《执行系统设计》PPT课件.pptx

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1、机 电 学 院第 5章 执 行 系 统 设 计 5.1 执 行 系 统 的 功 能 及 基 本 要 求 5.2 执 行 系 统 的 组 成 与 分 类 5.3 常 用 的 典 型 执 行 系 统 5 .4 执 行 系 统 设 计 机 电 学 院 执 行 系 统 是 直 接 用 来 完 成 各 种 工 艺 动 作 或 生 产 过 程 的 系统 。 执 行 系 统 要 根 据 控 制 指 令 ， 将 动 力 系 统 提 供 的 能 量 和 动力 ， 通 过 传 动 系 统 的 传 动 ， 直 接 完 成 系 统 预 定 的 工 作 任务 。 执 行 系 统 的 方 案 设 计 是 机 电 一 体

2、化 系 统 总 体 方 案 设 计 中 极其 重 要 又 极 富 有 创 造 性 的 环 节 ， 直 接 影 响 机 电 系 统 的 性能 、 结 构 、 尺 寸 、 重 量 及 使 用 效 果 等 。 本 章 介 绍 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 。 机 电 学 院5.1 执行系统的功能及基本要求执行系统的任务就是实现机电一体化系统(或产品)的目的，对于机电产品，其功能主要体现在以下方面: 1)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。 机 电 学 院 通 常 对 执 行

3、 机 构 提 出 如 下 基 本 要 求 : 1)实 现 一 定 的 运 动 。 这 些 运 动 一 般 应 具 备 轨 迹 形 状 、 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 与终 点 应 有 一 定 的 精 度 要 求 ， 对 运 动 的 启 动 、 停 止 和 轨 迹 跟踪 应 有 一 定 的 灵 敏 度 要 求 。 2)传 递 必 要 的 动 力 。 执 行 机 构 应 具 备 一 定 的 强 度 和 刚 度 ， 能 传 递 一 定 的 力 或 力矩 。 3)保 证 系 统 具 有 良 好

4、 的 动 态 品 质 。 由 于 是 在 受 力 状 态 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 特性 应 有 严 格 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 隙 等 都 是 改 善动 态 品 质 的 途 径 。 机 电 学 院5.2 执 行 系 统 的 组 成 与 分 类 5. 2. 1执 行 系 统 的 组 成 执 行 系 统 主 要 由 执 行 机 构 与

5、执 行 构 件 组 成 ， 执 行 机 构 驱 动执 行 构 件 作 用 于 工 作 对 象 。 (1) 执 行 构 件 执 行 构 件 是 执 行 系 统 中 直 接 完 成 工 作 任 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 ;或者 是 与 工 作 对 象 直 接 接 触 并 携 带 它 完 成 一 定 的 动 作 (如 夹持 、 搬 运 、 转 位 等 )， 或 是 在 工 作 对 象 上 完 成 一 定 的 动 作(如 喷 涂 、 洗 刷 和 锻 压 等 )。 机 电 学 院 (2)执 行 机 构 执 行

6、 机 构 是 位 于 动 力 元 件 和 传 动 系 统 之 后 的 机 械 装 置 ， 它一 方 面 要 作 用 于 执 行 构 件 ， 另 一 方 面 要 在 一 定 的 约 束 下 实现 所 需 的 运 动 。 其 作 用 是 把 传 动 系 统 传 递 的 运 动 形 式 或 者 动 力 进 行 必 要 的变 换 ， 以 满 足 执 行 构 件 的 运 动 要 求 。 常 见 的 运 动 变 换 形 式 是 将 转 动 变 换 为 直 线 移 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 形 式 的连 续 运 动 或 间

7、歇 运 动 。 机 电 学 院5.2.2 执 行 系 统 的 分 类 及 特 点 （ 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 、动 力 型 和 动 作 -动 力 型 。 1、 动 作 型 要 求 执 行 系 统 能 实 现 精 确 的 动 作 ， 各 构 件 受 力 较 小 ， 如缝 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 参数 ： 位 移 、 速 度 、 加 速 度 有 较

8、精 确 的 要 求 。 但 对 各 构 件 的强 度 和 刚 度 无 特 殊 要 求 。 机 电 学 院 2、 动 力 型 要 求 执 行 系 统 能 克 服 生 产 阻 力 做 一 定 的 功 ， 对 执 行 构 件的 运 动 参 数 没 有 严 格 要 求 ， 如 压 力 机 、 冲 床 、 推 土 机 、 挖掘 机 、 碎 石 机 等 ， 对 系 统 中 的 各 构 件 有 严 格 的 强 度 和 刚 度要 求 ， 而 对 各 构 件 的 精 度 没 有 过 高 要 求 。 3、 动 作 -动 力 型 既 要 求 执 行 系 统 能 实 现 预 期 精 度 的 动 作 ， 又 要 克 服

9、 较 大 的生 产 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 。 机 电 学 院（ 二 ） 按 执 行 机 构 的 数 目 和 相 互 联 系 分 类 执 行 系 统 可 分 成 3类 ： 单 一 型 、 相 互 独 立 型 和 相 互 联 系 型 。 1、 单 一 型 ： 执 行 系 统 中 只 有 一 个 执 行 机 构 。 如 搅 拌 机 、 碎 石 机 、 皮 带运 输 机 等 。 2、 相 互 独 立 型 ： 执 行 系 统 中 有 多 个 执

10、行 机 构 ， 但 它 们 之 间 相 互 独 立 ， 没 有相 互 联 系 。 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 移 动 机 构 等 。 3、 相 互 联 系 型 ： 执 行 系 统 中 有 多 个 执 行 机 构 ， 它 们 之 间 相 互 联 系 和 制 约 。如 印 刷 机 、 包 装 机 、 缝 纫 机 、 纺 织 机 、 谷 物 联 合 收 割 机 、 四 工 位 专 用 机 床 等 ， 这 些 执 行 系 统 较 复 杂 ， 设 计 时 要 考 虑各 执 行 机 构 的 相 互 配 合 问 题 。 机 电 学

11、 院5.3 常 用 的 典 型 执 行 系 统 下 面 分 析 几 种 完 成 夹 持 、 搬 运 、 输 送 、 分 度 与 转 位 、 检测 和 施 力 等 功 能 的 常 见 典 型 执 行 系 统 。 (1)夹 持 器 用 于 加 工 或 搬 运 工 件 ， 直 接 夹 持 工 件 的 执 行 构 件 称 为 “ 手指 ” ， 下 面 给 出 几 种 常 见 的 夹 持 机 构 。 图 5-1是 弹 簧 杠 杆 式 夹 持 器 ， 图 5-2是 斜 楔 杠 杆 式 夹 持 器 机 电 学 院 机 电 学 院 机 电 学 院 由 上 述 4种 夹 持 器 可 以 看 出 ， 完 成 相

12、同 的 “ 抓 取 夹 持 放 开 ” 功 能 ， 所 采 用 的 夹 持 器 的 结 构 却 不 同 。 采 用 哪 一种 夹 持 器 ， 决 定 于 被 夹 持 物 料 的 重 量 以 及 对 自 动 化 程 度 要求 的 高 低 。 当 被 夹 持 物 的 形 状 不 同 时 ， 应 配 置 不 同 的 “ 手指 ” 。 (2)搬 运 装 置 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 生 产 线 和 自 动 机 之 中 。 图 5 -5为 车 门 启 闭 装置 。 当 车 门 处 于 关 闭 位 置 时 ，

13、汽 缸 充 气 推 动 活 塞 2右 移 ，使 摆 杆 3绕 A点 转 动 ， 带 动 滑 块 6在 滑 道 5内 移 动 ， 将 车 门 4推 到 开 启 位 置 。 机 电 学 院车 门 关 闭 时 位 置 在 BB， 这 是 初 始 位 置 ； 车 门 开 启 时 位 置 在 B 1B1，这 是 最 终 位 置 。 用 摆 杆 摇 块 机 构 （ 1-2-3-5） 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 2， 它 作 往复 运 动 ； 车 门 装 在 连 杆 4上 ， 它 随 连 杆 4作 平 面

14、运 动 。 活 塞 2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 。 机 电 学 院 机 电 学 院 (3)输 送 装 置 将 工 件 按 预 定 的 轨 迹 (或 路 线 )， 从 一 个 位 置 送 到 另 一 个 位置 。 输 送 路 线 有 直 线 、 环 形 等 ;输 送 形 式 有 连 续 输 送 和 间歇 输 送 。 机 电 学 院 机 电 学 院 (4)分 度 与 转 位 装 置 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 工 作 台 的

15、分 度 与 转 位 等 。 机 电 学 院 机 电 学 院 机 电 学 院 (5)检 测 装 置 用 来 检 测 工 件 的 形 状 、 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 ， 通 过 机 械 、 电 气 或 其 他 传 动方 式 ， 把 检 测 结 果 传 递 给 执 行 机 构 ， 以 便 分 离 出 合 格 与 不合 格 的 工 件 。 机 电 学 院 机 电 学 院 (6)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 且还 要 求 它 能 够 对 土 作 对

16、象 施 加 一 定 的 力 与 力 矩 ， 来 完 成 工作 任 务 ， 如 重 物 的 夹 持 、 起 吊 与 搬 运 机 械 就 要 求 执 行 系 统具 有 施 力 功 能 ;插 齿 机 的 执 行 系 统 就 同 时 要 求 有 分 度 和 施力 的 功 能 。 机 电 学 院 机 电 学 院5 .4 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 系

17、、 协 调 及 分 工 。 5. 4.1执 行 系 统 设 计 要 求 (1)实 现 预 期 精 度 的 运 动 (2)有 足 够 的 强 度 与 刚 度 (3)各 执 行 机 构 间 的 运 动 要 协 调 (4)结 构 合 理 、 造 型 美 观 、 制 造 与 安 装 方 便 (5)工 作 安 全 可 靠 、 使 用 寿 命 长 机 电 学 院5. 4. 2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 5-16所 示 。 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 。 (

18、1)功 能 原 理 设 计 根 据 系 统 预 期 实 现 的 功 能 ， 考 虑 选 择 何 种 工 作 原 理 来 实 现这 一 功 能 要 求 ， 构 思 出 所 有 可 能 的 功 能 原 理 ， 加 以 分 析 比较 并 根 据 使 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 工 作 原 理 。 (2)运 动 规 律 设 计 运 动 规 律 的 设 计 包 含 两 方 面 的 内 容 :工 艺 动 作 分 解 和 运 动方 案 选 择 。 工 艺 动 作 分 解 是 运 动 规 律 设 计

19、的 基 础 ， 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 个 工 艺动 作 ， 可 以 分 解 成 各 种 简 单 运 动 ， 它 们 很 大 程 度 上 决 定 了 系 统 的 特 点 、 性 能 和 复 杂 程 度 。 机 电 学 院 (3)执 行 机 构 形 式 设 计 由 于 执 行 机 构 的 作 用 是 传 递 和 变 换 运 动 ， 而 实 现 某 种 运 动变 换 可 选 择 的 机 构 并 非 唯 一 的 ， 需 要 进 行 分 析 、 比 较 ， 合理 选 择 。 (4)执 行 构 件 设 计 在

20、机 电 一 体 化 系 统 中 ， 执 行 构 件 直 接 与 工 作 对 象 接 触 ， 由于 工 作 对 象 各 不 相 同 ， 执 行 构 件 的 形 状 与 结 构 也 多 种 多样 。 1)模 仿 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 ， 2)根 据 工 作 对 象 的 外 形 特 征 和 物 理 化 学 特 征 确 定 执 行 构 件的 形 状 和 结 构 ， 大 多 数 执 行 构 件 均 是 如 此 。 机 电 学 院 (5) 绘 制 工 作 循 环 图 在 设 计 多 个 需 要 协 同 工 作 的 执 行 机

21、构 时 ， 要 绘 制 工 作 循 环图 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 工 作 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 工 作 循 环 图 。 (6)运 动 分 析 及 强 度 、 刚 度 的 计 算 有 关 内 容 在 机 械 原 理 、 机 械 设 计 、 材 料 力 学 等 课 程 中

22、 都 已 详 细 地 讨 论 过 。 机 电 学 院5. 4. 3 运 动 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 重 复 ， 即 完 成 一 个 个 运 动 循 环 。 在 每 一 个 循 环 内 可 分 为工作行程、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 。 为 了 使 执 行 机 构 能 按 功 能 要 求 以 一 定 的 次 序 运 动

23、 ， 大 多 数机 构 常 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 基 础 上 制 定 循 环 图 。 运 动 循 环 图 通 常 可 以 用 三 种 形 式 表 示 ， 即直线式、圆周式和直角坐标式。 表 5-3为 三 种 形 式 循 环 图 的 绘 制 方 法 及 特 点 比 较 。 机 电 学 院表 5-3 三 种 运 动 循 环 图 绘 制 方 法 及 特 点形 式 绘 制 方 法 特 点直 线式 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

24、 先后 顺 序 按 比 例 绘 制 在 直 线 坐 标 轴上 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 顺序 和 时 间 关 系 ;直 观 性 差 ， 不 能显 示 各 执 行 构 件 的 运 动 规 律圆 周式 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 起始 和 终 止 位 置 能 比 较 直 观 地 看 出 各 执 行 机 构 主动 件 在 主 轴 或 分

25、配 轴 上 的 相 位 ;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 的运 动 规 律 直 角坐 标式 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 的角 位 移 或 线 位 移 ， 各 区 段 之 间 用直 线 相 连 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 执行 构 件 在 各 区 段 的 运 动 状 态 机 电 学 院 5. 4. 3. 1单 个 执 行 机 构 的 运 动 循 环 图 为 了 设

26、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 进行 设 计 。 执 行 机 构 的 运 动 循 环 周 期 ， 一 般 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 TP为T P= Tk + Td + To式 中 Tk执 行 机 构 工 作 (前 进 )行 程 的 时 间 ; Td执 行 机 构 空 回 (后 退 )行 程 的 时 间 ; To执 行 机 构 停 留 的 时 间 。 机

27、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 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(或 转 角 )的 刻 度 ， 绘 在 一 起 的 总 图 ， 并 且 它 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 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 执行 机 构 的 运 动 循 环 图 的 三 种 形 式 来

28、表 示 。 机 电 学 院 鞋 钉 制 作 工 艺 过 程 示 意 图 镦 钉 子 头 部 送 料 压 紧 、 挤 方 挤 尖 、 切 断 机 电 学 院 绘 制 方 法 ： 将 机 械 在 一 个 工 作 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 线轴 上 ， 形 成 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 行构 件 间 运 动 的 先 后 顺 序 和 位 置 关 系 。 但 由 于 不 能 显 示 各 执

29、行 构 件 的 运 动 变 化 情 况 ， 只 有 简 单 的 文 字 表 述 ， 故 直 观 性 较 差 。 1、 直 线 式 运 动 循 环 图 工 艺 示 意 图 机 电 学 院 绘 制 方 法 ： 以 原 点 O为 圆 心 ，作 若 干 个 同 心 圆 环 ， 每 一 个 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 各执 行 构 件 不 同 运 动 区 段 的 起 始和 终 止 位 置 。 特 点 ： 因 机 械 的 运 动 循 环 通 常是 在 主 轴 或 分 配 轴 转 一 周 的 过程 中 完 成 的 ， 故 能 直 观 地

30、 看 出各 执 行 机 构 中 原 动 件 在 主 轴 或分 配 轴 上 所 处 的 相 位 ， 便 于 各执 行 机 构 的 设 计 、 安 装 和 调 试 。但 当 执 行 构 件 较 多 时 ， 因 同 心圆 环 太 多 而 不 够 清 晰 ， 同 样 也 不 能 显 示 执 行 构 件 的 运 动 变 化情 况 。 2、 圆 周 式 运 动 循 环 图 工 艺 示 意 图 机 电 学 院3、 直 角 坐 标 式 运 动 循 环 图 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 轴代 表 各 执 行 构 件 的 角 位

31、移 或 线 位 移 ，实 际 上 就 是 各 执 行 构 件 的 位 移 线 图 。通 常 忽 略 实 际 的 运 动 规 律 ， 将 各 运动 区 段 用 直 线 连 接 ， 只 反 映 出 个 执行 构 件 间 运 动 的 协 调 配 合 关 系 即 可 。 特 点 ： 形 象 、 直 观 ， 不 仅 能 清 楚地 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 运动 状 态 及 运 动 变 化 情 况 。 工 艺 示 意 图 机 电 学 院5.4.4运 动 循 环 图 的 设 计 与 计 算 5 .4.4. 1执 行 机 构 运 动

32、循 环 图 的 设 计 步 骤 如 图 5 - 20所 示 为 一 自 动 打 印 记 (或 压 痕 )机 执 行 机 构 。 打 印头 1在 操 作 系 统 的 控 制 下 ， 完 成 对 产 品 2的 打 印 。 下 面 就 以该 机 构 为 例 来 说 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 若 给 定 打 印 机 的 生 产 纲 领 为 4500件 /班 ， 则 理 论 生 产 率 Q T为 机 电 学 院 可 取 QT =10件 /min。 打 印 机 构 的 工 作 循 环 时 间 Tp为 Tp=0.1 min=6s

33、 (2)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 下 列 四 段组 成 : Tk打 印 头 向 下 接 近 产 品 ; Ts打 印 头 打 印 产 品 时 的停 留 ; T d打 印 头 的 向 上 返 回 运 动 ; To打 印 头 在 初 始 位 置上 的 停 留 。 因 此 有 TP= Tk + Td + To+ Ts 图 5 - 20 机 电 学 院 (3)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

34、 时 间 Ts为Ts =2 s 相 应 的 Tk和 Td可 根 据 执 行 机 构 可 能 的 运 动 规 律 初 步 确 定 为T k =2s ； Td =1s 则 得 To =1s 图 5 - 20 机 电 学 院 (4)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 k 、 s 、 d 和 o， 绘 成 直 角 坐 标 式 循 环 图 ， 如 图 5-21所 示 。 机 电 学 院5. 4. 4. 2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

35、 统 理 论 生 产 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 环后 ， 应 着 手 设 计 系 统 的 循 环 图 。系统循环图设计的主要任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调化，从而达到最大限度地缩短工作循环时间。因 此 ， 系统 循 环 图 ， 实 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 同情 况 : 1)运 动 循 环 的 时 间 同 步 化 。 执 行 机 构 之

36、 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 。 2)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 干 涉 关 系 。 机 电 学 院(1) 执 行 机 构 运 动 循 环 的 时 间 同 步 化 设 计 将 图 5-17步 进 式 送 料 机 构 和 图 5-20打 印 记 机 执 行 机 构 组 合 ，就 得 到 了 一 个 完 整 的 工 件 打 印 记 机 ， 如 图 5-22所 示 ， 它 是 一个 由 两 执 行 机

37、构 组 成 的 执 行 系 统 。 工 艺 过 程 为 :推 进 机 构 1首 先 把 产 品 3送至 被 打 印 的 位 置 ， 然 后 打 印 头 向 下 动 作 ，完 成 打 印 操 作 ;在 打 印 头 2退 回 原 位 时 ， 推进 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 复循 环 ， 完 成 自 动 打 印 的 功 能 。 机 构 1和 打 印 头 2对 产 品 3顺 序 作 用 ， 其运 动 只 有 时 间 上 的 顺 序 关 系 ， 空 间 轨 迹 不 可 能 发 生 干 涉 。 机

38、电 学 院 产 品 外 包 装 上 印 记 的 打印 工 艺 示 意 图 推 杆 与 打 印 头 的 运 动 规 律T1=T2 机 电 学 院 运 动 循 环 图 拟 定 方 案 一 产 品 外 包 装 上 印 记 的 打 印运 动 循 环 图 方 案 一 方 案 一 ： 推 杆 1先 完 成 一 个 运 动循 环 ， 然 后 打 印 头 2再 完 成 一 个运 动 循 环 ， 如 此 反 复 交 替 。点 评 ： 整 个 打 印 工 作 循 环 所 需 时间 最 长 ， 即 T=T1+T2。 安 排 不 大合 理 。 机 电 学 院 运 动 循 环 图 拟 定 方 案 二 产 品 外 包 装

39、 上 印 记 的 打印 运 动 循 环 图 方 案 二 方 案 二 ： 打 印 头 2先 运 动 ， 推 杆 1经 过 DT时 间后 也 开 始 运 动 ， 使 得 产 品 刚 到 打 印 位 置 ， 打印 头 2也 同 时 到 达 打 印 位 置 。 点 评 ： 理 论 上 整 个 打 印 工 作 循 环 所 需 时 间 最短 ， 即 T=Tmin=T1=T2。 但 由 于 制 造 、 安 装 等误 差 而 导 致 机 构 产 生 运 动 误 差 ， 有 可 能 产 品还 未 到 预 定 位 置 ， 而 打 印 头 2已 经 到 达 打 印 位置 。 显 然 这 种 运 动 循 环 图 的

40、安 排 不 大 合 理 。 机 电 学 院 运 动 循 环 图 拟 定 方 案 三 产 品 外 包 装 上 印 记 的 打 印运 动 循 环 图 方 案 三 方 案 三 ： 调 整 推 杆 1在 一 个 运 动 循环 内 运 动 区 段 与 停 歇 区 段 的 相 对 位置 ， 使 产 品 提 前 Dt时 间 到 达 预 定 位置 。点 评 ： 一 个 打 印 工 作 循 环 所 需 的 时间 仍 为 最 短 。 时 间 提 前 量 Dt的 数 值可 根 据 产 品 大 小 及 实 际 可 能 的 误 差因 素 综 合 地 加 以 确 定 。 显 然 这 种 运动 循 环 图 的 安 排 比

41、较 合 理 。 机 电 学 院 (2)执 行 机 构 运 动 循 环 的 空 间 同 步 化 设 计 满 足 执 行 机 构 之 间 的 运 动 既 有 时 间 上 的 顺 序 关 系 ， 又 有 空间 位 置 的 干 涉 关 系 图 5-24所 示 的 是 具 有 两 执 行 机 构 (机 构 1和 机 构 2， 相 应 转 角分 别 为 1和 2)对 产 品 进 行 加 工 操 作 的 执 行 系 统 ， 该 执 行系 统 的 两 机 构 之 间 的 运 动 循 环 出 现 空 间 干 涉 的 情 况 。N 机 电 学 院 包 装 自 动 线 上 折 纸 机 构 工 艺 示 意 图 上 述

42、 折 纸 过 程 产 生 干 涉 的 原 因 在 哪 里 ？ 机 电 学 院 包 装 自 动 线 上 折 纸 机构 工 艺 示 意 图 M点 为 构 件 1上 N点 与 构 件 2上 K点 的 圆 弧 轨 迹 交 点 ， 称 为 干 涉 点 。 折 纸 机 构 执 行 构 件 运 动 循 环 图(a)执 行 构 件 1的 位 移 运 动 规 律 (b) 执 行 构 件 2的 位 移 运 动 规 律 机 电 学 院 折 纸 机 构 运 动 循 环 图（ 不 合 理 ） 折 纸 机 构 执 行 构 件 运 动 循 环 图（ 合 理 ） 机 电 学 院 总 之 ， 只 有 通 过 对 执 行 机 构 的 运 动 循 环 或 位 移 曲 线 的 分 析研 究 ， 并 对 运 动 循 环 进 行 时 间 和 空 间 的 同 步 化 后 ， 才 能 得到 所 设 计 设 备 或 产 品 的 运 动 循 环 图 。 它 既 可 用 分 析 法 ， 也可 用 作 图 法 求 得 。 通 常 ， 使 用 作 图 法 比 较 直 观 和 简 单 ， 特别 是 当 执 行 机 构 较 多 时 ， 作 图 法 更 为 直 观 、 方 便 ， 因 而 采用 较 多 。