机械加工设备课件第七章

1、第七章操纵机构设计第七章操纵机构设计 Controlling mechanism design 第一节第一节 概述概述 General consideration 一、操纵机构的功用和组成一、操纵机构的功用和组成 1操纵机构的功用操纵机构的功用实现机床上各种运动的控制实现机床上各种运动的控制 普通机床，主要由操作者通过手动操纵机构实现对机普通机床，主要由操作者通过手动操纵机构实现对机床各动作的控制；床各动作的控制； 自动和半自动机床，操纵机构应为机械化、自动化，自动和半自动机床，操纵机构应为机械化、自动化，并且由控制系统按照事先制订的程序发出指令进行控制。并且由控制系统按照事先制订的程序发出指

2、令进行控制。操纵机构成为控制系统的执行件，是控制系统的组成部分。操纵机构成为控制系统的执行件，是控制系统的组成部分。 操纵机构的型式对机床结构有一定的影响。在设计机操纵机构的型式对机床结构有一定的影响。在设计机床传动方案的同时，就应拟定操纵方案，而且操纵机构必床传动方案的同时，就应拟定操纵方案，而且操纵机构必须与相关部件同时进行结构设计。须与相关部件同时进行结构设计。 2操纵机构的组成操纵机构的组成 （1）操纵件：包括按钮、手柄、手轮等。设计时可参照）操纵件：包括按钮、手柄、手轮等。设计时可参照有关标准（有关标准（GCl98-60至至GC 229-60）选取。）选取。 （2）传动件：包括机械、

3、电力、液压传动件。机械传）传动件：包括机械、电力、液压传动件。机械传动件的常用有杠杆、凸轮、齿轮齿条、丝杠螺母机构等。动件的常用有杠杆、凸轮、齿轮齿条、丝杠螺母机构等。 （3）执行件：如拨叉、滑块等。）执行件：如拨叉、滑块等。 （4）控制件：控制操纵动作按一定方向或行程传递给执）控制件：控制操纵动作按一定方向或行程传递给执行件的元件。如孔盘、机械预选器及液压预选阀等。行件的元件。如孔盘、机械预选器及液压预选阀等。 一般操纵机构具备前三种元件，集中或比较复杂的一般操纵机构具备前三种元件，集中或比较复杂的操纵机构具有控制件。操纵机构具有控制件。二、操纵机构的设计要求二、操纵机构的设计要求 1操作方

4、便、省力、直观操作方便、省力、直观 （1）合理布局：操纵机构应布置在便于操纵的区域，）合理布局：操纵机构应布置在便于操纵的区域，过高、过低或过远都会使操作者易于疲劳。过高、过低或过远都会使操作者易于疲劳。 （2）轻便省力：手轮和手柄的操纵力不应超过机械工业）轻便省力：手轮和手柄的操纵力不应超过机械工业部标准部标准JB227878的规定。的规定。 1）对于可机动垂直移动的被操纵件，其手轮和手柄）对于可机动垂直移动的被操纵件，其手轮和手柄的操纵力按上表中的操纵力按上表中“不经常用的不经常用的”项选取；项选取； 2）要求快速手动的操纵件，其允许的最大操纵力，）要求快速手动的操纵件，其允许的最大操纵力

5、，可按表中数值减少约可按表中数值减少约1312； 3）为了使操纵轻便省力，手动操纵机构可适当加大）为了使操纵轻便省力，手动操纵机构可适当加大手柄长度、手轮直径或采用适当杠杆比、传动比等方法，手柄长度、手轮直径或采用适当杠杆比、传动比等方法，以减轻操纵力；以减轻操纵力； 4）采用液压、气动、电力驱动的操纵机构，不但能）采用液压、气动、电力驱动的操纵机构，不但能达到轻便省力，而且有利于实现机床自动控制达到轻便省力，而且有利于实现机床自动控制 （3）对于需要在不同位置操作和观察加工的机床，应采）对于需要在不同位置操作和观察加工的机床，应采用悬挂按钮站或在不同位置装置同一作用的手柄或按钮等。用悬挂按钮

6、站或在不同位置装置同一作用的手柄或按钮等。 （4）尽可能减少手柄的数量，如采用集中变速操纵机构，）尽可能减少手柄的数量，如采用集中变速操纵机构，控制两个方向进给运动的球节十字手柄等，以便减少操作控制两个方向进给运动的球节十字手柄等，以便减少操作动作。动作。 2易于记忆及熟练易于记忆及熟练 （1）根据操作者的操作习惯来考虑操纵件的布置及其运）根据操作者的操作习惯来考虑操纵件的布置及其运动方向。动方向。 （2）机床全部操纵机构应整齐地集中布置在）机床全部操纵机构应整齐地集中布置在23个区域个区域内。操纵机构的布置次序，应符合工作过程的操纵次序。内。操纵机构的布置次序，应符合工作过程的操纵次序。 （

7、3）作用不同的操纵件布置在一起时，应有不同形状，）作用不同的操纵件布置在一起时，应有不同形状，使操作者便于凭借手的感觉来区别。使操作者便于凭借手的感觉来区别。 （4）机床上各类标牌尽量使用形象化符号，使操作指示）机床上各类标牌尽量使用形象化符号，使操作指示简明易懂。操作指示符号及其名称应采用简明易懂。操作指示符号及其名称应采用GB31673168-82金属切削机床、数控机床操作指示形象化符号金属切削机床、数控机床操作指示形象化符号，指，指示灯和按钮颜色见示灯和按钮颜色见GB4025-83。3安全可靠安全可靠 （1）所有操纵机构应能预防错误操纵所引起的事故。）所有操纵机构应能预防错误操纵所引起的

8、事故。对于传动中运动互相干涉的传动件，其操纵机构应采取可对于传动中运动互相干涉的传动件，其操纵机构应采取可靠措施，以防止错误操纵引起事故，如采用电气，液压系靠措施，以防止错误操纵引起事故，如采用电气，液压系统中的互锁回路，以及机械操纵机构中的互锁装置等。统中的互锁回路，以及机械操纵机构中的互锁装置等。 （2）在接通状态下转速较高，或尺寸较大的手轮，不应）在接通状态下转速较高，或尺寸较大的手轮，不应带手把，在机床运转时应自动脱开传动，以免高速转动造带手把，在机床运转时应自动脱开传动，以免高速转动造成事故。成事故。 （4）操纵机构应有可靠的定位装置，以防止机床运转时）操纵机构应有可靠的定位装置，以

9、防止机床运转时因振动引起松动而造成事故。因振动引起松动而造成事故。 三、操纵机构的分类三、操纵机构的分类 1按操纵运动的动力源及发出操纵信号按操纵运动的动力源及发出操纵信号 （3）停止按钮应布置在最方便的位置上，使操作者能够）停止按钮应布置在最方便的位置上，使操作者能够从各个方向容易接近它，以便紧急停车之用。从各个方向容易接近它，以便紧急停车之用。 （5）操作件的位置要避开切屑、冷却液或润滑油，以免）操作件的位置要避开切屑、冷却液或润滑油，以免妨碍操作。妨碍操作。（1）手动操纵机构）手动操纵机构 由人工搬动手柄、手轮等，靠机械传动来实现操纵。由人工搬动手柄、手轮等，靠机械传动来实现操纵。（2）

10、机动操纵机构）机动操纵机构 由人工发出操纵信号（如按钮、液压预选阀等），靠由人工发出操纵信号（如按钮、液压预选阀等），靠电气、液压或气动传动来实现操纵电气、液压或气动传动来实现操纵 结构简单、成本低，但操纵比较费力。一般机床使用结构简单、成本低，但操纵比较费力。一般机床使用 操纵方便、省时省力，成本较高，多用于对生产率有操纵方便、省时省力，成本较高，多用于对生产率有明显影响或操纵力比较大的操纵明显影响或操纵力比较大的操纵 （3）自动操纵机构）自动操纵机构 由机床上的控制装置或机构自动发出操纵信号来实现由机床上的控制装置或机构自动发出操纵信号来实现控制，可用于自动或半自动机床控制，可用于自动或半

11、自动机床 2按一个操纵件所控制的被操纵件数目按一个操纵件所控制的被操纵件数目 （1）单独操纵机构）单独操纵机构 一个操纵件只控制一个被操纵件的机构称为单独操一个操纵件只控制一个被操纵件的机构称为单独操纵机构。纵机构。 特点是结构简单、易于制造、广泛用于被操纵件少特点是结构简单、易于制造、广泛用于被操纵件少操纵不太频繁的机床上；缺点是当被操纵件较多时，操纵操纵不太频繁的机床上；缺点是当被操纵件较多时，操纵手柄也相应增多；使用不便，操纵时间长。手柄也相应增多；使用不便，操纵时间长。 （2）集中操纵机构）集中操纵机构 一个操纵件控制两个以上的被操纵件的机构称为集一个操纵件控制两个以上的被操纵件的机构

12、称为集中操纵机构。中操纵机构。 特点是使用方便，操作辅助时间短，但结构较复杂。特点是使用方便，操作辅助时间短，但结构较复杂。 主要有顺序变速操纵机构主要有顺序变速操纵机构(如凸轮式如凸轮式)、选择变速操纵、选择变速操纵机构（如孔盘式）、预选变速操纵机构（如液压式）。机构（如孔盘式）、预选变速操纵机构（如液压式）。 3按执行件拨动被操纵件的方式按执行件拨动被操纵件的方式 （1）移动式操纵机构）移动式操纵机构 通过带导向杆或带导向孔的拨叉、轴心拉杆拨销来拨通过带导向杆或带导向孔的拨叉、轴心拉杆拨销来拨动被操纵件。动被操纵件。（2）摆动式操纵机构）摆动式操纵机构 摆动式操纵机构是通过摆杆摆动式操纵机

13、构是通过摆杆3、滑块、滑块4拨动被操纵件拨动被操纵件5。 4按被操纵件的受力状况按被操纵件的受力状况 （1）偏侧作用式操纵机构）偏侧作用式操纵机构 滑块滑块(或拨叉或拨叉)是从一边拨动滑移齿轮，因此，滑移齿是从一边拨动滑移齿轮，因此，滑移齿轮被推动过程中受偏转力矩，可能产生自锁。轮被推动过程中受偏转力矩，可能产生自锁。 （2）对称作用式操纵机构）对称作用式操纵机构 拨动力通过滑移齿轮轴线或近于轴线，可改善受力情拨动力通过滑移齿轮轴线或近于轴线，可改善受力情况，但拆装不便。况，但拆装不便。 5按执行件与被操纵件间的摩擦性质按执行件与被操纵件间的摩擦性质 （1）滑动摩擦式）滑动摩擦式 （2）滚动摩

14、擦式操纵机构）滚动摩擦式操纵机构 常用在被操纵件工作过程常用在被操纵件工作过程中受轴向力或装在垂直轴上有中受轴向力或装在垂直轴上有重力作用的情况。重力作用的情况。 第二节第二节 单独操纵机构单独操纵机构 Individual controlling mechanism一、摆动式操纵机构的设计特点一、摆动式操纵机构的设计特点滑块滑块2的运动轨迹为弧的运动轨迹为弧线，在轴向移动的线，在轴向移动的同时，相对齿轮的同时，相对齿轮的轴心线床身偏移。轴心线床身偏移。滑移距离滑移距离L越大，越大，滑块的偏移量滑块的偏移量a也也越大。当越大。当L过大时，过大时，滑块有可能脱离滑滑块有可能脱离滑移齿轮的环形槽。

15、移齿轮的环形槽。 二、设计步骤二、设计步骤由图可知：由图可知： 222)2()(LaHR将将R=H+a代入上式可解：代入上式可解： HLa162 为了保证滑块正常工作，一般要求为了保证滑块正常工作，一般要求a0.3h，h滑滑块高度，可查块高度，可查Q99-1标准。标准。 由图可知，由图可知，)(22sinaHLRL 若若H值过小，将使摆杆的摆角值过小，将使摆杆的摆角增大。增大。操纵费力，操纵费力，故一般要求故一般要求6090，通常取，通常取60。 将将60代入并忽略代入并忽略a，可得：，可得：HLaLHsin2 在设计中，在设计中，H值不可过大，否则因为摆角值不可过大，否则因为摆角过小，造成过

16、小，造成手柄定位困难，且结构不紧凑。手柄定位困难，且结构不紧凑。1确定确定H值值 依依HL条件并考虑部件的结构情况，合理选择摆杆轴条件并考虑部件的结构情况，合理选择摆杆轴心的空间位置，并确定心的空间位置，并确定H值。值。 2校验校验a值值由公式由公式HLa162求出求出a值，并校验值，并校验a0.3h如不满足，可增大如不满足，可增大H值。值。摆动式单独操纵机构的设计步骤摆动式单独操纵机构的设计步骤 3确定确定R 由由R=H+a计算摆杆半径计算摆杆半径R值。值。4确定确定由公式由公式 )(22sinaHLRL计算或作图确定摆角。计算或作图确定摆角。 应使应使6090。 5检验定位孔间距检验定位孔

17、间距 根据定位装置的有关尺寸及摆角根据定位装置的有关尺寸及摆角，检验两相邻定位，检验两相邻定位孔（窝）之间的距离不得小于孔（窝）之间的距离不得小于2mm。如不满足，可适当。如不满足，可适当减小减小H值值， 三、设计注意事项三、设计注意事项1合理选择滑块结构形式合理选择滑块结构形式 滑块通常有矩形和圆形两种（滑块通常有矩形和圆形两种（Q99-1）。当因结构条件）。当因结构条件限制，在被操纵件上不能加工环形槽时，可采用整体式或限制，在被操纵件上不能加工环形槽时，可采用整体式或肩轴式钳形滑块，进行拨齿。肩轴式钳形滑块，进行拨齿。2减小滑移摩擦阻力减小滑移摩擦阻力 为了使齿轮顺利滑移，其操纵推力必须克服齿轮孔与为了使齿轮顺利滑移，其操纵推力必须克服齿轮孔与轴间的摩擦阻力。该阻力由齿轮重量床身的摩擦力和齿轮轴间的摩擦阻力。该阻力由齿轮重量床身的摩擦力和齿轮倾斜产生的摩擦力所组成。倾斜产生的摩擦力所组成。（2）双边拨动；）双边拨动； （3）配合间隙适当，采用）配合间隙适当，采用H