)搬运后搬运后1-滑块滑块 2-导销导销 3-刚性连杆刚性连杆 4-导板导板 5-齿条齿条 6-小齿轮小齿轮7-气缸气缸 8-曲柄曲柄 9-搬运头搬运头 10-真空吸头真空吸头 11-工件工件3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能n转动或移动转动或移动n施力施力n分度或转位分度或转位n抓取与夹持抓取与夹持n搬运与输送搬运与输送n检测检测搬运：把工件从一个位置移搬运：把工件从一个位置移送到另一个位置，但并不限送到另一个位置，但并不限定移送路线。定移送路线。3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能n转动或移动转动或移动n施力施力n分度或转位分度或转位n

10、抓取与夹持抓取与夹持n搬运与输送搬运与输送n检测检测间歇式自动输送装置间歇式自动输送装置1-工件工件 2-输送机构输送机构 3-料道料道 4-气缸气缸 5-滑塞滑塞 6-夹持器夹持器输送：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。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。按输送方式：连续输送和间歇输送。间歇式直线输送装置间歇式直线输送装置1-链条链条 2-链轮链轮 3-棘轮棘轮 4-气气缸缸 5-棘爪棘爪直线导轨式输送装置直线导轨式输送装置1-工件工件

11、2-棘爪棘爪 3-导轨导轨 4-摇杆摇杆 5-偏心轮偏心轮自动检测垫圈内径装置自动检测垫圈内径装置1-凸轮轴凸轮轴 2-支架支架 3-微动开关微动开关 4-压杆压杆 5-进给滑道进给滑道 6-检测探头检测探头 7-工件垫圈）工件垫圈） 8-止动臂止动臂3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能n转动或移动转动或移动n施力施力n分度或转位分度或转位n抓取与夹持抓取与夹持n搬运与输送搬运与输送n检测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，把检测结果传执行构件通

12、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，以分离出递给执行机构，以分离出“合格合格与与“不合格不合格工件。工件。3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能垫圈内径检测工作过程垫圈内径检测工作过程1-工件工件 2-带探头的压杆带探头的压杆 3-微动开关微动开关偏转板分选装置示意图偏转板分选装置示意图a-合格品被送入合格品槽合格品被送入合格品槽 b-不合格品被送入废品箱不合格品被送入废品箱3.1.2 执行系统的功能执行系统的功能n转动或移动转动或移动n施力施力n分度或转位分度或转位n抓取与夹持抓取与夹持n搬运与输送搬运与输送n检测检测执行系统能对工件的尺寸、形状及性能进行检验

13、和测量，称为检测功能。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，以分离出递给执行机构，以分离出“合格合格与与“不合格不合格工件。工件。3.1.3 执行系统的运动形式执行系统的运动形式挪动、转动；连续、间歇执行机构常见运动形式及主要运动参数执行机构常见运动形式及主要运动参数3.1.4 执行系统的分类执行系统的分类3.2 执行系统设计的要求和步骤执行系统设计的要求和步骤3.2.1 执行系统的设计要求执行系统的设计要求实现预期精度的运动或动作

14、：轨迹实现预期精度的运动或动作：轨迹 运动方程运动方程各执行机构间动作要协调：协调各执行机构间动作要协调：协调 工作循环图工作循环图有足够的强度、刚度有足够的强度、刚度结构合理、造型美观、便于制造和安装结构合理、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、耐高温等满足环境要求：防锈、防腐、耐高温等3.2 执行系统设计的要求和步骤执行系统设计的要求和步骤3.2.2 执行系统的设计步骤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

15、、上料要几个执行构件及其运动形式；例：加工齿轮、上料节拍、道路、数量等节拍、道路、数量等合理选择机构类型，拟定机构组合方案合理选择机构类型，拟定机构组合方案 ：在满足运动：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；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绘制工作循环图：表达和校核各执行构件间的协调和配合配合运动分析及强度、刚度计算：运动分析可用图解

16、法和运动分析及强度、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、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；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功能，应对执行系统中的构件做必要的强度和刚度计算。算。拟定机器工作循环图实例拟定机器工作循环图实例常用机构的主要性能与特点常用机构的主要性能与特点1.1.执行机构的运动循环图执行机构的运动循环图 用图来表示执行构件的一个动作

17、过程包括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。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。工作行程、空回行程回程和停歇所需时间的总和。停歇回程工作ttttP2.2.机器的工作循环图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

18、轴的转角比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。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。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。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。工作循环图是设计机械的控制系统和进行机器调试的

19、依据。n 3. 3. 拟定机器工作循环图的步骤和方法拟定机器工作循环图的步骤和方法n 分析各执行构件在完成工作任务时的作用和动作过程，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；给出位移、速度和加速度；n 选择一个定标构件；例：机械主轴、主执行构件等选择一个定标构件；例：机械主轴、主执行构件等n 初步绘制机器工作循环图；初步绘制机器工作循环图；n 完成执行机构选型和机构尺寸综合后，再修改机器的工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；作循环图；n 拟定自

20、动控制系统，控制元件的信号发出时间及其工作拟定自动控制系统，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。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执行系统的运动循环图和机器的工作循环图3.43.4机械运动循环图设计举例机械运动循环图设计举例3.4.1. 3.4.1. 三面自动切书机的工艺示意图三面自动切书机的工艺示意图其工艺路线为其工艺路线为: :(1)(1)将书本用送料机构将书本用送料机构1 1送至切书工位送至切书工位; ;(2)(2)用压书机构用压书机构2 2将书

21、本压紧将书本压紧; ;(3)(3)用两侧切书刀机构用两侧切书刀机构3 3切去书本两侧余边切去书本两侧余边; ;(4)(4)用横切书刀机构用横切书刀机构4 4切去前面余边。切去前面余边。三面自动切书机的运动循环图设计三面自动切书机的运动循环图设计4 4个执行构件个执行构件3.4.2. 3.4.2. 三面自动切书机运动简图三面自动切书机运动简图四个执行机构：四个执行机构：（1 1送料机构：凸轮机构送料机构：凸轮机构（2 2压书机构：凸轮机构压书机构：凸轮机构（3 3两侧切书刀机构：平面连杆机两侧切书刀机构：平面连杆机构构（4 4横切书刀机构：平面连杆机构横切书刀机构：平面连杆机构4 4个执行机构个

22、执行机构3.4.3. 3.4.3. 三面自动切书机的运动循环图的设计三面自动切书机的运动循环图的设计（1 1各执行机构运动循环图的设计各执行机构运动循环图的设计 送料机构由工作行程送料机构由工作行程回程回程初始停歇等三个阶段初始停歇等三个阶段组成组成; ; 压书机构由工作行程压书机构由工作行程停歇停歇回程回程初始停歇等四初始停歇等四个阶段组成个阶段组成; ; 侧切机构由初始停歇侧切机构由初始停歇工作行程工作行程回程等三个阶段回程等三个阶段组成组成; ; 横刀机构由工作行程横刀机构由工作行程回程两个阶段组成。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，下图只是初步表示这四个执

23、行机构的运动循环图，在进在进行执行机构同步设计之后，可进一步修改设计。行执行机构同步设计之后，可进一步修改设计。自动切书机执行机构运动循环图自动切书机执行机构运动循环图工作行程工作行程回程回程初始停歇初始停歇工作行程工作行程停歇停歇回程回程初始停歇初始停歇初始停歇初始停歇工作行程工作行程回程回程工作行程工作行程回程回程(2)(2)执行机构运动循环同步优化执行机构运动循环同步优化a.a.送料机构与压书机构的同步化设计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由于该自动切书机裁切书本的高度有一定变化范围(Hmin-Hmax)(Hmin-Hmax)，因此压书板的行程

24、终点也得相应变化。，因此压书板的行程终点也得相应变化。b.b.侧刀机构与横刀机构的同步化设计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两侧刀的运动轨迹与横刀的运动轨迹在空间相交于M M点，点，因此必须进行空间同步化设计以免两者产生干涉。因此必须进行空间同步化设计以免两者产生干涉。c.c.压书机构与侧刀和横刀机构的同步化设计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，应以最小书本高度考虑被切书本的高度变化，应以最小书本高度HminHmin作为作为同步化设计依据。同步化设计依据。d. d. 三面切书机工作循环图三面切书机工作循环图3.4.3. 3

25、.4.3. 三面自动切书机的运动循环图的设计三面自动切书机的运动循环图的设计自动压书机的压书机构及其位移曲线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与送料机构的同步化送料机构必须在送料机构必须在HmaxHmax之前将书送到切书工位之前将书送到切书工位自动切书机侧刀与横刀机构工作简图自动切书机侧刀与横刀机构工作简图侧刀机构与横刀机构的同步图侧刀机构与横刀机构的同步图33.4.3. 3.4.3. 三面自动切书机的运动循环图的设计三面自动切书机的运动循环图的设计(3)(3)绘制三面自动切书机的运动循环图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，根据上述各执行机构的

26、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。切书机的机械运动循环图。修正后自动切书机机械运动循环图修正后自动切书机机械运动循环图复习思考题复习思考题n1. 试述执行系统的试述执行系统的设计要求与步骤。设计要求与步骤。n2. 什么是机器的工什么是机器的工作循环图运动循作循环图运动循环图）？其设计要环图）？其设计要点有哪些？点有哪些？n3. 如图所示干粉料如图所示干粉料压片机，作出其工压片机，作出其工作循环图。作循环图。20192019年年4 4月月3 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20192019年年4 4月月3 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PUMAPUMA机器人操作机机器人操作机(a)(a)轴测简图轴测简图 (b) (b)机构运动简图机构运动