第5章执行系统设计ppt课件

1、机电学院机电学院第第5章章 执行系统设计执行系统设计 5.1 执行系统的功能及根本要求执行系统的功能及根本要求 5.2 执行系统的组成与分类执行系统的组成与分类 5.3 常用的典型执行系统常用的典型执行系统 5 .4 执行系统设计执行系统设计;机电学院机电学院 执行系统是直接用来完成各种工艺动作或消费过程的系执行系统是直接用来完成各种工艺动作或消费过程的系统。统。 执行系统要根据控制指令，将动力系统提供的能量和动执行系统要根据控制指令，将动力系统提供的能量和动力，经过传动系统的传动，直接完成系统预定的任务义力，经过传动系统的传动，直接完成系统预定的任务义务。务。 执行系统的方案设计是机电一体化

2、系统总体方案设计中极执行系统的方案设计是机电一体化系统总体方案设计中极其重要又极富有发明性的环节，直接影响机电系统的性其重要又极富有发明性的环节，直接影响机电系统的性能、构造、尺寸、分量及运用效果等。能、构造、尺寸、分量及运用效果等。 本章引见执行系统的功能、执行机构性能特点和执行系统本章引见执行系统的功能、执行机构性能特点和执行系统运动的协调设计等问题。运动的协调设计等问题。;机电学院机电学院5.1 执行系统的功能及根本要求执行系统的功能及根本要求 执行系统的义务就是实现机电一体化系统执行系统的义务就是实现机电一体化系统(或产品或产品)的目的目的，对于机电产品，其功能主要表达在以下方面的，对

3、于机电产品，其功能主要表达在以下方面: 1)作用于外界、完成预定的操作过程。作用于外界、完成预定的操作过程。 2)作用于机器内部，完成某种控制动作。作用于机器内部，完成某种控制动作。 ;机电学院机电学院 通常对执行机构提出如下根本要求通常对执行机构提出如下根本要求: 1)实现一定的运动。实现一定的运动。 这些运动普通应具备轨迹外形、速度大小、行程长短、起这些运动普通应具备轨迹外形、速度大小、行程长短、起止点位置和运动方向等要素。对这些运动的轨迹、起点与止点位置和运动方向等要素。对这些运动的轨迹、起点与终点应有一定的精度要求，对运动的启动、停顿和轨迹跟终点应有一定的精度要求，对运动的启动、停顿和

4、轨迹跟踪应有一定的灵敏度要求。踪应有一定的灵敏度要求。 2)传送必要的动力。传送必要的动力。 执行机构应具备一定的强度和刚度，能传送一定的力或力执行机构应具备一定的强度和刚度，能传送一定的力或力矩。矩。 3)保证系统具有良好的动态质量。保证系统具有良好的动态质量。 由于是在受力形状和高速运转下保证运动轨迹和定位精由于是在受力形状和高速运转下保证运动轨迹和定位精度，因此对执行机构的静刚度、动刚度、热变形和摩擦特度，因此对执行机构的静刚度、动刚度、热变形和摩擦特性应有严厉要求。减小质量、减小转动惯量、提高传动刚性应有严厉要求。减小质量、减小转动惯量、提高传动刚性、提高固有振动频率、减小摩擦和传动间

5、隙等都是改善性、提高固有振动频率、减小摩擦和传动间隙等都是改善动态质量的途径。动态质量的途径。;机电学院机电学院5.2 执行系统的组成与分类执行系统的组成与分类 5. 2. 1执行系统的组成执行系统的组成 执行系统主要由执行机构与执行构件组成，执行机构驱动执行系统主要由执行机构与执行构件组成，执行机构驱动执行构件作用于任务对象。执行构件作用于任务对象。 (1) 执行构件执行构件 执行构件是执行系统中直接完成任务义务的零部件，它往执行构件是执行系统中直接完成任务义务的零部件，它往往是执行机构中的一个构件，其动作由执行机构带动往是执行机构中的一个构件，其动作由执行机构带动;或或者是与任务对象直接接

6、触并携带它完成一定的动作者是与任务对象直接接触并携带它完成一定的动作(如夹如夹持、搬运、转位等持、搬运、转位等)，或是在任务对象上完成一定的动作，或是在任务对象上完成一定的动作(如喷涂、洗刷和锻压等如喷涂、洗刷和锻压等)。;机电学院机电学院 (2)执行机构执行机构 执行机构是位于动力元件和传动系统之后的机械安装，它执行机构是位于动力元件和传动系统之后的机械安装，它一方面要作用于执行构件，另一方面要在一定的约束下实一方面要作用于执行构件，另一方面要在一定的约束下实现所需的运动。现所需的运动。 其作用是把传动系统传送的运动方式或者动力进展必要的其作用是把传动系统传送的运动方式或者动力进展必要的变换

7、，以满足执行构件的运动要求。变换，以满足执行构件的运动要求。 常见的运动变换方式是将转动变换为直线挪动或摆动，或常见的运动变换方式是将转动变换为直线挪动或摆动，或将直线运动或摆动变换成转动，还可以变换成不同方式的将直线运动或摆动变换成转动，还可以变换成不同方式的延续运动或间歇运动。延续运动或间歇运动。;机电学院机电学院5.2.2 执行系统的分类及特点执行系统的分类及特点 一按对运动和动力的要求分类一按对运动和动力的要求分类 按对运动和动力的要求不同执行系统可以分为：动作型、按对运动和动力的要求不同执行系统可以分为：动作型、动力型和动作动力型和动作-动力型。动力型。 1、动作型、动作型 要求执行

8、系统能实现准确的动作，各构件受力较小，如要求执行系统能实现准确的动作，各构件受力较小，如缝纫机、糖果包装机、印刷机等。缝纫机、糖果包装机、印刷机等。 对这类执行系统的精度要求较高，对执行构件的运动参对这类执行系统的精度要求较高，对执行构件的运动参数：位移、速度、加速度有较准确的要求。但对各构件的数：位移、速度、加速度有较准确的要求。但对各构件的强度和刚度无特殊要求。强度和刚度无特殊要求。;机电学院机电学院 2、动力型、动力型 要求执行系统能抑制消费阻力做一定的功，对执行构件要求执行系统能抑制消费阻力做一定的功，对执行构件的运动参数没有严厉要求，如压力机、冲床、推土机、发的运动参数没有严厉要求，

9、如压力机、冲床、推土机、发掘机、碎石机等，对系统中的各构件有严厉的强度和刚度掘机、碎石机等，对系统中的各构件有严厉的强度和刚度要求，而对各构件的精度没有过高要求。要求，而对各构件的精度没有过高要求。 3、动作、动作-动力型动力型 既要求执行系统能实现预期精度的动作，又要抑制较大的既要求执行系统能实现预期精度的动作，又要抑制较大的消费阻力。如滚齿机、插齿机等一些机械加工设备，对执消费阻力。如滚齿机、插齿机等一些机械加工设备，对执行构件既有强度和刚度的要求，又有精度方面的要求。行构件既有强度和刚度的要求，又有精度方面的要求。 ;机电学院机电学院二按执行机构的数目和相互联络分类二按执行机构的数目和相

10、互联络分类 执行系统可分成执行系统可分成3类：单一型、相互独立型和相互联络型。类：单一型、相互独立型和相互联络型。 1、单一型：、单一型： 执行系统中只需一个执行机构。如搅拌机、碎石机、皮带执行系统中只需一个执行机构。如搅拌机、碎石机、皮带运输机等。运输机等。 2、相互独立型：、相互独立型： 执行系统中有多个执行机构，但它们之间相互独立，没有执行系统中有多个执行机构，但它们之间相互独立，没有相互联络。如起重机的起吊机构和行走机构，大型龙门铣相互联络。如起重机的起吊机构和行走机构，大型龙门铣床的刀具转动和挪动机构等。床的刀具转动和挪动机构等。 3、相互联络型：、相互联络型： 执行系统中有多个执行

11、机构，它们之间相互联络和制约。执行系统中有多个执行机构，它们之间相互联络和制约。如印刷机、包装机、缝纫机、纺织机、谷物结合收割机、如印刷机、包装机、缝纫机、纺织机、谷物结合收割机、四工位公用机床等，这些执行系统较复杂，设计时要思索四工位公用机床等，这些执行系统较复杂，设计时要思索各执行机构的相互配合问题。各执行机构的相互配合问题。;机电学院机电学院5.3 常用的典型执行系统常用的典型执行系统 下面分析几种完成夹持、搬运、保送、分度与转位、检下面分析几种完成夹持、搬运、保送、分度与转位、检测和施力等功能的常见典型执行系统。测和施力等功能的常见典型执行系统。 (1)夹持器夹持器 用于加工或搬运工件

12、，直接夹持工件的执行构件称为用于加工或搬运工件，直接夹持工件的执行构件称为“手手指，下面给出几种常见的夹持机构。指，下面给出几种常见的夹持机构。 图图5-1是弹簧杠杆式夹持器，是弹簧杠杆式夹持器， 图图5-2是斜楔杠杆式夹持器是斜楔杠杆式夹持器;机电学院机电学院;机电学院机电学院;机电学院机电学院 由上述由上述4 4种夹持器可以看出，完成一样的种夹持器可以看出，完成一样的“抓取抓取夹持夹持放开功能放开功能 ，所采用的夹持器的构造却不同。采用哪一，所采用的夹持器的构造却不同。采用哪一种夹持器，决议于被夹持物料的分量以及对自动化程度要种夹持器，决议于被夹持物料的分量以及对自动化程度要求的高低。当被

13、夹持物的外形不同时，应配置不同的求的高低。当被夹持物的外形不同时，应配置不同的“手手指。指。 (2)(2)搬运安装搬运安装 把工件从一个位置送到另一个位置，而运动轨迹不限定，把工件从一个位置送到另一个位置，而运动轨迹不限定，常见于自动化消费线和自动机之中。图常见于自动化消费线和自动机之中。图5 -55 -5为车门启闭安为车门启闭安装。当车门处于封锁位置时，汽缸充气推进活塞装。当车门处于封锁位置时，汽缸充气推进活塞2 2右移，右移，使摆杆使摆杆3 3绕绕A A点转动，带动滑块点转动，带动滑块6 6在滑道在滑道5 5内挪动，将车门内挪动，将车门4 4推到开启位置。推到开启位置。;机电学院机电学院车

14、门封锁时位置在车门封锁时位置在BB，这是初始位置；车门开启时位置在，这是初始位置；车门开启时位置在B1B1，这是最终位置。用摆杆摇块机构这是最终位置。用摆杆摇块机构1-2-3-5和摆杆滑块机构和摆杆滑块机构3-4-6-5组合，可实现车门的两个位置。原动件为活塞组合，可实现车门的两个位置。原动件为活塞2，它作往，它作往复运动；车门装在连杆复运动；车门装在连杆4上，它随连杆上，它随连杆4作平面运动。活塞作平面运动。活塞2伸缩伸缩到两个极限位置，车门就会从初始位置运动到最终位置。到两个极限位置，车门就会从初始位置运动到最终位置。;机电学院机电学院;机电学院机电学院 (3)保送安装保送安装 将工件按预

15、定的轨迹将工件按预定的轨迹(或道路或道路)，从一个位置送到另一个位，从一个位置送到另一个位置。保送道路有直线、环形等置。保送道路有直线、环形等;保送方式有延续保送和间保送方式有延续保送和间歇保送。歇保送。;机电学院机电学院;机电学院机电学院 (4)分度与转位安装分度与转位安装 如用于加工齿轮时的分度，六角车床刀架的转位换刀，转如用于加工齿轮时的分度，六角车床刀架的转位换刀，转台式装配机械的任务台的分度与转位等。台式装配机械的任务台的分度与转位等。;机电学院机电学院;机电学院机电学院;机电学院机电学院 (5)检测安装检测安装 用来检测工件的外形、尺寸和性能，相应的执行构件是一用来检测工件的外形、

16、尺寸和性能，相应的执行构件是一个检测探头。在检测工件时，经过机械、电气或其他传动个检测探头。在检测工件时，经过机械、电气或其他传动方式，把检测结果传送给执行机构，以便分别出合格与不方式，把检测结果传送给执行机构，以便分别出合格与不合格的工件。合格的工件。;机电学院机电学院;机电学院机电学院 (6)施力施力 许多机电系统不仅要求其执行系统实现运动或动作，而且许多机电系统不仅要求其执行系统实现运动或动作，而且还要求它可以对土作对象施加一定的力与力矩，来完成任还要求它可以对土作对象施加一定的力与力矩，来完成任务义务，如重物的夹持、起吊与搬运机械就要求执行系统务义务，如重物的夹持、起吊与搬运机械就要求

17、执行系统具有施力功能具有施力功能;插齿机的执行系统就同时要求有分度和施插齿机的执行系统就同时要求有分度和施力的功能。力的功能。;机电学院机电学院;机电学院机电学院5 .4 执行系统设计执行系统设计 执行系统的设计不同于机构设计或零件设计，它属于系统执行系统的设计不同于机构设计或零件设计，它属于系统设计。设计中不仅要明确本系统各个部分的作用及设计要设计。设计中不仅要明确本系统各个部分的作用及设计要求，而且还要了解它与其他系统的联络、协调及分工。求，而且还要了解它与其他系统的联络、协调及分工。 5. 4.1执行系统设计要求执行系统设计要求 (1)实现预期精度的运动实现预期精度的运动 (2)有足够的

18、强度与刚度有足够的强度与刚度 (3)各执行机构间的运动要协调各执行机构间的运动要协调 (4)构造合理、外型美观、制造与安装方便构造合理、外型美观、制造与安装方便 (5)任务平安可靠、运用寿命长任务平安可靠、运用寿命长;机电学院机电学院5. 4. 2执行系统设计步骤及方法执行系统设计步骤及方法 执行系统设计的过程和内容如图执行系统设计的过程和内容如图5-16所示。所示。;机电学院机电学院;机电学院机电学院 通常执行系统设计要经过下述一些主要步骤。通常执行系统设计要经过下述一些主要步骤。 (1)功能原理设计功能原理设计 根据系统预期实现的功能，思索选择何种任务原理来实现根据系统预期实现的功能，思索

19、选择何种任务原理来实现这一功能要求，构思出一切能够的功能原理，加以分析比这一功能要求，构思出一切能够的功能原理，加以分析比较并根据运用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好地较并根据运用要求或者工艺要求，从中选择出既能很好地满足功能要求，工艺动作又简单的任务原理。满足功能要求，工艺动作又简单的任务原理。 (2)运动规律设计运动规律设计 运动规律的设计包含两方面的内容运动规律的设计包含两方面的内容:工艺动作分解和运动工艺动作分解和运动方案选择。方案选择。 工艺动作分解是运动规律设计的根底，工艺动作分解的方工艺动作分解是运动规律设计的根底，工艺动作分解的方法不同，得到的运动规律和运动方案也不同。同一

20、个工艺法不同，得到的运动规律和运动方案也不同。同一个工艺动作，可以分解成各种简单运动，它们很大程度上决议了动作，可以分解成各种简单运动，它们很大程度上决议了系统的特点、性能和复杂程度。系统的特点、性能和复杂程度。;机电学院机电学院 (3)执行机构方式设计执行机构方式设计 由于执行机构的作用是传送和变换运动，而实现某种运动由于执行机构的作用是传送和变换运动，而实现某种运动变换可选择的机构并非独一的，需求进展分析、比较，合变换可选择的机构并非独一的，需求进展分析、比较，合理选择。理选择。 (4)执行构件设计执行构件设计 在机电一体化系统中，执行构件直接与任务对象接触，由在机电一体化系统中，执行构件

21、直接与任务对象接触，由于任务对象各不一样，执行构件的外形与构造也多种多于任务对象各不一样，执行构件的外形与构造也多种多样。样。 1)模拟人和其他生物的肢体或器官。这是最原始也是最巧模拟人和其他生物的肢体或器官。这是最原始也是最巧妙的方法，妙的方法， 2)根据任务对象的外形特征和物理化学特征确定执行构件根据任务对象的外形特征和物理化学特征确定执行构件的外形和构造，大多数执行构件均是如此。的外形和构造，大多数执行构件均是如此。;机电学院机电学院 (5) 绘制任务循环图绘制任务循环图 在设计多个需求协同任务的执行机构时，要绘制任务循环在设计多个需求协同任务的执行机构时，要绘制任务循环图以表达和校核各

22、执行构件间的协调与配合。图以表达和校核各执行构件间的协调与配合。 首先要搞清楚各执行构件在完成任务时的作用和动作过首先要搞清楚各执行构件在完成任务时的作用和动作过程，运动或动作的先后顺序、起止时间及运动范围，有必程，运动或动作的先后顺序、起止时间及运动范围，有必要时还要给出它们的位移、速度和加速度，再由上述的运要时还要给出它们的位移、速度和加速度，再由上述的运动数据绘制任务循环图。动数据绘制任务循环图。 (6)运动分析及强度、刚度的计算运动分析及强度、刚度的计算 有关内容在有关内容在、等课等课程中都已详细地讨论过。程中都已详细地讨论过。;机电学院机电学院5. 4. 3 运动循环图的绘制方法运动

23、循环图的绘制方法 机电一体化系统中，各执行机构的运动往往是周期性机电一体化系统中，各执行机构的运动往往是周期性的，执行机构经过一定时间间隔后，其位移、速度等运动的，执行机构经过一定时间间隔后，其位移、速度等运动参数周期反复，即完成一个个运动循环。参数周期反复，即完成一个个运动循环。 在每一个循环内可分为任务行程、空行程和停歇阶段，所在每一个循环内可分为任务行程、空行程和停歇阶段，所需时间的总和称为执行机构的运动循环周期。需时间的总和称为执行机构的运动循环周期。 为了使执行机构能按功能要求以一定的次序运动，大多数为了使执行机构能按功能要求以一定的次序运动，大多数机构经常采用微机或机械的方式集中或

24、分散控制。因此有机构经常采用微机或机械的方式集中或分散控制。因此有必要在分析功能要求的根底上制定循环图。必要在分析功能要求的根底上制定循环图。 运动循环图通常可以用三种方式表示，即直线式、圆周式运动循环图通常可以用三种方式表示，即直线式、圆周式和直角坐标式。表和直角坐标式。表5-3为三种方式循环图的绘制方法及特为三种方式循环图的绘制方法及特点比较。点比较。;机电学院机电学院表表5-3 三种运动循环图绘制方法及特点三种运动循环图绘制方法及特点形式形式绘制方法绘制方法特特 点点直线直线式式将系统在一个运动循环中各执行将系统在一个运动循环中各执行构件各行程区段的起止时间和先构件各行程区段的起止时间和

25、先后顺序按比例绘制在直线坐标轴后顺序按比例绘制在直线坐标轴上上绘制方法简单，能清楚表示一个绘制方法简单，能清楚表示一个运动循环中各执行构件运动的顺运动循环中各执行构件运动的顺序和时间关系序和时间关系; ;直观性差，不能直观性差，不能显示各执行构件的运动规律显示各执行构件的运动规律圆周圆周式式以极坐标系原点为圆心作若干同以极坐标系原点为圆心作若干同心圆，每个圆环代表一个执行构心圆，每个圆环代表一个执行构件，由各相应圆环引径向直线表件，由各相应圆环引径向直线表示各执行构件不同运动状态的起示各执行构件不同运动状态的起始和终止位置始和终止位置能比较直观地看出各执行机构主能比较直观地看出各执行机构主动件

26、在主轴或分配轴上的相位动件在主轴或分配轴上的相位; ;当执行机构多时，同心圆环太多，当执行机构多时，同心圆环太多，不直观，无法显示各执行构件的不直观，无法显示各执行构件的运动规律运动规律直角直角坐标坐标式式用横坐标表示系统主轴或分配轴用横坐标表示系统主轴或分配轴转角，纵坐标表示各执行构件的转角，纵坐标表示各执行构件的角位移或线位移，各区段之间用角位移或线位移，各区段之间用直线相连直线相连不仅能清楚地表示各执行构件动不仅能清楚地表示各执行构件动作的先后顺序，而且能表示各执作的先后顺序，而且能表示各执行构件在各区段的运动状态行构件在各区段的运动状态;机电学院机电学院 5. 4. 3. 1单个执行机

27、构的运动循环图单个执行机构的运动循环图 为了设计执行系统的运动循环图，首先应绘制执行机构运为了设计执行系统的运动循环图，首先应绘制执行机构运动循环图，而执行机构的运动循环图主要根据功能要求进动循环图，而执行机构的运动循环图主要根据功能要求进展设计。展设计。 执行机构的运动循环周期，普通由三部分组成。如图执行机构的运动循环周期，普通由三部分组成。如图5-17所示为一步进式送料机构，其运动循环周期所示为一步进式送料机构，其运动循环周期TP为为 TP= Tk + Td + To 式中式中 Tk执行机构任务执行机构任务(前进前进)行程的时间行程的时间; Td执行机构空回执行机构空回(后退后退)行程的时

28、间行程的时间; To执行机构停留的时间。执行机构停留的时间。;机电学院机电学院;机电学院机电学院;机电学院机电学院5.4.3.2 执行系统的运动循环图多个执行机构的运执行系统的运动循环图多个执行机构的运动循环图动循环图 执行系统的循环图是将各执行机构的循环图按同一时间执行系统的循环图是将各执行机构的循环图按同一时间(或转角或转角)的刻度，绘在一同的总图，并且它以某一主要执的刻度，绘在一同的总图，并且它以某一主要执行机构的任务起点为基准，表示出各执行机构相对于该主行机构的任务起点为基准，表示出各执行机构相对于该主要执行机构的运动循环的先后次序。它也可以用相应的执要执行机构的运动循环的先后次序。它

29、也可以用相应的执行机构的运动循环图的三种方式来表示。行机构的运动循环图的三种方式来表示。;机电学院机电学院 鞋钉制造工艺过程表示图鞋钉制造工艺过程表示图 镦钉子头部镦钉子头部 送料送料 压紧、挤方压紧、挤方 挤尖、切断挤尖、切断;机电学院机电学院 绘制方法：将机械在一个任务循环中各执行构件各运动区绘制方法：将机械在一个任务循环中各执行构件各运动区段的起止时间或转角和先后顺序，按比例绘制在直线段的起止时间或转角和先后顺序，按比例绘制在直线轴上，形生长条矩形图。轴上，形生长条矩形图。特点：绘制方法简单，能清楚地表示出一个运动循环内各执行特点：绘制方法简单，能清楚地表示出一个运动循环内各执行构件间运

30、动的先后顺序和位置关系。但由于不能显示各执行构构件间运动的先后顺序和位置关系。但由于不能显示各执行构件的运动变化情况，只需简单的文字表述，故直观性较差。件的运动变化情况，只需简单的文字表述，故直观性较差。 1、直线式运动循环图、直线式运动循环图工艺表示图工艺表示图;机电学院机电学院 绘制方法：以原点绘制方法：以原点O为圆心，为圆心，作假设干个同心圆环，每一个作假设干个同心圆环，每一个圆环代表一个执行构件。由各圆环代表一个执行构件。由各相应圆环分别引径向直线表示相应圆环分别引径向直线表示各执行构件不同运动区段的起各执行构件不同运动区段的起始和终止位置。始和终止位置。 特点：因机械的运动循环通常特

31、点：因机械的运动循环通常是在主轴或分配轴转一周的过是在主轴或分配轴转一周的过程中完成的，故能直观地看出程中完成的，故能直观地看出各执行机构中原动件在主轴或各执行机构中原动件在主轴或分配轴上所处的相位，便于各分配轴上所处的相位，便于各执行机构的设计、安装和调试。执行机构的设计、安装和调试。但当执行构件较多时，因同心但当执行构件较多时，因同心圆环太多而不够明晰，同样也圆环太多而不够明晰，同样也不能显示执行构件的运动变化不能显示执行构件的运动变化情况。情况。 2、圆周式运动循环图、圆周式运动循环图工艺表示图工艺表示图;机电学院机电学院3、直角坐标式运动循环图、直角坐标式运动循环图 绘制方法：以横坐标

32、轴代表机械的绘制方法：以横坐标轴代表机械的主轴或分配轴的转角，以纵坐标轴主轴或分配轴的转角，以纵坐标轴代表各执行构件的角位移或线位移，代表各执行构件的角位移或线位移，实践上就是各执行构件的位移线图。实践上就是各执行构件的位移线图。通常忽略实践的运动规律，将各运通常忽略实践的运动规律，将各运动区段用直线衔接，只反映出个执动区段用直线衔接，只反映出个执行构件间运动的协调配合关系即可。行构件间运动的协调配合关系即可。 特点：笼统、直观，不仅能清楚特点：笼统、直观，不仅能清楚地表示出各执行构件的运动先后地表示出各执行构件的运动先后顺序，还能表示出执行构件的运顺序，还能表示出执行构件的运动形状及运动变化

33、情况。动形状及运动变化情况。 工艺表示图工艺表示图;机电学院机电学院5.4.4运动循环图的设计与计算运动循环图的设计与计算 5 .4.4. 1执行机构运动循环图的设计步骤执行机构运动循环图的设计步骤 如图如图5 - 20所示为一自动打印记所示为一自动打印记(或压痕或压痕)机执行机构。打印机执行机构。打印头头1在操作系统的控制下，完成对产品在操作系统的控制下，完成对产品2的打印。下面就以的打印。下面就以该机构为例来阐明运动循环图的设计与计算步骤。该机构为例来阐明运动循环图的设计与计算步骤。 (1)确定打印头的运动循环假设给定打印机的消费纲领为确定打印头的运动循环假设给定打印机的消费纲领为4500

34、件件/班，那么实际消费率班，那么实际消费率QT为为;机电学院机电学院 可取可取QT =10件件/min。打印机构的任务循环时间。打印机构的任务循环时间Tp为为 Tp=0.1 min=6s (2)确定运动循环的组成区段确定运动循环的组成区段 根据打印的工艺功能要求，打印头的运动循环由以下四段根据打印的工艺功能要求，打印头的运动循环由以下四段组成组成: Tk打印头向下接近产品打印头向下接近产品; Ts打印头打印产品时打印头打印产品时的停留的停留; Td打印头的向上前往运动打印头的向上前往运动; To打印头在初始打印头在初始位置上的停留。因此有位置上的停留。因此有 TP= Tk + Td + To+

35、 Ts图图5 - 20;机电学院机电学院 (3)确定运动循环内各区段的时间及分配轴转角确定运动循环内各区段的时间及分配轴转角 根据工艺要求，打印头应在产品上停留的时间根据工艺要求，打印头应在产品上停留的时间Ts为为 Ts =2 s 相应的相应的Tk和和Td可根据执行机构能够的运动规律初步确定可根据执行机构能够的运动规律初步确定为为 Tk =2s ；Td =1s 那么得那么得 To =1s图图5 - 20;机电学院机电学院 (4)绘制执行机构的运动循环图绘制执行机构的运动循环图 将以上的计算结果转换成对应的分配轴转角将以上的计算结果转换成对应的分配轴转角k 、 s 、 d 和和 o，绘成直角坐标

36、式循环图，如图，绘成直角坐标式循环图，如图5-21所示。所示。;机电学院机电学院5. 4. 4. 2执行系统循环图的设计与计算执行系统循环图的设计与计算 合理地设计系统的循环图，是提高系统实际消费率的一个合理地设计系统的循环图，是提高系统实际消费率的一个重要途径。在确定系统的工艺原理及执行机构的运动循环重要途径。在确定系统的工艺原理及执行机构的运动循环后，应着手设计系统的循环图。后，应着手设计系统的循环图。 系统循环图设计的主要义务就是要建立各执行机构运动循系统循环图设计的主要义务就是要建立各执行机构运动循环之间的正确关系，也就是各执行机构运动的同步化或协环之间的正确关系，也就是各执行机构运动

37、的同步化或协调化，从而到达最大限制地缩短任务循环时间。因此，系调化，从而到达最大限制地缩短任务循环时间。因此，系统循环图，本质上就是各执行机构的同步图。统循环图，本质上就是各执行机构的同步图。 执行系统中，各执行机构运动的同步化，有以下两种不同执行系统中，各执行机构运动的同步化，有以下两种不同情况情况: 1)运动循环的时间同步化。执行机构之间的运动只具有时运动循环的时间同步化。执行机构之间的运动只具有时间上的顺序关系，而无空间上的干涉关系。间上的顺序关系，而无空间上的干涉关系。 2)运动循环的空间同步化。执行机构之间的运动既具有时运动循环的空间同步化。执行机构之间的运动既具有时间上的顺序关系，

38、又具有空间上的干涉关系。间上的顺序关系，又具有空间上的干涉关系。;机电学院机电学院(1) 执行机构运动循环的时间同步化设计执行机构运动循环的时间同步化设计 将图将图5-17步进式送料机构和图步进式送料机构和图5-20打印记机执行机构组合，打印记机执行机构组合，就得到了一个完好的工件打印记机，如图就得到了一个完好的工件打印记机，如图5-22所示，它是一所示，它是一个由两执行机构组成的执行系统。个由两执行机构组成的执行系统。 工艺过程为工艺过程为:推进机构推进机构1首先把产品首先把产品3送送至被打印的位置，然后打印头向下动作，至被打印的位置，然后打印头向下动作，完成打印操作完成打印操作;在打印头在

39、打印头2退回原位时，推退回原位时，推进机构再推送下一个产品向前，把已打印进机构再推送下一个产品向前，把已打印好的产品顶走，打印头再下落。如此反复好的产品顶走，打印头再下落。如此反复循环，完成自动打印的功能。循环，完成自动打印的功能。 机构机构1和打印头和打印头2对产品对产品3顺序作用，其顺序作用，其运动只需时间上的顺序关系，空间轨迹不运动只需时间上的顺序关系，空间轨迹不能够发生干涉。能够发生干涉。;机电学院机电学院 产品外包装上印记的打产品外包装上印记的打印工艺表示图印工艺表示图推杆与打印头的运动规律推杆与打印头的运动规律T1=T2 ;机电学院机电学院 运动循环图拟定方案一运动循环图拟定方案一

40、 产品外包装上印记的打印产品外包装上印记的打印运动循环图方案一运动循环图方案一方案一：推杆方案一：推杆1先完成一个运动先完成一个运动循环，然后打印头循环，然后打印头2再完成一个再完成一个运动循环，如此反复交替。运动循环，如此反复交替。点评：整个打印任务循环所需时点评：整个打印任务循环所需时间最长，即间最长，即T=T1+T2。安排不。安排不大合理。大合理。 ;机电学院机电学院 运动循环图拟定方案二运动循环图拟定方案二 产品外包装上印记的打产品外包装上印记的打印运动循环图方案二印运动循环图方案二方案二：打印头方案二：打印头2先运动，推杆先运动，推杆1经过经过DT时间时间后也开场运动，使得产品刚到打印位置，打后也开场运动，使得产品刚到打印位置，打印头印头2也同时到达打印位置。也同时到达打印位置。 点评：实际上整