第5章執(zhí)行系統(tǒng)設計ppt課件

1、機電學院機電學院第第5章章 執(zhí)行系統(tǒng)設計執(zhí)行系統(tǒng)設計 5.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能及根本要求執(zhí)行系統(tǒng)的功能及根本要求 5.2 執(zhí)行系統(tǒng)的組成與分類執(zhí)行系統(tǒng)的組成與分類 5.3 常用的典型執(zhí)行系統(tǒng)常用的典型執(zhí)行系統(tǒng) 5 .4 執(zhí)行系統(tǒng)設計執(zhí)行系統(tǒng)設計;機電學院機電學院 執(zhí)行系統(tǒng)是直接用來完成各種工藝動作或消費過程的系執(zhí)行系統(tǒng)是直接用來完成各種工藝動作或消費過程的系統(tǒng)。統(tǒng)。 執(zhí)行系統(tǒng)要根據(jù)控制指令，將動力系統(tǒng)提供的能量和動執(zhí)行系統(tǒng)要根據(jù)控制指令，將動力系統(tǒng)提供的能量和動力，經(jīng)過傳動系統(tǒng)的傳動，直接完成系統(tǒng)預定的任務義力，經(jīng)過傳動系統(tǒng)的傳動，直接完成系統(tǒng)預定的任務義務。務。 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計是機電一體化

2、系統(tǒng)總體方案設計中極執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計是機電一體化系統(tǒng)總體方案設計中極其重要又極富有發(fā)明性的環(huán)節(jié)，直接影響機電系統(tǒng)的性其重要又極富有發(fā)明性的環(huán)節(jié)，直接影響機電系統(tǒng)的性能、構(gòu)造、尺寸、分量及運用效果等。能、構(gòu)造、尺寸、分量及運用效果等。 本章引見執(zhí)行系統(tǒng)的功能、執(zhí)行機構(gòu)性能特點和執(zhí)行系統(tǒng)本章引見執(zhí)行系統(tǒng)的功能、執(zhí)行機構(gòu)性能特點和執(zhí)行系統(tǒng)運動的協(xié)調(diào)設計等問題。運動的協(xié)調(diào)設計等問題。;機電學院機電學院5.1 執(zhí)行系統(tǒng)的功能及根本要求執(zhí)行系統(tǒng)的功能及根本要求 執(zhí)行系統(tǒng)的義務就是實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)的義務就是實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品或產(chǎn)品)的目的目的，對于機電產(chǎn)品，其功能主要表達在以下方面的，對

3、于機電產(chǎn)品，其功能主要表達在以下方面: 1)作用于外界、完成預定的操作過程。作用于外界、完成預定的操作過程。 2)作用于機器內(nèi)部，完成某種控制動作。作用于機器內(nèi)部，完成某種控制動作。 ;機電學院機電學院 通常對執(zhí)行機構(gòu)提出如下根本要求通常對執(zhí)行機構(gòu)提出如下根本要求: 1)實現(xiàn)一定的運動。實現(xiàn)一定的運動。 這些運動普通應具備軌跡外形、速度大小、行程長短、起這些運動普通應具備軌跡外形、速度大小、行程長短、起止點位置和運動方向等要素。對這些運動的軌跡、起點與止點位置和運動方向等要素。對這些運動的軌跡、起點與終點應有一定的精度要求，對運動的啟動、停頓和軌跡跟終點應有一定的精度要求，對運動的啟動、停頓和

4、軌跡跟蹤應有一定的靈敏度要求。蹤應有一定的靈敏度要求。 2)傳送必要的動力。傳送必要的動力。 執(zhí)行機構(gòu)應具備一定的強度和剛度，能傳送一定的力或力執(zhí)行機構(gòu)應具備一定的強度和剛度，能傳送一定的力或力矩。矩。 3)保證系統(tǒng)具有良好的動態(tài)質(zhì)量。保證系統(tǒng)具有良好的動態(tài)質(zhì)量。 由于是在受力形狀和高速運轉(zhuǎn)下保證運動軌跡和定位精由于是在受力形狀和高速運轉(zhuǎn)下保證運動軌跡和定位精度，因此對執(zhí)行機構(gòu)的靜剛度、動剛度、熱變形和摩擦特度，因此對執(zhí)行機構(gòu)的靜剛度、動剛度、熱變形和摩擦特性應有嚴厲要求。減小質(zhì)量、減小轉(zhuǎn)動慣量、提高傳動剛性應有嚴厲要求。減小質(zhì)量、減小轉(zhuǎn)動慣量、提高傳動剛性、提高固有振動頻率、減小摩擦和傳動間

5、隙等都是改善性、提高固有振動頻率、減小摩擦和傳動間隙等都是改善動態(tài)質(zhì)量的途徑。動態(tài)質(zhì)量的途徑。;機電學院機電學院5.2 執(zhí)行系統(tǒng)的組成與分類執(zhí)行系統(tǒng)的組成與分類 5. 2. 1執(zhí)行系統(tǒng)的組成執(zhí)行系統(tǒng)的組成 執(zhí)行系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構(gòu)與執(zhí)行構(gòu)件組成，執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動執(zhí)行系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構(gòu)與執(zhí)行構(gòu)件組成，執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動執(zhí)行構(gòu)件作用于任務對象。執(zhí)行構(gòu)件作用于任務對象。 (1) 執(zhí)行構(gòu)件執(zhí)行構(gòu)件 執(zhí)行構(gòu)件是執(zhí)行系統(tǒng)中直接完成任務義務的零部件，它往執(zhí)行構(gòu)件是執(zhí)行系統(tǒng)中直接完成任務義務的零部件，它往往是執(zhí)行機構(gòu)中的一個構(gòu)件，其動作由執(zhí)行機構(gòu)帶動往是執(zhí)行機構(gòu)中的一個構(gòu)件，其動作由執(zhí)行機構(gòu)帶動;或或者是與任務對象直接接

6、觸并攜帶它完成一定的動作者是與任務對象直接接觸并攜帶它完成一定的動作(如夾如夾持、搬運、轉(zhuǎn)位等持、搬運、轉(zhuǎn)位等)，或是在任務對象上完成一定的動作，或是在任務對象上完成一定的動作(如噴涂、洗刷和鍛壓等如噴涂、洗刷和鍛壓等)。;機電學院機電學院 (2)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)是位于動力元件和傳動系統(tǒng)之后的機械安裝，它執(zhí)行機構(gòu)是位于動力元件和傳動系統(tǒng)之后的機械安裝，它一方面要作用于執(zhí)行構(gòu)件，另一方面要在一定的約束下實一方面要作用于執(zhí)行構(gòu)件，另一方面要在一定的約束下實現(xiàn)所需的運動?，F(xiàn)所需的運動。 其作用是把傳動系統(tǒng)傳送的運動方式或者動力進展必要的其作用是把傳動系統(tǒng)傳送的運動方式或者動力進展必要的變換

7、，以滿足執(zhí)行構(gòu)件的運動要求。變換，以滿足執(zhí)行構(gòu)件的運動要求。 常見的運動變換方式是將轉(zhuǎn)動變換為直線挪動或擺動，或常見的運動變換方式是將轉(zhuǎn)動變換為直線挪動或擺動，或?qū)⒅本€運動或擺動變換成轉(zhuǎn)動，還可以變換成不同方式的將直線運動或擺動變換成轉(zhuǎn)動，還可以變換成不同方式的延續(xù)運動或間歇運動。延續(xù)運動或間歇運動。;機電學院機電學院5.2.2 執(zhí)行系統(tǒng)的分類及特點執(zhí)行系統(tǒng)的分類及特點 一按對運動和動力的要求分類一按對運動和動力的要求分類 按對運動和動力的要求不同執(zhí)行系統(tǒng)可以分為：動作型、按對運動和動力的要求不同執(zhí)行系統(tǒng)可以分為：動作型、動力型和動作動力型和動作-動力型。動力型。 1、動作型、動作型 要求執(zhí)行

8、系統(tǒng)能實現(xiàn)準確的動作，各構(gòu)件受力較小，如要求執(zhí)行系統(tǒng)能實現(xiàn)準確的動作，各構(gòu)件受力較小，如縫紉機、糖果包裝機、印刷機等?？p紉機、糖果包裝機、印刷機等。 對這類執(zhí)行系統(tǒng)的精度要求較高，對執(zhí)行構(gòu)件的運動參對這類執(zhí)行系統(tǒng)的精度要求較高，對執(zhí)行構(gòu)件的運動參數(shù)：位移、速度、加速度有較準確的要求。但對各構(gòu)件的數(shù)：位移、速度、加速度有較準確的要求。但對各構(gòu)件的強度和剛度無特殊要求。強度和剛度無特殊要求。;機電學院機電學院 2、動力型、動力型 要求執(zhí)行系統(tǒng)能抑制消費阻力做一定的功，對執(zhí)行構(gòu)件要求執(zhí)行系統(tǒng)能抑制消費阻力做一定的功，對執(zhí)行構(gòu)件的運動參數(shù)沒有嚴厲要求，如壓力機、沖床、推土機、發(fā)的運動參數(shù)沒有嚴厲要求，

9、如壓力機、沖床、推土機、發(fā)掘機、碎石機等，對系統(tǒng)中的各構(gòu)件有嚴厲的強度和剛度掘機、碎石機等，對系統(tǒng)中的各構(gòu)件有嚴厲的強度和剛度要求，而對各構(gòu)件的精度沒有過高要求。要求，而對各構(gòu)件的精度沒有過高要求。 3、動作、動作-動力型動力型 既要求執(zhí)行系統(tǒng)能實現(xiàn)預期精度的動作，又要抑制較大的既要求執(zhí)行系統(tǒng)能實現(xiàn)預期精度的動作，又要抑制較大的消費阻力。如滾齒機、插齒機等一些機械加工設備，對執(zhí)消費阻力。如滾齒機、插齒機等一些機械加工設備，對執(zhí)行構(gòu)件既有強度和剛度的要求，又有精度方面的要求。行構(gòu)件既有強度和剛度的要求，又有精度方面的要求。 ;機電學院機電學院二按執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)目和相互聯(lián)絡分類二按執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)目和相

10、互聯(lián)絡分類 執(zhí)行系統(tǒng)可分成執(zhí)行系統(tǒng)可分成3類：單一型、相互獨立型和相互聯(lián)絡型。類：單一型、相互獨立型和相互聯(lián)絡型。 1、單一型：、單一型： 執(zhí)行系統(tǒng)中只需一個執(zhí)行機構(gòu)。如攪拌機、碎石機、皮帶執(zhí)行系統(tǒng)中只需一個執(zhí)行機構(gòu)。如攪拌機、碎石機、皮帶運輸機等。運輸機等。 2、相互獨立型：、相互獨立型： 執(zhí)行系統(tǒng)中有多個執(zhí)行機構(gòu)，但它們之間相互獨立，沒有執(zhí)行系統(tǒng)中有多個執(zhí)行機構(gòu)，但它們之間相互獨立，沒有相互聯(lián)絡。如起重機的起吊機構(gòu)和行走機構(gòu)，大型龍門銑相互聯(lián)絡。如起重機的起吊機構(gòu)和行走機構(gòu)，大型龍門銑床的刀具轉(zhuǎn)動和挪動機構(gòu)等。床的刀具轉(zhuǎn)動和挪動機構(gòu)等。 3、相互聯(lián)絡型：、相互聯(lián)絡型： 執(zhí)行系統(tǒng)中有多個執(zhí)行

11、機構(gòu)，它們之間相互聯(lián)絡和制約。執(zhí)行系統(tǒng)中有多個執(zhí)行機構(gòu)，它們之間相互聯(lián)絡和制約。如印刷機、包裝機、縫紉機、紡織機、谷物結(jié)合收割機、如印刷機、包裝機、縫紉機、紡織機、谷物結(jié)合收割機、四工位公用機床等，這些執(zhí)行系統(tǒng)較復雜，設計時要思索四工位公用機床等，這些執(zhí)行系統(tǒng)較復雜，設計時要思索各執(zhí)行機構(gòu)的相互配合問題。各執(zhí)行機構(gòu)的相互配合問題。;機電學院機電學院5.3 常用的典型執(zhí)行系統(tǒng)常用的典型執(zhí)行系統(tǒng) 下面分析幾種完成夾持、搬運、保送、分度與轉(zhuǎn)位、檢下面分析幾種完成夾持、搬運、保送、分度與轉(zhuǎn)位、檢測和施力等功能的常見典型執(zhí)行系統(tǒng)。測和施力等功能的常見典型執(zhí)行系統(tǒng)。 (1)夾持器夾持器 用于加工或搬運工件

12、，直接夾持工件的執(zhí)行構(gòu)件稱為用于加工或搬運工件，直接夾持工件的執(zhí)行構(gòu)件稱為“手手指，下面給出幾種常見的夾持機構(gòu)。指，下面給出幾種常見的夾持機構(gòu)。 圖圖5-1是彈簧杠桿式夾持器，是彈簧杠桿式夾持器， 圖圖5-2是斜楔杠桿式夾持器是斜楔杠桿式夾持器;機電學院機電學院;機電學院機電學院;機電學院機電學院 由上述由上述4 4種夾持器可以看出，完成一樣的種夾持器可以看出，完成一樣的“抓取抓取夾持夾持放開功能放開功能 ，所采用的夾持器的構(gòu)造卻不同。采用哪一，所采用的夾持器的構(gòu)造卻不同。采用哪一種夾持器，決議于被夾持物料的分量以及對自動化程度要種夾持器，決議于被夾持物料的分量以及對自動化程度要求的高低。當被

13、夾持物的外形不同時，應配置不同的求的高低。當被夾持物的外形不同時，應配置不同的“手手指。指。 (2)(2)搬運安裝搬運安裝 把工件從一個位置送到另一個位置，而運動軌跡不限定，把工件從一個位置送到另一個位置，而運動軌跡不限定，常見于自動化消費線和自動機之中。圖常見于自動化消費線和自動機之中。圖5 -55 -5為車門啟閉安為車門啟閉安裝。當車門處于封鎖位置時，汽缸充氣推進活塞裝。當車門處于封鎖位置時，汽缸充氣推進活塞2 2右移，右移，使擺桿使擺桿3 3繞繞A A點轉(zhuǎn)動，帶動滑塊點轉(zhuǎn)動，帶動滑塊6 6在滑道在滑道5 5內(nèi)挪動，將車門內(nèi)挪動，將車門4 4推到開啟位置。推到開啟位置。;機電學院機電學院車

14、門封鎖時位置在車門封鎖時位置在BB，這是初始位置；車門開啟時位置在，這是初始位置；車門開啟時位置在B1B1，這是最終位置。用擺桿搖塊機構(gòu)這是最終位置。用擺桿搖塊機構(gòu)1-2-3-5和擺桿滑塊機構(gòu)和擺桿滑塊機構(gòu)3-4-6-5組合，可實現(xiàn)車門的兩個位置。原動件為活塞組合，可實現(xiàn)車門的兩個位置。原動件為活塞2，它作往，它作往復運動；車門裝在連桿復運動；車門裝在連桿4上，它隨連桿上，它隨連桿4作平面運動。活塞作平面運動。活塞2伸縮伸縮到兩個極限位置，車門就會從初始位置運動到最終位置。到兩個極限位置，車門就會從初始位置運動到最終位置。;機電學院機電學院;機電學院機電學院 (3)保送安裝保送安裝 將工件按預

15、定的軌跡將工件按預定的軌跡(或道路或道路)，從一個位置送到另一個位，從一個位置送到另一個位置。保送道路有直線、環(huán)形等置。保送道路有直線、環(huán)形等;保送方式有延續(xù)保送和間保送方式有延續(xù)保送和間歇保送。歇保送。;機電學院機電學院;機電學院機電學院 (4)分度與轉(zhuǎn)位安裝分度與轉(zhuǎn)位安裝 如用于加工齒輪時的分度，六角車床刀架的轉(zhuǎn)位換刀，轉(zhuǎn)如用于加工齒輪時的分度，六角車床刀架的轉(zhuǎn)位換刀，轉(zhuǎn)臺式裝配機械的任務臺的分度與轉(zhuǎn)位等。臺式裝配機械的任務臺的分度與轉(zhuǎn)位等。;機電學院機電學院;機電學院機電學院;機電學院機電學院 (5)檢測安裝檢測安裝 用來檢測工件的外形、尺寸和性能，相應的執(zhí)行構(gòu)件是一用來檢測工件的外形、

16、尺寸和性能，相應的執(zhí)行構(gòu)件是一個檢測探頭。在檢測工件時，經(jīng)過機械、電氣或其他傳動個檢測探頭。在檢測工件時，經(jīng)過機械、電氣或其他傳動方式，把檢測結(jié)果傳送給執(zhí)行機構(gòu)，以便分別出合格與不方式，把檢測結(jié)果傳送給執(zhí)行機構(gòu)，以便分別出合格與不合格的工件。合格的工件。;機電學院機電學院;機電學院機電學院 (6)施力施力 許多機電系統(tǒng)不僅要求其執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)運動或動作，而且許多機電系統(tǒng)不僅要求其執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)運動或動作，而且還要求它可以對土作對象施加一定的力與力矩，來完成任還要求它可以對土作對象施加一定的力與力矩，來完成任務義務，如重物的夾持、起吊與搬運機械就要求執(zhí)行系統(tǒng)務義務，如重物的夾持、起吊與搬運機械就要求

17、執(zhí)行系統(tǒng)具有施力功能具有施力功能;插齒機的執(zhí)行系統(tǒng)就同時要求有分度和施插齒機的執(zhí)行系統(tǒng)就同時要求有分度和施力的功能。力的功能。;機電學院機電學院;機電學院機電學院5 .4 執(zhí)行系統(tǒng)設計執(zhí)行系統(tǒng)設計 執(zhí)行系統(tǒng)的設計不同于機構(gòu)設計或零件設計，它屬于系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)的設計不同于機構(gòu)設計或零件設計，它屬于系統(tǒng)設計。設計中不僅要明確本系統(tǒng)各個部分的作用及設計要設計。設計中不僅要明確本系統(tǒng)各個部分的作用及設計要求，而且還要了解它與其他系統(tǒng)的聯(lián)絡、協(xié)調(diào)及分工。求，而且還要了解它與其他系統(tǒng)的聯(lián)絡、協(xié)調(diào)及分工。 5. 4.1執(zhí)行系統(tǒng)設計要求執(zhí)行系統(tǒng)設計要求 (1)實現(xiàn)預期精度的運動實現(xiàn)預期精度的運動 (2)有足夠的

18、強度與剛度有足夠的強度與剛度 (3)各執(zhí)行機構(gòu)間的運動要協(xié)調(diào)各執(zhí)行機構(gòu)間的運動要協(xié)調(diào) (4)構(gòu)造合理、外型美觀、制造與安裝方便構(gòu)造合理、外型美觀、制造與安裝方便 (5)任務平安可靠、運用壽命長任務平安可靠、運用壽命長;機電學院機電學院5. 4. 2執(zhí)行系統(tǒng)設計步驟及方法執(zhí)行系統(tǒng)設計步驟及方法 執(zhí)行系統(tǒng)設計的過程和內(nèi)容如圖執(zhí)行系統(tǒng)設計的過程和內(nèi)容如圖5-16所示。所示。;機電學院機電學院;機電學院機電學院 通常執(zhí)行系統(tǒng)設計要經(jīng)過下述一些主要步驟。通常執(zhí)行系統(tǒng)設計要經(jīng)過下述一些主要步驟。 (1)功能原理設計功能原理設計 根據(jù)系統(tǒng)預期實現(xiàn)的功能，思索選擇何種任務原理來實現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)預期實現(xiàn)的功能，思索

19、選擇何種任務原理來實現(xiàn)這一功能要求，構(gòu)思出一切能夠的功能原理，加以分析比這一功能要求，構(gòu)思出一切能夠的功能原理，加以分析比較并根據(jù)運用要求或者工藝要求，從中選擇出既能很好地較并根據(jù)運用要求或者工藝要求，從中選擇出既能很好地滿足功能要求，工藝動作又簡單的任務原理。滿足功能要求，工藝動作又簡單的任務原理。 (2)運動規(guī)律設計運動規(guī)律設計 運動規(guī)律的設計包含兩方面的內(nèi)容運動規(guī)律的設計包含兩方面的內(nèi)容:工藝動作分解和運動工藝動作分解和運動方案選擇。方案選擇。 工藝動作分解是運動規(guī)律設計的根底，工藝動作分解的方工藝動作分解是運動規(guī)律設計的根底，工藝動作分解的方法不同，得到的運動規(guī)律和運動方案也不同。同一

20、個工藝法不同，得到的運動規(guī)律和運動方案也不同。同一個工藝動作，可以分解成各種簡單運動，它們很大程度上決議了動作，可以分解成各種簡單運動，它們很大程度上決議了系統(tǒng)的特點、性能和復雜程度。系統(tǒng)的特點、性能和復雜程度。;機電學院機電學院 (3)執(zhí)行機構(gòu)方式設計執(zhí)行機構(gòu)方式設計 由于執(zhí)行機構(gòu)的作用是傳送和變換運動，而實現(xiàn)某種運動由于執(zhí)行機構(gòu)的作用是傳送和變換運動，而實現(xiàn)某種運動變換可選擇的機構(gòu)并非獨一的，需求進展分析、比較，合變換可選擇的機構(gòu)并非獨一的，需求進展分析、比較，合理選擇。理選擇。 (4)執(zhí)行構(gòu)件設計執(zhí)行構(gòu)件設計 在機電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行構(gòu)件直接與任務對象接觸，由在機電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行構(gòu)件

21、直接與任務對象接觸，由于任務對象各不一樣，執(zhí)行構(gòu)件的外形與構(gòu)造也多種多于任務對象各不一樣，執(zhí)行構(gòu)件的外形與構(gòu)造也多種多樣。樣。 1)模擬人和其他生物的肢體或器官。這是最原始也是最巧模擬人和其他生物的肢體或器官。這是最原始也是最巧妙的方法，妙的方法， 2)根據(jù)任務對象的外形特征和物理化學特征確定執(zhí)行構(gòu)件根據(jù)任務對象的外形特征和物理化學特征確定執(zhí)行構(gòu)件的外形和構(gòu)造，大多數(shù)執(zhí)行構(gòu)件均是如此。的外形和構(gòu)造，大多數(shù)執(zhí)行構(gòu)件均是如此。;機電學院機電學院 (5) 繪制任務循環(huán)圖繪制任務循環(huán)圖 在設計多個需求協(xié)同任務的執(zhí)行機構(gòu)時，要繪制任務循環(huán)在設計多個需求協(xié)同任務的執(zhí)行機構(gòu)時，要繪制任務循環(huán)圖以表達和校核各

22、執(zhí)行構(gòu)件間的協(xié)調(diào)與配合。圖以表達和校核各執(zhí)行構(gòu)件間的協(xié)調(diào)與配合。 首先要搞清楚各執(zhí)行構(gòu)件在完成任務時的作用和動作過首先要搞清楚各執(zhí)行構(gòu)件在完成任務時的作用和動作過程，運動或動作的先后順序、起止時間及運動范圍，有必程，運動或動作的先后順序、起止時間及運動范圍，有必要時還要給出它們的位移、速度和加速度，再由上述的運要時還要給出它們的位移、速度和加速度，再由上述的運動數(shù)據(jù)繪制任務循環(huán)圖。動數(shù)據(jù)繪制任務循環(huán)圖。 (6)運動分析及強度、剛度的計算運動分析及強度、剛度的計算 有關內(nèi)容在有關內(nèi)容在、等課等課程中都已詳細地討論過。程中都已詳細地討論過。;機電學院機電學院5. 4. 3 運動循環(huán)圖的繪制方法運動

23、循環(huán)圖的繪制方法 機電一體化系統(tǒng)中，各執(zhí)行機構(gòu)的運動往往是周期性機電一體化系統(tǒng)中，各執(zhí)行機構(gòu)的運動往往是周期性的，執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)過一定時間間隔后，其位移、速度等運動的，執(zhí)行機構(gòu)經(jīng)過一定時間間隔后，其位移、速度等運動參數(shù)周期反復，即完成一個個運動循環(huán)。參數(shù)周期反復，即完成一個個運動循環(huán)。 在每一個循環(huán)內(nèi)可分為任務行程、空行程和停歇階段，所在每一個循環(huán)內(nèi)可分為任務行程、空行程和停歇階段，所需時間的總和稱為執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)周期。需時間的總和稱為執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)周期。 為了使執(zhí)行機構(gòu)能按功能要求以一定的次序運動，大多數(shù)為了使執(zhí)行機構(gòu)能按功能要求以一定的次序運動，大多數(shù)機構(gòu)經(jīng)常采用微機或機械的方式集中或

24、分散控制。因此有機構(gòu)經(jīng)常采用微機或機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環(huán)圖。必要在分析功能要求的根底上制定循環(huán)圖。 運動循環(huán)圖通?？梢杂萌N方式表示，即直線式、圓周式運動循環(huán)圖通常可以用三種方式表示，即直線式、圓周式和直角坐標式。表和直角坐標式。表5-3為三種方式循環(huán)圖的繪制方法及特為三種方式循環(huán)圖的繪制方法及特點比較。點比較。;機電學院機電學院表表5-3 三種運動循環(huán)圖繪制方法及特點三種運動循環(huán)圖繪制方法及特點形式形式繪制方法繪制方法特特 點點直線直線式式將系統(tǒng)在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行將系統(tǒng)在一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件各行程區(qū)段的起止時間和先構(gòu)件各行程區(qū)段的起止時間和

25、先后順序按比例繪制在直線坐標軸后順序按比例繪制在直線坐標軸上上繪制方法簡單，能清楚表示一個繪制方法簡單，能清楚表示一個運動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件運動的順運動循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件運動的順序和時間關系序和時間關系; ;直觀性差，不能直觀性差，不能顯示各執(zhí)行構(gòu)件的運動規(guī)律顯示各執(zhí)行構(gòu)件的運動規(guī)律圓周圓周式式以極坐標系原點為圓心作若干同以極坐標系原點為圓心作若干同心圓，每個圓環(huán)代表一個執(zhí)行構(gòu)心圓，每個圓環(huán)代表一個執(zhí)行構(gòu)件，由各相應圓環(huán)引徑向直線表件，由各相應圓環(huán)引徑向直線表示各執(zhí)行構(gòu)件不同運動狀態(tài)的起示各執(zhí)行構(gòu)件不同運動狀態(tài)的起始和終止位置始和終止位置能比較直觀地看出各執(zhí)行機構(gòu)主能比較直觀地看出各執(zhí)行機構(gòu)主動件

26、在主軸或分配軸上的相位動件在主軸或分配軸上的相位; ;當執(zhí)行機構(gòu)多時，同心圓環(huán)太多，當執(zhí)行機構(gòu)多時，同心圓環(huán)太多，不直觀，無法顯示各執(zhí)行構(gòu)件的不直觀，無法顯示各執(zhí)行構(gòu)件的運動規(guī)律運動規(guī)律直角直角坐標坐標式式用橫坐標表示系統(tǒng)主軸或分配軸用橫坐標表示系統(tǒng)主軸或分配軸轉(zhuǎn)角，縱坐標表示各執(zhí)行構(gòu)件的轉(zhuǎn)角，縱坐標表示各執(zhí)行構(gòu)件的角位移或線位移，各區(qū)段之間用角位移或線位移，各區(qū)段之間用直線相連直線相連不僅能清楚地表示各執(zhí)行構(gòu)件動不僅能清楚地表示各執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序，而且能表示各執(zhí)作的先后順序，而且能表示各執(zhí)行構(gòu)件在各區(qū)段的運動狀態(tài)行構(gòu)件在各區(qū)段的運動狀態(tài);機電學院機電學院 5. 4. 3. 1單個執(zhí)行機

27、構(gòu)的運動循環(huán)圖單個執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖 為了設計執(zhí)行系統(tǒng)的運動循環(huán)圖，首先應繪制執(zhí)行機構(gòu)運為了設計執(zhí)行系統(tǒng)的運動循環(huán)圖，首先應繪制執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)圖，而執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖主要根據(jù)功能要求進動循環(huán)圖，而執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖主要根據(jù)功能要求進展設計。展設計。 執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)周期，普通由三部分組成。如圖執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)周期，普通由三部分組成。如圖5-17所示為一步進式送料機構(gòu)，其運動循環(huán)周期所示為一步進式送料機構(gòu)，其運動循環(huán)周期TP為為 TP= Tk + Td + To 式中式中 Tk執(zhí)行機構(gòu)任務執(zhí)行機構(gòu)任務(前進前進)行程的時間行程的時間; Td執(zhí)行機構(gòu)空回執(zhí)行機構(gòu)空回(后退后退)行程的時

28、間行程的時間; To執(zhí)行機構(gòu)停留的時間。執(zhí)行機構(gòu)停留的時間。;機電學院機電學院;機電學院機電學院;機電學院機電學院5.4.3.2 執(zhí)行系統(tǒng)的運動循環(huán)圖多個執(zhí)行機構(gòu)的運執(zhí)行系統(tǒng)的運動循環(huán)圖多個執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖動循環(huán)圖 執(zhí)行系統(tǒng)的循環(huán)圖是將各執(zhí)行機構(gòu)的循環(huán)圖按同一時間執(zhí)行系統(tǒng)的循環(huán)圖是將各執(zhí)行機構(gòu)的循環(huán)圖按同一時間(或轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)角)的刻度，繪在一同的總圖，并且它以某一主要執(zhí)的刻度，繪在一同的總圖，并且它以某一主要執(zhí)行機構(gòu)的任務起點為基準，表示出各執(zhí)行機構(gòu)相對于該主行機構(gòu)的任務起點為基準，表示出各執(zhí)行機構(gòu)相對于該主要執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)的先后次序。它也可以用相應的執(zhí)要執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)的先后次序。它

29、也可以用相應的執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖的三種方式來表示。行機構(gòu)的運動循環(huán)圖的三種方式來表示。;機電學院機電學院 鞋釘制造工藝過程表示圖鞋釘制造工藝過程表示圖 鐓釘子頭部鐓釘子頭部 送料送料 壓緊、擠方壓緊、擠方 擠尖、切斷擠尖、切斷;機電學院機電學院 繪制方法：將機械在一個任務循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件各運動區(qū)繪制方法：將機械在一個任務循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件各運動區(qū)段的起止時間或轉(zhuǎn)角和先后順序，按比例繪制在直線段的起止時間或轉(zhuǎn)角和先后順序，按比例繪制在直線軸上，形生長條矩形圖。軸上，形生長條矩形圖。特點：繪制方法簡單，能清楚地表示出一個運動循環(huán)內(nèi)各執(zhí)行特點：繪制方法簡單，能清楚地表示出一個運動循環(huán)內(nèi)各執(zhí)行構(gòu)件間運

30、動的先后順序和位置關系。但由于不能顯示各執(zhí)行構(gòu)構(gòu)件間運動的先后順序和位置關系。但由于不能顯示各執(zhí)行構(gòu)件的運動變化情況，只需簡單的文字表述，故直觀性較差。件的運動變化情況，只需簡單的文字表述，故直觀性較差。 1、直線式運動循環(huán)圖、直線式運動循環(huán)圖工藝表示圖工藝表示圖;機電學院機電學院 繪制方法：以原點繪制方法：以原點O為圓心，為圓心，作假設干個同心圓環(huán)，每一個作假設干個同心圓環(huán)，每一個圓環(huán)代表一個執(zhí)行構(gòu)件。由各圓環(huán)代表一個執(zhí)行構(gòu)件。由各相應圓環(huán)分別引徑向直線表示相應圓環(huán)分別引徑向直線表示各執(zhí)行構(gòu)件不同運動區(qū)段的起各執(zhí)行構(gòu)件不同運動區(qū)段的起始和終止位置。始和終止位置。 特點：因機械的運動循環(huán)通常特

31、點：因機械的運動循環(huán)通常是在主軸或分配軸轉(zhuǎn)一周的過是在主軸或分配軸轉(zhuǎn)一周的過程中完成的，故能直觀地看出程中完成的，故能直觀地看出各執(zhí)行機構(gòu)中原動件在主軸或各執(zhí)行機構(gòu)中原動件在主軸或分配軸上所處的相位，便于各分配軸上所處的相位，便于各執(zhí)行機構(gòu)的設計、安裝和調(diào)試。執(zhí)行機構(gòu)的設計、安裝和調(diào)試。但當執(zhí)行構(gòu)件較多時，因同心但當執(zhí)行構(gòu)件較多時，因同心圓環(huán)太多而不夠明晰，同樣也圓環(huán)太多而不夠明晰，同樣也不能顯示執(zhí)行構(gòu)件的運動變化不能顯示執(zhí)行構(gòu)件的運動變化情況。情況。 2、圓周式運動循環(huán)圖、圓周式運動循環(huán)圖工藝表示圖工藝表示圖;機電學院機電學院3、直角坐標式運動循環(huán)圖、直角坐標式運動循環(huán)圖 繪制方法：以橫坐標

32、軸代表機械的繪制方法：以橫坐標軸代表機械的主軸或分配軸的轉(zhuǎn)角，以縱坐標軸主軸或分配軸的轉(zhuǎn)角，以縱坐標軸代表各執(zhí)行構(gòu)件的角位移或線位移，代表各執(zhí)行構(gòu)件的角位移或線位移，實踐上就是各執(zhí)行構(gòu)件的位移線圖。實踐上就是各執(zhí)行構(gòu)件的位移線圖。通常忽略實踐的運動規(guī)律，將各運通常忽略實踐的運動規(guī)律，將各運動區(qū)段用直線銜接，只反映出個執(zhí)動區(qū)段用直線銜接，只反映出個執(zhí)行構(gòu)件間運動的協(xié)調(diào)配合關系即可。行構(gòu)件間運動的協(xié)調(diào)配合關系即可。 特點：籠統(tǒng)、直觀，不僅能清楚特點：籠統(tǒng)、直觀，不僅能清楚地表示出各執(zhí)行構(gòu)件的運動先后地表示出各執(zhí)行構(gòu)件的運動先后順序，還能表示出執(zhí)行構(gòu)件的運順序，還能表示出執(zhí)行構(gòu)件的運動形狀及運動變化

33、情況。動形狀及運動變化情況。 工藝表示圖工藝表示圖;機電學院機電學院5.4.4運動循環(huán)圖的設計與計算運動循環(huán)圖的設計與計算 5 .4.4. 1執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)圖的設計步驟執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)圖的設計步驟 如圖如圖5 - 20所示為一自動打印記所示為一自動打印記(或壓痕或壓痕)機執(zhí)行機構(gòu)。打印機執(zhí)行機構(gòu)。打印頭頭1在操作系統(tǒng)的控制下，完成對產(chǎn)品在操作系統(tǒng)的控制下，完成對產(chǎn)品2的打印。下面就以的打印。下面就以該機構(gòu)為例來闡明運動循環(huán)圖的設計與計算步驟。該機構(gòu)為例來闡明運動循環(huán)圖的設計與計算步驟。 (1)確定打印頭的運動循環(huán)假設給定打印機的消費綱領為確定打印頭的運動循環(huán)假設給定打印機的消費綱領為4500

34、件件/班，那么實際消費率班，那么實際消費率QT為為;機電學院機電學院 可取可取QT =10件件/min。打印機構(gòu)的任務循環(huán)時間。打印機構(gòu)的任務循環(huán)時間Tp為為 Tp=0.1 min=6s (2)確定運動循環(huán)的組成區(qū)段確定運動循環(huán)的組成區(qū)段 根據(jù)打印的工藝功能要求，打印頭的運動循環(huán)由以下四段根據(jù)打印的工藝功能要求，打印頭的運動循環(huán)由以下四段組成組成: Tk打印頭向下接近產(chǎn)品打印頭向下接近產(chǎn)品; Ts打印頭打印產(chǎn)品時打印頭打印產(chǎn)品時的停留的停留; Td打印頭的向上前往運動打印頭的向上前往運動; To打印頭在初始打印頭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圖圖5 - 20;機電學院機電學院 (3)確定運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角確定運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角 根據(jù)工藝要求，打印頭應在產(chǎn)品上停留的時間根據(jù)工藝要求，打印頭應在產(chǎn)品上停留的時間Ts為為 Ts =2 s 相應的相應的Tk和和Td可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)能夠的運動規(guī)律初步確定可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)能夠的運動規(guī)律初步確定為為 Tk =2s ；Td =1s 那么得那么得 To =1s圖圖5 - 20;機電學院機電學院 (4)繪制執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖繪制執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖 將以上的計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成對應的分配軸轉(zhuǎn)角將以上的計算結(jié)果轉(zhuǎn)換成對應的分配軸轉(zhuǎn)角k 、 s 、 d 和和 o，繪成直角坐標

36、式循環(huán)圖，如圖，繪成直角坐標式循環(huán)圖，如圖5-21所示。所示。;機電學院機電學院5. 4. 4. 2執(zhí)行系統(tǒng)循環(huán)圖的設計與計算執(zhí)行系統(tǒng)循環(huán)圖的設計與計算 合理地設計系統(tǒng)的循環(huán)圖，是提高系統(tǒng)實際消費率的一個合理地設計系統(tǒng)的循環(huán)圖，是提高系統(tǒng)實際消費率的一個重要途徑。在確定系統(tǒng)的工藝原理及執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)重要途徑。在確定系統(tǒng)的工藝原理及執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)后，應著手設計系統(tǒng)的循環(huán)圖。后，應著手設計系統(tǒng)的循環(huán)圖。 系統(tǒng)循環(huán)圖設計的主要義務就是要建立各執(zhí)行機構(gòu)運動循系統(tǒng)循環(huán)圖設計的主要義務就是要建立各執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)之間的正確關系，也就是各執(zhí)行機構(gòu)運動的同步化或協(xié)環(huán)之間的正確關系，也就是各執(zhí)行機構(gòu)運動

37、的同步化或協(xié)調(diào)化，從而到達最大限制地縮短任務循環(huán)時間。因此，系調(diào)化，從而到達最大限制地縮短任務循環(huán)時間。因此，系統(tǒng)循環(huán)圖，本質(zhì)上就是各執(zhí)行機構(gòu)的同步圖。統(tǒng)循環(huán)圖，本質(zhì)上就是各執(zhí)行機構(gòu)的同步圖。 執(zhí)行系統(tǒng)中，各執(zhí)行機構(gòu)運動的同步化，有以下兩種不同執(zhí)行系統(tǒng)中，各執(zhí)行機構(gòu)運動的同步化，有以下兩種不同情況情況: 1)運動循環(huán)的時間同步化。執(zhí)行機構(gòu)之間的運動只具有時運動循環(huán)的時間同步化。執(zhí)行機構(gòu)之間的運動只具有時間上的順序關系，而無空間上的干涉關系。間上的順序關系，而無空間上的干涉關系。 2)運動循環(huán)的空間同步化。執(zhí)行機構(gòu)之間的運動既具有時運動循環(huán)的空間同步化。執(zhí)行機構(gòu)之間的運動既具有時間上的順序關系，

38、又具有空間上的干涉關系。間上的順序關系，又具有空間上的干涉關系。;機電學院機電學院(1) 執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)的時間同步化設計執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)的時間同步化設計 將圖將圖5-17步進式送料機構(gòu)和圖步進式送料機構(gòu)和圖5-20打印記機執(zhí)行機構(gòu)組合，打印記機執(zhí)行機構(gòu)組合，就得到了一個完好的工件打印記機，如圖就得到了一個完好的工件打印記機，如圖5-22所示，它是一所示，它是一個由兩執(zhí)行機構(gòu)組成的執(zhí)行系統(tǒng)。個由兩執(zhí)行機構(gòu)組成的執(zhí)行系統(tǒng)。 工藝過程為工藝過程為:推進機構(gòu)推進機構(gòu)1首先把產(chǎn)品首先把產(chǎn)品3送送至被打印的位置，然后打印頭向下動作，至被打印的位置，然后打印頭向下動作，完成打印操作完成打印操作;在打印頭在

39、打印頭2退回原位時，推退回原位時，推進機構(gòu)再推送下一個產(chǎn)品向前，把已打印進機構(gòu)再推送下一個產(chǎn)品向前，把已打印好的產(chǎn)品頂走，打印頭再下落。如此反復好的產(chǎn)品頂走，打印頭再下落。如此反復循環(huán)，完成自動打印的功能。循環(huán)，完成自動打印的功能。 機構(gòu)機構(gòu)1和打印頭和打印頭2對產(chǎn)品對產(chǎn)品3順序作用，其順序作用，其運動只需時間上的順序關系，空間軌跡不運動只需時間上的順序關系，空間軌跡不能夠發(fā)生干涉。能夠發(fā)生干涉。;機電學院機電學院 產(chǎn)品外包裝上印記的打產(chǎn)品外包裝上印記的打印工藝表示圖印工藝表示圖推桿與打印頭的運動規(guī)律推桿與打印頭的運動規(guī)律T1=T2 ;機電學院機電學院 運動循環(huán)圖擬定方案一運動循環(huán)圖擬定方案一

40、 產(chǎn)品外包裝上印記的打印產(chǎn)品外包裝上印記的打印運動循環(huán)圖方案一運動循環(huán)圖方案一方案一：推桿方案一：推桿1先完成一個運動先完成一個運動循環(huán)，然后打印頭循環(huán)，然后打印頭2再完成一個再完成一個運動循環(huán)，如此反復交替。運動循環(huán)，如此反復交替。點評：整個打印任務循環(huán)所需時點評：整個打印任務循環(huán)所需時間最長，即間最長，即T=T1+T2。安排不。安排不大合理。大合理。 ;機電學院機電學院 運動循環(huán)圖擬定方案二運動循環(huán)圖擬定方案二 產(chǎn)品外包裝上印記的打產(chǎn)品外包裝上印記的打印運動循環(huán)圖方案二印運動循環(huán)圖方案二方案二：打印頭方案二：打印頭2先運動，推桿先運動，推桿1經(jīng)過經(jīng)過DT時間時間后也開場運動，使得產(chǎn)品剛到打印位置，打后也開場運動，使得產(chǎn)品剛到打印位置，打印頭印頭2也同時到達打印位置。也同時到達打印位置。 點評：實際上整