自动机与生产线第二章自动机与自动线的设计原理(第二版)

1、自动机与自动线的设计原理自动机与自动线的设计原理本本章章要要点点自动机的基本组成自动机的基本组成；自动线的定义、特点及应用；自动线的定义、特点及应用 。自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析。 自动机与自动线的工艺方案选择自动机与自动线的工艺方案选择 。 自动机的循环图自动机的循环图的的设计与计算设计与计算。 自动机循环图设计步骤与实测方法自动机循环图设计步骤与实测方法。本本章章难难点点 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析。 自动机的循环图自动机的循环图的的设计与计算设计与计算。 第第2 2章章 自动机与自动线的设计原理自动机与自动线的设计原理 1 1自动机的组

2、成自动机的组成2.1 2.1 概概 述述图图2.12.1 自动冲压机的结构示意图自动冲压机的结构示意图 1电动机 2、3皮带轮 4、5、7、8齿轮6离合器 9曲轴 10冲杆11冲头 12下模 13毛坯 14料斗 15推料装置 16控制阀17落料板 18控制装置 19电磁铁 20杠杆2.1 2.1 概概 述述（1 1）驱动系统）驱动系统 1 1自动机的组成自动机的组成l 自动机的动力源。动力源可以是电力驱动、液压驱动、气压驱自动机的动力源。动力源可以是电力驱动、液压驱动、气压驱 动等。本机采用了电力驱动，即图中的电动机动等。本机采用了电力驱动，即图中的电动机1 1。 （2 2）传动系统）传动系统

3、 l 执行机构是实现自动化操作与辅助操作的系统。图中冲头执行机构是实现自动化操作与辅助操作的系统。图中冲头1111和和 推料装置推料装置1515就是执行机构。就是执行机构。 （3 3）执行机构）执行机构 l 功能是将动力和运动传递给各执行机构或辅助机构，以完成规功能是将动力和运动传递给各执行机构或辅助机构，以完成规 定的工艺动作。图中件定的工艺动作。图中件2 2、3 3带传动和件带传动和件4 4、5 5、7 7、8 8两对齿轮两对齿轮 传动共同组成了本机的传动系统。传动共同组成了本机的传动系统。 （4 4）控制系统）控制系统 l 控制自动机的驱动系统、传动系统、执行机构等，将运动分配控制自动机

4、的驱动系统、传动系统、执行机构等，将运动分配 给各执行机构，使它们按时间、按顺序协调动作，由此实现自给各执行机构，使它们按时间、按顺序协调动作，由此实现自 动机的工艺职能，完成自动化生产。图中离合器动机的工艺职能，完成自动化生产。图中离合器6 6、杠杆、杠杆2020、 电磁铁电磁铁1919、控制装置、控制装置1818和控制阀和控制阀1616组成了控制系统。组成了控制系统。 2.1 2.1 概概 述述自动机的基本组成可由图自动机的基本组成可由图2.22.2来概括来概括: :图图2.2 2.2 自动机的组成自动机的组成2.1 2.1 概概 述述2 2自动机的控制系统自动机的控制系统（1 1）时序控

5、制系统）时序控制系统 l 时序控制系统是指按时间先后顺序发出指令进行操纵的一种控时序控制系统是指按时间先后顺序发出指令进行操纵的一种控 制系统制系统。 （2 2）时序控制系统）时序控制系统 l 行程控制系统是按一个动作运行到规定位置的行程信号来控制行程控制系统是按一个动作运行到规定位置的行程信号来控制 下一个动作的一种控制系统。下一个动作的一种控制系统。 v优点：优点： l能完成任意复杂的工作循环，各种信号都能通过凸轮的轮廓能完成任意复杂的工作循环，各种信号都能通过凸轮的轮廓l线或连杆机构尺寸参数的设计，来满足运动学或动力学的要求。线或连杆机构尺寸参数的设计，来满足运动学或动力学的要求。l l

6、b)b)调整正常后，各执行机构不会互相干涉，分配轴即使转动不调整正常后，各执行机构不会互相干涉，分配轴即使转动不l均匀，也不会影响各动作的顺序。均匀，也不会影响各动作的顺序。l lc)c)能保证在规定时间内，严格可靠地完成工作循环，故特别适能保证在规定时间内，严格可靠地完成工作循环，故特别适l合于高速自动机械。合于高速自动机械。v缺点：缺点： l灵活性差。当产品更换时，可能要更改部分或全部凸轮机构，灵活性差。当产品更换时，可能要更改部分或全部凸轮机构，l 给制造、安装与调试带来较大困难。给制造、安装与调试带来较大困难。l lb)b)一般缺乏检查执行机构动作完成与否的装置，没有完成时不一般缺乏检

7、查执行机构动作完成与否的装置，没有完成时不l 能自动停机，故不够安全。能自动停机，故不够安全。l 2.1 2.1 概概 述述3. 3. 自动线的定义、特点及应用自动线的定义、特点及应用 v定义：定义： l人们把按照产品加工工艺过程，用工件储存及传送装置把专用人们把按照产品加工工艺过程，用工件储存及传送装置把专用l自动机以及辅助机械设备连接起来而形成的、具有独立控制装自动机以及辅助机械设备连接起来而形成的、具有独立控制装l置的生产系统称作自动生产线，简称自动线或生产线。置的生产系统称作自动生产线，简称自动线或生产线。l v特点：特点： l在自动线整个生产过程中，人工不参与直接的工艺操作，只在自动

8、线整个生产过程中，人工不参与直接的工艺操作，只l 是全面观察、分析生产系统的运转情况。是全面观察、分析生产系统的运转情况。l自动线的自动化程度取决于人工参与生产的程度。自动线的自动化程度取决于人工参与生产的程度。l生产线生产线 、CIMSCIMS、FAFA的概念。的概念。l v应用：应用： l定型、批量大、有一定生产周期的产品。定型、批量大、有一定生产周期的产品。l l产品的结构便于传送、自动上下料、定位和夹紧、自动加工、产品的结构便于传送、自动上下料、定位和夹紧、自动加工、l 装配和检测。装配和检测。 l产品结构比较繁杂、加工工序多产品结构比较繁杂、加工工序多, ,难以操纵甚至无法保证产品难

9、以操纵甚至无法保证产品l 的加工数量及质量。的加工数量及质量。l以包装、装配工艺为主的生产过程。以包装、装配工艺为主的生产过程。l l加工方法、手段、环境等因素影响而不宜用自动机进行生产。加工方法、手段、环境等因素影响而不宜用自动机进行生产。 2.1 2.1 概概 述述4 4自动线的组成及类型自动线的组成及类型（1 1）自动线的组成）自动线的组成 la a）主要工艺设备：专用的自动机。）主要工艺设备：专用的自动机。l lb b）辅助工艺装置。）辅助工艺装置。l lc c）物料贮存、传送装置：包括传送、贮存和上下料装置。）物料贮存、传送装置：包括传送、贮存和上下料装置。l ld）检测控制装置：包

10、括检测、信号处理和控制系统。）检测控制装置：包括检测、信号处理和控制系统。（2 2）自动线的类型）自动线的类型 la a）直线型。）直线型。l lb b）曲线型。）曲线型。l lc c）封闭（或半封闭）环（或矩框）型。）封闭（或半封闭）环（或矩框）型。l ld）树枝型（或称为分支式）。）树枝型（或称为分支式）。2.1 2.1 概概 述述a a）直线型：）直线型： l 将各种自动机加工设备及装置，按产品加工工艺要求，由传送装置将它将各种自动机加工设备及装置，按产品加工工艺要求，由传送装置将它l们连接成一直线摆列的自动线，工件由自动线的一端上线，由另一端下线。们连接成一直线摆列的自动线，工件由自动

11、线的一端上线，由另一端下线。l这种排列形式的自动线称为直线型自动线，简称直线型。这种排列形式的自动线称为直线型自动线，简称直线型。l 根据自动机自动机、传送装置传送装置、贮存装置布置贮存装置布置的关系，直线型又可分成同步顺同步顺l序组合序组合、非同步顺序组合非同步顺序组合、分段非同步顺序组合分段非同步顺序组合和顺序顺序平行组合平行组合自动线，l如图2.3和图2.4所示。图图2.3 2.3 顺序组合自动线顺序组合自动线1自动机 2传送装置 3贮存装置图图2.4 2.4 顺序顺序平行组合自动线平行组合自动线1自动机 2传送装置2.1 2.1 概概 述述b b）曲线型：）曲线型： l 工件沿曲折线（

12、如蛇形、之字形、直线与弧线组合等）传送，其他与直线型相同。工件沿曲折线（如蛇形、之字形、直线与弧线组合等）传送，其他与直线型相同。c c）封闭（或半封闭）环（或矩框）型：）封闭（或半封闭）环（或矩框）型： l 工件沿环形或矩形线传送工件沿环形或矩形线传送图图2.5 2.5 （a a） 矩框型自动线矩框型自动线图图2.5 2.5 （b b） 环型自动线环型自动线1输送装置 2、4转向装置 3自动机 5随行夹具d d）树枝型（或称为分支式）：）树枝型（或称为分支式）： l 工件传送路线如同树枝，有主干，有分支。工件传送路线如同树枝，有主干，有分支。2.1 2.1 概概 述述5. 5. 自动线的控制

13、系统自动线的控制系统自动线对控制系统有如下要求：自动线对控制系统有如下要求： l满足自动线工作循环要求并尽可能简单满足自动线工作循环要求并尽可能简单l控制系统的构件要可靠耐用，安装正确，调整、维修方便。控制系统的构件要可靠耐用，安装正确，调整、维修方便。l线路布置合理、安全，不能影响自动线整体效果和自动线工作。线路布置合理、安全，不能影响自动线整体效果和自动线工作。l l应在关键部位，对关键工艺参数（如压力、时间、行程等）设置检测应在关键部位，对关键工艺参数（如压力、时间、行程等）设置检测 装置，以便当发生偶然事故时，及时发讯、报警、局部或全部停车。装置，以便当发生偶然事故时，及时发讯、报警、

14、局部或全部停车。 控制系统是指挥中心，操纵着自动线各个组成部分的工艺动作顺序、持续时间、预警、故障诊断和自动维修等。2.1 2.1 概概 述述6. 6. 自动生产线实例自动生产线实例v【实例【实例2.12.1】 立式框型返回式自动线：立式框型返回式自动线： 如图2.6所示，该自动线由上下两层组成，下层为加工段，上层为返回输送段。工件3由下层左端上线，由下输送装置2依次传至各个自动机4进行加工，到下层右端时，由提升机6将工件送上上层，由上输送装置5再将工件返回送给降落机1，降落机将工件送出生产线。图图2.6 2.6 立式框型返回式自动线立式框型返回式自动线1降落机 2下输送装置 3工件 4自动机

15、 5上输送装置 6提升机2.1 2.1 概概 述述v【实例【实例2.22.2】 苹果清洗生产线：苹果清洗生产线： 如图2.7所示，生产线从前向后依次分成前清洗前清洗、脱皮脱皮、后清洗后清洗和表面表面水烘干水烘干4段。苹果的输送采用辊式输送辊式输送装置。输送辊2上套尼龙绳3(通过辊以及尼龙绳的拨动、上方水流的冲动以及苹果的碰撞)苹果翻滚着向前移动，喷淋水洗干净后落入盛果筐4盛果筐在盛液槽5内做上下往复直线运动，实现苹果在脱皮液中的浸泡和捞起盛果筐升起，由拨果辊6将脱皮后的苹果依次推送到后清洗段。中和并冲洗掉脱皮化学液，再送入烘干段除去苹果表面的水滴主要步骤：主要步骤：图图2.7 2.7 苹果清洗

16、生产线苹果清洗生产线1水管架 2输送辊 3尼龙绳 4盛果筐 5盛液槽 6拨果辊 7加热板 8电机及减速器 9撑杆 10轮2.1 2.1 概概 述述 自动线工作时，成卷的塑料带由制袋机2制成袋后送给填料机3，物料经称量机1定量后由填料机3装入袋中，然后送到封口机4进行热压封口变成实包。实包被顺倒在传送带9上，经重量检测器5进行二次测重，不合格包被自动选别机6送到支道上处理。合格包经整形机7压辊整形后，再经过金属物探测机8进行检测。通过这几项检测合格的包，经计数器计数后，由传送带送出，或者直接装车，或者由码垛机堆码放置。图图2.8 2.8 包装自动线包装自动线1称量机 2制袋机 3填料机 4封口机

17、 5重量检测器 6自动选别机 7整形机 8金属物探测机 9传送带v【实例【实例2.32.3】 包装自动线：包装自动线： 2.2 2.2 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析自动机的生产率：自动机的生产率：l理论生产率理论生产率 l工艺生产率工艺生产率 K Kl l实际生产率实际生产率l tQ 自动机械在正常工作状态运转时，单位时间内所生产的产品数量称为理论生产率。 pQ 考虑发生故障、检修或其他因素引起的停机时间之后而算出的单位时间内生产的产品数量，称为自动机械的实际生产率。 假定加工对象在自动机械上单位时间内的全部时间都连续接受加工，而没有空行程的损失，这时的生产率就称为自动

18、机械的工艺生产率。 2.2 2.2 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析(1). (1). 间歇作用型自动机（第间歇作用型自动机（第类自动机）的生产率类自动机）的生产率按自动机械生产过程的连续与否，自动机械可分为间歇作用型间歇作用型和连续作用型连续作用型。 间歇作用型自动机械的特点是，产品在自动机上的被加工、传送和处理等工作，是间歇周期地进行的。v理论生产率：理论生产率：tpkf11Qttt（件/min）（2.12.1） 自动机的工作循环时间（即加工一个产品所需的时间）； 工作循环内的工艺操作时间（简称基本工艺时间）； 工作循环内的辅助操作时间（简称辅助操作时间）。ptktft

19、v实际生产率：实际生产率：pkfn1Qttt（件/min）（2.22.2） 实际上，自动机的理论生产率就是自动机的设计生产率，而自动机的实际生产率是自动机在使用过程中显示出来的生产率。1 . 1 . 自动机的生产率分析自动机的生产率分析2.2 2.2 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析(2). (2). 连续作用型自动机（第连续作用型自动机（第类自动机）的生产率类自动机）的生产率 连续作用型自动机的特点是，产品在自动机上的被加工、传送和处理等工作，是连续不断进行的，辅助操作时间与工艺时间重合，即被工艺时间包容。v理论生产率：理论生产率：tppp111QnNtnN（件/min）

20、（2.32.3） 自动机械转盘的转速（r/min）N 转盘上产品工位数pnv 在实际生产中，转盘转速受到灌装角（转盘旋转一周过程中实际灌装液体所占的角度）大小与灌装工艺时间的限制，在灌装角选定的情况下，转盘的转速由式（2.4）确定：kr/min360t（）pn（2.42.4） 式中， 为液体由灌装阀流满瓶内所需的灌装工艺时间（min），它与液体的黏度、压力、灌装阀的结构等因素有关。kt2.2 2.2 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析v例例2.12.1： 广东健力宝集团引进目前我国生产率最高的易拉罐生产线，其灌装机的灌装速度为2000罐/min，转盘工位数为164头，灌装角为

21、280。问该灌装机的转速应为每分钟多少转？每灌一罐所需的工艺时间为多少秒？解：由 ，得tpQnNtp2000164QnN12.2 r/min（）又由 ，得pnk360tktp360n 28036012.2=0.06375 min（）= 3.83（s） 该灌装机转盘的转速约为12.2r/min，每灌装一罐的工艺时间约为3.83s。这里要注意灌装机的灌装工艺时间与灌装机每生产一罐产品所需时间是不同的。2.2 2.2 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析 和间歇作用型自动机一样，连续作用型自动机也存在循环外时间损循环外时间损失失。在计算实际生产率时，必须将自动连续工作了一段时间之后的

22、循环外的时间损失分摊到此期间加工出的每一件产品上。 这样，连续作用型自动机的实际生产率可表示为：ptQQ（件/min） 为连续作用型自动机的停顿（或停机）系数（ 1）。2.2 2.2 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析2 . 2 . 自动线的生产率分析自动线的生产率分析(1). (1). 自动线的理论生产率自动线的理论生产率txQv 自动线的理论生产率通常以该自动线的中心机的生产率来选定自动线的理论生产率通常以该自动线的中心机的生产率来选定自动线的实际生产率自动线的实际生产率pxtxQQ（件/min）v 为自动线的停机参数， 为自动线的实际生产率。pxQ(2). (2). 同

23、步（刚性）自动线的实际生产率同步（刚性）自动线的实际生产率p qQp qtxkfn1QQttq t（件/min）(3). (3). 同步（刚性）自动线的实际生产率同步（刚性）自动线的实际生产率p stxkfn1QQttt（件/min）(4). (4). 同步（刚性）自动线的实际生产率同步（刚性）自动线的实际生产率p r qtxnp11QQq tnN （件/min）（2.52.5）（2.62.6）（2.72.7）（2.82.8）2.2 2.2 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析v【例【例2.22.2】：】： 某矿泉水灌装自动线，理论生产率400瓶/min。但该自动线在8h内，理

24、送瓶机停机6次，每次3min；冲洗灌机停机5次，每次2min；套标机停机5次，每次4min；装箱机停机3次，每次5min。试分别按同步自动线和非同步自动线计算该自动线的实际生产率。解解：按同步自动线计算，其停机系数为：=860-(63+52+54+35)/8600.87所以，该同步自动线的实际生产率 为：p qQp qtxQQ0.87400=348（瓶/min）按非同步自动线计算，其停机系数为：=860-(54)/8600.96所以，该非同步自动线的实际生产率 为：p sQp stxQQ=0.96400=384瓶/min2.2 2.2 自动机与自动线的生产率分析自动机与自动线的生产率分析3 .

25、 3 . 提高自动机与自动线生产率的途径提高自动机与自动线生产率的途径(1). (1). 减少循环内的空程和辅助操作时间减少循环内的空程和辅助操作时间ft(2). (2). 减少基本工艺时间减少基本工艺时间kt(3). (3). 减少循环外的时间损失减少循环外的时间损失nt 提高刀具或模具的尺寸耐用度b) 减少机械设备的调整时间c) 尽量采用能满足自动操纵和连锁保护的电气设备控制系统d) 应尽量采用方便维修的液压、气动系统e) 必须加强对自动机或自动线中各种设备计划检修和维护保养工作2.3 2.3 自动机与自动线的工艺方案选择自动机与自动线的工艺方案选择在工艺原理图上应体现以下一些内容：在工艺

26、原理图上应体现以下一些内容： 产品的大概特征与组成。b) 从工件到成品（或半成品）的具体工艺方法、工艺过程。c) 工件的运动路线、加工工艺路线。d) 加工的工艺顺序和工位数、工艺操作与辅助操作的顺序和数量。e) 工件在各工位上所要达到的加工状态及要求。f ) 执行机构（刀具或工具）与工件的相互位置、对工件的作用方式、 工作原理。下面通过一些实例来说明工艺原理图的绘制方法：下面通过一些实例来说明工艺原理图的绘制方法：图图2.9 2.9 链条装配工艺原理链条装配工艺原理图图2.3 2.3 自动机与自动线的工艺方案选择自动机与自动线的工艺方案选择图图2.10 2.10 化妆品自动灌装工艺原理图化妆品

27、自动灌装工艺原理图2.3 2.3 自动机与自动线的工艺方案选择自动机与自动线的工艺方案选择图图2.11 2.11 压缩饼干包装工艺原理图压缩饼干包装工艺原理图1橡皮纸卷筒 2切纸刀 3折边器 4送料机构图图2.12 2.12 糖果包装机的工艺流程与操作原理图糖果包装机的工艺流程与操作原理图2.3 2.3 自动机与自动线的工艺方案选择自动机与自动线的工艺方案选择图图2.13 2.13 装箱自动线的工艺原理图装箱自动线的工艺原理图2.4 2.4 自动机的循环图自动机的循环图1 . 1 . 概述概述v循环图循环图: :在工程上，用来表达自动机各执行机构的运动循环在自动机工作循在工程上，用来表达自动机

28、各执行机构的运动循环在自动机工作循环内相互关系的示意图，称为自动机的循环图。环内相互关系的示意图，称为自动机的循环图。v自动机的工作循环自动机的工作循环: :通常把生产两个相邻产品之间的时间间隔，即生产一个产品所需的通常把生产两个相邻产品之间的时间间隔，即生产一个产品所需的时间，称为自动机的工作循环。工作循环时间用时间，称为自动机的工作循环。工作循环时间用tptp表示表示。v执行机构的运动循环执行机构的运动循环: :执行机构的运动周期或执行机构在起始位置之间运行的时间称为执执行机构的运动周期或执行机构在起始位置之间运行的时间称为执行机构的运动循环，常用行机构的运动循环，常用tktk表示表示。l

29、摆杆 2推书板 3工作台4凸轮 5拉簧2.4 2.4 自动机的循环图自动机的循环图图图2.14 2.14 切书机推书机构图切书机推书机构图l摆杆 2推书板 3工台4凸轮 5拉簧其运动循环时间其运动循环时间 表示为表示为：ktkp0pd0dttttt（minmin或或s s） （2.102.10）式中， 执行机构空程行进运动时间； 执行机构工作行进或工作停留时间； 执行机构空程返回运动时间； 执行机构返回后的等待停留时间。pt0ptdt0dt间歇作用型自动机的理论生产率间歇作用型自动机的理论生产率 等于自动机工等于自动机工作循环的作循环的tptp倒数。由于倒数。由于tptp等于等于tktk，故有

30、，故有：tQtpkp0pd0d111Qtttttt（2.112.11）由式（由式（2.112.11）可知，为了提高自动机的理论）可知，为了提高自动机的理论生产率，必须减少执行机构的循环时间生产率，必须减少执行机构的循环时间tktk，也就，也就是减少是减少 、 、 或或 的时间。其中的时间。其中 和和 与工艺与工艺过程的工艺参数有关，过程的工艺参数有关， 与执行机构的运动规律与执行机构的运动规律有关，而有关，而 则与自动机的整体循环图设计有关。则与自动机的整体循环图设计有关。pt0ptdt0dtpt0dtdt0dt2.4 2.4 自动机的循环图自动机的循环图2 . 2 . 自动机的循环图自动机的

31、循环图（1 1）执行机构的运动循环图）执行机构的运动循环图表示执行机构运动循环的图形称为执行机构的运动循环图。表示执行机构运动循环的图形称为执行机构的运动循环图。图图2.15 2.15 自动冲压机自动冲压机l凸轮 2冲头 3工件4下冲模 5压簧在图2.15所示的自动冲压机中，冲头2的上下运动是通过凸轮机构通过凸轮机构1 1实现的。冲头2的运动循环由以下4个部分组成：冲头在初始位置的等待停留时间冲头在初始位置的等待停留时间 ，冲冲头空程前进运动头空程前进运动和工作行程时间工作行程时间 和 ，冲头空程返回时间冲头空程返回时间 ，故冲头的运动循环tk可以用式（2.10）表示，也可以用图形表示。0dt

32、pt0ptdt2.4 2.4 自动机的循环图自动机的循环图用图形表示运动循环用图形表示运动循环tktk有以下有以下3 3种形式种形式：图图2.16 2.16 运动循环圈的表示方法运动循环圈的表示方法（a a）直线式循环图）直线式循环图（b b）圆环式循环图）圆环式循环图（c c）直角坐标式循环图）直角坐标式循环图2.4 2.4 自动机的循环图自动机的循环图（2 2） 自动机的工作循环图自动机的工作循环图 自动机的工作循环图是将自动机各执行机构的运动循环图按同一时间（或分配轴转角）的刻度，按比例绘在一起的总图。绘图时，它总是以某一主要执行机构的工作起点为基准，表示出各执行机构的运动循环相对于该主

33、要执行机构动作的先后次序。 自动机的工作循环图和执行机构的运动循环图一样，也有直线式直线式、圆环式圆环式、直角坐标式直角坐标式3种表示形式。图图2.17 2.17 陶瓷滚压成型机动作原理图陶瓷滚压成型机动作原理图2.4 2.4 自动机的循环图自动机的循环图图图2.18 2.18 陶瓷滚压成型机工作循环图陶瓷滚压成型机工作循环图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算1. 1. 执行机构运动循环图的设计与计算执行机构运动循环图的设计与计算设计步骤如下设计步骤如下： 1）确定执行机构的运动循环（时间）； 2）确定运动循环的组成区段； 3）确定运动循环内各区段的时间（或分配轴

34、转角）； 4）绘制执行机构的运动循环图。图图2.19 2.19 打印头机构原理图打印头机构原理图l凸轮 2打印头 3产品1 1) ). . 确定打印头的运动循环确定打印头的运动循环kt 若给定打印机的生产纲领为4000件/班，停顿系=0.85，则理论生产率为:t4000/0.859.8860Q （件/min）,可取t10/minQ （件）若分配轴每转一转完成一个产品打印，则分配轴转速为： n=10（r/min）分配轴每转一转的时间即为打印头机构的运动循环时间，也等于打印机的工作循环，故 =6（s）k11min10tn（）2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算2)2).

35、 . 确定运动循环的组成区段确定运动循环的组成区段 打印头向下的打印运动； 打印头打印时的停留； 打印头向上返回运动； 打印头返回后在初始位置上的停留。0dtpt0ptdt 按式（2.10），打印头的运动循环表示为:kp0pd0dttttt若用角度来表示打印头的运动循环，则可表示为 （2.12）2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算3)3). . 确定运动循环内各区段的时间（或分配轴转角）确定运动循环内各区段的时间（或分配轴转角）根据工艺要求，打印头应在产品上的停留时间为:0p0.2 st（ ）则相应的分配轴转角为:0p0pk0.2360360126tt（2.13）

36、根据执行机构可能实现前运动规律，初步确定 ， ， 则，相应的分配轴转角分别为:p1.5std1.3st 0d3stpd0dpk1.5360360906tt=dk1.3360360786ttdk1.3360360786tt2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算4)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: :图图2.20 2.20 打印头机构运动循环图打印头机构运动循环图 将以上计算结果绘成直角坐标式循环图，如图2.20所示。有了运动循环图，就可以进行凸轮轮廓设计。2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算1) 1) 执行机构运

37、动循环的时间同步化执行机构运动循环的时间同步化 两个执行机构运动循环的时间同步化图图2.21 2.21 打印机的工作原理图打印机的工作原理图l推送机构 2打印头 3产品假定机构1和机构2的运动规律已按工艺要求基本确定如图2.22（a)、(b）所示。两个机构的运动循环分别为 和 ，一般来说 = 。k1tk2tk1tk2tb)假按简单办法来确定这两个机构的运动顺序是：机构1动作完成之后，机构2才开始运动；而在机构2的运动完成之后，机构1才开始运动，这样两机构的运动在时间上是不重合的。这时，打印机的循环图将如图2.22（c）所示。其总的工作循环将为最长的工作循环，即1. 1. 自动机循环图的设计与计

38、算自动机循环图的设计与计算2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算c)打印机总的工作循环为最短的工作循环，如图2.22（d）所示。 得到具有最短工作循环的循环图，并且有pmink1k2ttt（2.15）实际上，如果按A1和A2重合的极限情况来设计循环图是不可靠的，因为：1）机构运动规律的误差；2）机构运动副存在间隙；3）机构元件的变形；4）机构的调整、安装存在误差；5）运动冲击等产生的运动误差。d)必须使机构2的A2点在时间上比机构1的A1滞后时间 ，才能保证两机构正常可靠运行。时间滞后量 的大小应根据实际情况综合确定。考虑时间滞后量的循环图如图2.22（e）所示。tt

39、2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算图图2.22 2.22 运动循环的时间同步化过程运动循环的时间同步化过程2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算图图2.232.23是经过时间同步化以后具有合理工作循环的循环图。是经过时间同步化以后具有合理工作循环的循环图。图图2.23 2.23 同步化后的工作循环图同步化后的工作循环图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算1) 1) 执行机构运动循环的时间同步化执行机构运动循环的时间同步化绘制工艺原理图，分析工艺操作顺序。绘制工艺原理图，分析工艺操作顺序。第第1 1步步，送电阻坯

40、料，送料机构3从料仓中取出坯料1并送至压帽工位。第第2 2步步，坯料夹紧定位，夹紧机构4把电阻坯料1夹紧定位，送料机构3退回原位。第第3 3步步，送帽/压帽，压帽机构5和6将电阻帽2快速送到加工位置，然后慢速压到电阻坯料上；操作完毕后，压帽机构复位，夹紧机构4退回，加工好的产品自由落入受料箱内。2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算绘制工艺原理图，分析工艺操作顺序。绘制工艺原理图，分析工艺操作顺序。 第第1 1步，确定各执行机构的运动循环步，确定各执行机构的运动循环tktk。若给定电阻压帽自动机的生产纲领为12240件/班及停顿系数，则理论生产率为：t12240/0.

41、851440030 /min60 860 8Q (件) 凸轮分配轴每转一转加工一个产品，则分配轴转速：30 r/minn () 分配轴每转一转的时间就是电阻压帽自动机的工作循环tp，也等于各个执行机构的运动循环tk，所以，pk11min2 s30ttn（）( ) 第第2 2步，确定各机构运动循环的组成区段。步，确定各机构运动循环的组成区段。l 送料机构送料机构3 3的运动循环的运动循环tk3tk3为为： 相应的分配轴转角为相应的分配轴转角为：k3p 30p3d30d33602.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算l 送料机构送料机构3 3运动循环的组成区段：运动循环的组

42、成区段：送料机构送料机构3 3的运动循环的运动循环tk3tk3为为：相应的分配轴转角为相应的分配轴转角为：k3p 30p3d30d3360l 夹紧机构夹紧机构4 4运动循环的组成区段：运动循环的组成区段：夹紧机构夹紧机构4 4的运动循环的运动循环tk4tk4为为：相应的分配轴转角为相应的分配轴转角为：k4p 40p4d40d4360l 压帽机构压帽机构5 5或或6 6运动循环的组成区段：运动循环的组成区段：压帽机构压帽机构5 5的运动循环的运动循环tk5tk5为为：相应的分配轴转角为相应的分配轴转角为：k5p 50p5d50d5360 第第3 3步，确定各机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角

43、。步，确定各机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角。l 送料机构送料机构3 3运动循环各区段的时间及分配轴转角运动循环各区段的时间及分配轴转角。相应的分配轴转角为相应的分配轴转角为：0p30p3k1360360603 2tt2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算根据运动规律初定根据运动规律初定：p 312ts（ ）d31s2t （ ）0d32s3t （ ）则相应分配轴的转角为相应分配轴的转角为：p3p 3td3d3t0d30d323603601203 2kttl 夹紧机构夹紧机构4 4运动循环内各区段的时间及分配轴转

44、角。运动循环内各区段的时间及分配轴转角。0p411s12t（ ）相应分配轴的转角为相应分配轴的转角为：0p40p4k11360360165122tt2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算根据运动规律初定根据运动规律初定：p 45s12t（ ）d45s12t（ ）则0d41s4t （ ）相应分配轴的转角为相应分配轴的转角为：p4p 4k536036075122ttd4d4k536036075122tt0d40d4tl 压帽机构压帽机构5 5运动循环内各区段的时间及分配轴转角。运动循环内各区段的时间及分配轴转角。0p523s36t（ ）根据运动规

45、律初定根据运动规律初定：p 55s12t（ ）d51s2t （ ）则0d54s9t （ ）相应分配轴的转角为相应分配轴的转角为：p5p 5k536036075122ttd5d5t0d50d5k43603608092tt 第第4 4步，绘制各机构的运动循环图。步，绘制各机构的运动循环图。2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算各执行机构运动循环的时间同步化设计。各执行机构运动循环的时间同步化设计。最短工作循环的循环图如图最短工作循环的循环图如图2.262.26所示所示pminp 40

46、p4d4p 3p 451151512121221251s 6tttttt（）（ ）图图2.26 2.26 最短工作循环图最短工作循环图由图由图2.262.26可知：可知： 第第1 1步，确定电阻压帽自动机最短的工作循环步，确定电阻压帽自动机最短的工作循环tpmintpmin。2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 由于前面介绍过的各种实际误差因素存在，考虑运动滞后量的同由于前面介绍过的各种实际误差因素存在，考虑运动滞后量的同步化运动循环图如图步化运动循环图如图2.272.27所示。所示。图图2.27 2.27 考虑运动滞后量的同步化循环图考虑运动滞后量的同步化循环图2

47、.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 第第2 2步，计算同步化后电阻压帽自动机的工作循环步，计算同步化后电阻压帽自动机的工作循环tptp。 由图由图2.262.26及图及图2.272.27可知可知ppmin3ttt 若取若取 ， ，相应的分配轴转角的滞后量为，相应的分配轴转角的滞后量为：31s6t （ ）41s12t（ ）ooo33tooo44p136036015122tt 电阻压帽自动机同步化的工作循环时间为电阻压帽自动机同步化的工作循环时间为：ppmin35112 s66ttt （ ） 此值正好与理论生产率此值正好与理论生产率QtQt对应

48、的工作循环时间一致。对应的工作循环时间一致。2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 绘制电阻压帽自动机的工作循环图各执行机构运动循环时间同步绘制电阻压帽自动机的工作循环图各执行机构运动循环时间同步化后，就可绘制自动机的工作循环图（图化后，就可绘制自动机的工作循环图（图2.282.28）。利用此工作循环图）。利用此工作循环图就可以设计凸轮分配轴上的各凸轮轮廓曲线。就可以设计凸轮分配轴上的各凸轮轮廓曲线。图图2.28 2.28 电阻压帽自动机工作循环图电阻压帽自动机工作循环图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算图图2.29 2.29 截短后的工

49、作循环图截短后的工作循环图 截去截去4545后的工作循环时间变成：后的工作循环时间变成：opppop31521.75s360tt （ ） 相应的分配轴转速和理论生产率为相应的分配轴转速和理论生产率为：pp134.3r/minnt （）t34.3/minQ （件）2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 修正后各机构运动循环各区段对应点的凸轮分配轴转角为修正后各机构运动循环各区段对应点的凸轮分配轴转角为 ，即即：xpxxptt ， 为修正前各机构运动循环区段对应点的凸轮分为修正前各机构运动循环区段对应点的凸轮分x 配轴转角。配轴转角。 以送料机构为例，图以送料机构为例，图

50、2.262.26中中A3A3（9090）、）、B3B3（150150）和和C3C3（240240），按上述计算有），按上述计算有：33pAAp2901031.75tt 33pBBp21501711.75tt 33pCCp22402741.75tt 2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 把另外两个执行机构的对应点角度也按此法计算出来后，就可画把另外两个执行机构的对应点角度也按此法计算出来后，就可画出最终修正后的电阻压帽自动机工作循环图（图出最终修正后的电阻压帽自动机工作循环图（图2.302.30）。）。图图2.30 2.30 修正后电阻压帽自动机的工作循环图修正后电阻

51、压帽自动机的工作循环图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算2. 2. 执行机构运动循环的空间同步化执行机构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，又具有空间上的执行机构之间的运动既具有时间上的顺序关系，又具有空间上的干涉关系，建立这些机构运动循环之间的正确联系的问题称为运动循干涉关系，建立这些机构运动循环之间的正确联系的问题称为运动循环的空间同步化问题。环的空间同步化问题。 如图2.31所示的饼干包装机的两个折侧边的执行机构，不不仅有时间上的顺序关仅有时间上的顺序关系，而且还有空间上系，而且还有空间上的相互干涉关系的相互干涉关系。 对这两个执

52、行必须进行空间同步化设计。图图2.31 2.31 饼干包装机折边机构工艺原理图饼干包装机折边机构工艺原理图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算空间同步化设计步骤如下：空间同步化设计步骤如下： 各执行机构运动循环图设计；各执行机构运动循环图设计；绘制各执行机构执行件的实际位移图；绘制各执行机构执行件的实际位移图；绘制各执行机构的工艺简图（应按实际尺寸画），确定干涉点绘制各执行机构的工艺简图（应按实际尺寸画），确定干涉点MM的相对位置，的相对位置，并利用执行件中的位移图和机构的工艺简图，确定并利用执行件中的位移图和机构的工艺简图，确定MM点在位移图上的坐标位置；点在位移

53、图上的坐标位置；进行执行机构运动循环空间同步化设计，即确定各执行机构运动错移量；进行执行机构运动循环空间同步化设计，即确定各执行机构运动错移量；绘制自动机的空间同步化循环图。绘制自动机的空间同步化循环图。下面简单介绍饼干包装机折边机构空间同步化设计的过程下面简单介绍饼干包装机折边机构空间同步化设计的过程 （1 1）各执行机构运动循环图设计，可画出折边器1和4的运动循环图分别如图2.32和图2.33。 （2 2）绘制左、右折边器1、4的位移曲线，如图2.34和图2.35所示。 （3 3）绘制执行机构的工艺简图，确定干涉点M的相对位置。 （4 4）执行机构运动同步化设计，如图2.36的实线所示。

54、（5 5）绘制自动机（两折边机构）的同步化运动循环图，如图2.37所示。2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算图图2.32 2.32 折边器折边器1 1运动循环图运动循环图图图2.33 2.33 折边器折边器4 4运动循环图运动循环图图图2.34 2.34 折边器折边器1 1的位移图的位移图图图2.35 2.35 折边器折边器4 4的位移图的位移图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算图图2.36 2.36 两折边机构空间同步化运动循环图两折边机构空间同步化运动循环图图图2.37 2.37 饼干包装折边机构空间同步化循环图饼干包装折边机构空间

55、同步化循环图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算v【例【例2.32.3】 图图2.382.38为自动包装机的送料和转位机构，由推杆为自动包装机的送料和转位机构，由推杆1 1、推杆、推杆2 2和间歇运动和间歇运动转盘转盘3 3（转盘轴为水平放置）来完成以下操作：（转盘轴为水平放置）来完成以下操作： 1 1）推杆将工件从初始位置推到位置后，停留0.35s，作为工件左行的导轨面。推杆1行程0.4s，回程0.2s。 2 2）推杆2将工件从位置推到位置后立即返回，行程0.6s，回程0.3s。 3 3）转盘带工件转过一个分度后停止，每次转位时间为0.3s。已知推杆1、2均选用等

56、速运动规律，各执行机构原始位置及机构位移量如图2.38所示（单位为mm），要求： 绘制绘制3 3个机构的运动循环图；个机构的运动循环图； 绘制绘制3 3个机构运动循环的同步图，并求出最短工作循环个机构运动循环的同步图，并求出最短工作循环tpmintpmin； 令各同步点的错移量令各同步点的错移量=0.05s=0.05s，画出各机构空间同步化运动循环图及，画出各机构空间同步化运动循环图及该该 自动机的工作循环图；自动机的工作循环图； 试计算此自动机的理论生产率试计算此自动机的理论生产率QtQt。2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算图图2.38 2.38 自动包装机工艺

57、原理图自动包装机工艺原理图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 解解： 1 1）根据已知条件，绘制出）根据已知条件，绘制出3 3个机构运动循环图如图个机构运动循环图如图2.392.39所示。各执行机构的返回停留所示。各执行机构的返回停留时间时间t0dt0d暂不确定。暂不确定。图图2.39 32.39 3个执行机构的运动循环图个执行机构的运动循环图2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 2 2）如图）如图2.382.38所示，转盘逆时针间歇转动，推杆所示，转盘逆时针间歇转动，推杆1 1上下运动，推杆上下运动，推杆2 2左右运动，左右运动，3

58、3个机构之间有以下个机构之间有以下3 3个空间同步点：个空间同步点： 以推杆1起始时刻为该自动机的运动循环起点，推杆1上升0.4s到位时，推杆2最多只能向左行0.1s，行程为10mm； 推杆2回程10mm时，转盘才能开始转位，这时推杆2处于回程中第0.05s（因回程速度比升程快一倍）； 推杆2回程50mm时，推杆1最多升程20mm，这时推杆2处于回程中第0.25s，推杆1处于升程中第0.2s。 经上述分析，可画出该包装机最短工作循环同步图（图经上述分析，可画出该包装机最短工作循环同步图（图2.402.40）。）。 由图可知，最短工作循环时间为由图可知，最短工作循环时间为: :pmin0.40.

59、10.60.250.20.95 st（ ）2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 3 3）当考虑各同步点的错移量当考虑各同步点的错移量s s时，可得工作循环同步图（图时，可得工作循环同步图（图2.412.41）。）。图图2.40 2.40 最短工作循环同步图最短工作循环同步图图图2.41 2.41 考虑后的工作循环同步图考虑后的工作循环同步图 2.5 2.5 自动机循环图的设计与计算自动机循环图的设计与计算 由图由图2.412.41可知，工作循环为可知，工作循环为: :ppmin20.9520.051.05sttt （ ） 根据图根据图2.412.41，利用时间和转角

60、之间的关系，可得到用直角坐标形式表，利用时间和转角之间的关系，可得到用直角坐标形式表 示的自动包装机的工作循环图示的自动包装机的工作循环图。图图2.42 2.42 自动包装机工作循环图自动包装机工作循环图4 4）理论生产率：）理论生产率：tp606057/min1.05Qt （件）2.6 2.6 自动机循环图设计步骤与实测方法自动机循环图设计步骤与实测方法 1 1 . . 自动机循环图的设计步骤自动机循环图的设计步骤 1 1）绘制自动机的工艺原理图，并标明工艺操作顺序。）绘制自动机的工艺原理图，并标明工艺操作顺序。 2 2）根据给定生产量（生产纲领）及停顿系数，计算出自动机）根据给定生产量（生