哈工大-机械系统设计第三章执行系统设计

哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计学习重点：1执行系统的组成2执行系统的功能3执行系统的分类4执行系统的设计5执行轴设计6导轨设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室前期内容回顾机械系统组成及功能机械系统主要由动力系统、执行系统、传动系统、操纵和控制系统、支承系统及润滑-冷却及密封系统等子系统组成。执行系统的功用是利用机械能来改变作业对象的性质、状态、形状、位置或进行检测等。由于每个系统要完成的功能各不相同，所以，对其执行系统的运动、工作载荷等技术要求也各不相同，进而执行系统也是多种多样的。但它的组成不外乎由执行末端件和执行机构组件这两大类零、部件来构成。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计执行系统是机械系统中的一个重要组成部分，是直接完成机械系统预期工作任务的部分。（定义）一、执行系统的组成3.1执行系统的组成、功能及分类喷涂机器人工作录像哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计执行系统由执行末端件（执行构件）和与之相连的执行机构组成。（组成）执行末端件是执行系统中直接完成工作任务的零部件。执行机构的主要作用是给执行末端件提供力和带动它实现运动，即把传动系统传递过来的运动和动力进行必要的交换，以满足执行末端件的要求。3.1执行系统的组成、功能及分类手爪平行开闭式机械手结构示意图工作任务：夹持工件哈尔滨工业大学机械电子工程教研室一、执行系统的组成手爪平行开闭式机械手结构示意图第三章执行系统设计执行机构：1、8—滑动齿条9—滑动齿条导轨10—压缩弹簧传动机构：4—双面齿条2、3—齿轮动力装置：5—气缸6—活塞组成及运动关系执行末端件：11—可换夹爪哈尔滨工业大学机械电子工程教研室一、执行系统的组成第三章执行系统设计卧式车床主轴组件卧式车床的主轴通过顶尖或夹盘(图中未画出)带动被加工的工件旋转时，顶尖或夹盘就是执行末端件，而主轴组件则为执行机构。顶尖执行末端件执行机构执行末端件的作用是：夹持、转动哈尔滨工业大学机械电子工程教研室夹持如何夹持？工件夹持位置？回转轴手爪打开夹持力执行末端件的两种形式：第三章执行系统设计1）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、输送、转动（分度与转位）等)2）在工作对象上完成一定的动作。(如喷徐、洗刷、锻压等)工件夹持位置夹持器向下运动夹持力哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计执行末端件的两种形式：1）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、输送、转动（分度与转位）等)夹持手爪闭合手爪打开第三章执行系统设计搬运执行末端件的两种形式：1）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、输送、转动（分度与转位）等)回转轴齿条移动哈尔滨工业大学机械电子工程教研室哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计输送是指将工件按给定的路线，从一个位置运送到下个位置。按输送路线直线输送环形输送空间输送按输送方式连续输送间歇输送输送哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计输送是指将工件按给定的路线，从一个位置运送到下个位置。按输送路线直线输送环形输送空间输送按输送方式连续输送间歇输送输送间歇输送哈尔滨工业大学机械电子工程教研室执行末端件的两种形式：第三章执行系统设计2）在工作对象上完成一定的动作。(如喷徐、洗刷、锻压等)汽车保险杠喷涂汽车车桥喷涂哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计以上例中的执行系统有的是由纯机械结构组成的。随着科学技术的发展，执行系统的组成也在不断发生变化：一方面由于机械的含义在不断地扩展，如电子、电器、光学、液体、气体等也可以直接与纯机械结构结合，组成较先进的机电、机光、机液等执行机构；另一方面又由于传动系统变得越来越简单，有时一个机构可以既是传动系统又是执行系统，如连杆机构的应用，所以，执行系统可以由一个简单的结构来组成，也可以由一些基本结构组合成的复杂机构来组成。这主要视系统的功能来决定。一般说来，能完成同一功能的执行系统可以有不同的方案，但应选出既能满足功能要求，又简单、可靠的一个方案。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室执行系统实例第三章执行系统设计真空吸盘，将钢板吸取真空吸盘，吸瓷砖、码垛哈尔滨工业大学机械电子工程教研室执行系统实例第三章执行系统设计提升、翻转、码垛冲压KUKA码垛机器人个相同结构的手指，共13个自由度，机械零件600多个，电子元器件1600多个，重量只有1．6千克。每个手指有4个关节，由3个电机驱动，每个手指能提起l千克的重物。共有94个传感器，能够感觉各个手指的位置、姿态。哈尔滨工业大学机械电子工程教研室二、执行系统的功能执行系统一般可实现下列各种功能:1实现运动形式或运动规律变换的功能2实现开关、联锁和检测等的功能34实现施力功能第三章执行系统设计实现运动形式或运动规律变换的功能二、执行系统的功能(1)实现预期固定轨迹或简单可调的轨迹功能；问题：如何实现末点任意轨迹的运动实现末点任意轨迹的运动第三章执行系统设计实现预定的运动轨迹凸轮凸轮实现运动形式或运动规律变换的功能二、执行系统的功能第三章执行系统设计(1)实现预期固定轨迹或简单可调的轨迹功能；(2)匀速运动(平动、转动)与非匀速运动(平动、转动或摆动)的变换；(3)连续运动与间歇式的转动或摆动的变换下面以牛头刨床加工零件的运动过程为例介绍：1)匀速——非匀速运动变换、2)连续——间歇运动的变换哈尔滨工业大学机械电子工程教研室执行系统典型实例——牛头刨床加工零件第三章执行系统设计牛头刨加工零件有两个执行末端件：刀具和工作台1刀具的运动1）刀具慢进(切削工件)2）刀具快退（不切削工件）3）刀具上下运动刀具与工件上下相对位置调整运动）4）刀具与工件的相对位置调整运动2工作台（工件）的运动1）工件进给运动(横向)2）工件进给运动(高度方向)牛头刨床哈尔滨工业大学机械电子工程教研室刨刀的运动——实现匀速运动与非匀速运动的变换执行系统典型实例第三章执行系统设计工作台进给——实现连续与间歇式运动的变换曲柄摇杆ABCD机构实现刀具的慢进和快退AB的长度调节行程M1,M3调节刀具与工件的相对位置（XY向）M2调节工作台的高度曲柄摇杆FGHI驱动棘轮J带动螺杆K实现每循环进给量哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计牛头刨床演示动画切削运动——慢进不切削——快退实现开关、联锁和检测等的功能二、执行系统的功能第三章执行系统设计(1)(2)(3)(4)(5)3工件(垫圈)8-止动臂自动检测垫圈内径装置第三章执行系统设计包含的运动1)上料运动(垫圈进入进给滑道、向前运动(间歇运动))2)到达检测工位后停止3)凸轮轴的转动4)止动臂的摆动(间歇运动)5)压杆的上下运动(间歇运动))内径尺寸合格b)内径尺寸太小c)内径尺寸太大问题：如何确定不合格品是大是小？自动检测垫圈内径装置——检测原理7—工件；4—带探头的压杆；1—微动开关第三章执行系统设计哈尔滨工业大学机械电子工程教研室自动检测螺钉长度装置第三章执行系统设计如何区分螺钉长度？1）长于标准值2）等于标准值3）小于标准值实现施力功能-对工作对象施加力或力矩达到完成生产任务的目的二、执行系统的功能液压机1—下砧；2—上砧；3—活动横梁哈尔滨工业大学机械电子工程教研室三、执行系统的分类及特点执行系统分类：第三章执行系统设计按执行系统对运动和动力的不同要求可分为：动作型、动力型、动作动力型。按执行系统中执行机构的相互联系情况分：单一型、相互独立型、相互联系型哈尔滨工业大学机械电子工程教研室第三章执行系统设计类别特点应用举例按执行系统对运动和动力的要求动作型要求执行系统实现预期精度的动作(位移、速度、加速度等)，而对执行系统中各构件的强度、刚度无特殊要求缝纫机、包糖机、印刷机等动力型要求执行系统能克服较大的生产阻力，做一定的功，因此对执行系统中各构件的强度、刚度有严格要求，但对运动精度无特殊要求曲柄压力机、推土机、挖掘机、碎石机等动作动力型要求执行系统既能实现预期精度的动作，又要克服较大的生产阻力，做一定的功滚齿机、插齿机等按执行系统中执行机构的相互联系情况单一型在执行系统中，只有一个执行机构工作搅拌机、碎石机、皮带输送机等独立型在执行系统中有多个执行机构进行工作，但它们之间相互独立、没有运动及生产阻力等方面的联系和制约外圆磨床的磨削进给与砂轮转动，起重机的起吊与行走动作等相互联系型在执行系统中，有多个执行机构，且它们之间有运动及生产阻力等方面上的联系和制约印刷机、包装机、缝纫机、纺织机三、执行系统的分类及特点执行系统设计执行系统设计特点：第三章执行系统设计2）执行系统的一端与被执行(加工)对象接触，另一端与传动系统连接。在设计执行系统时，不但要明确本系统中各零、部件的相互作用及设计要求，同时，还要了解与其他系统的联系、协调和分工，进而使总系统处在最佳状态下工作。1）执行系统是总系统中的一个子系统执行系统设计特点：执行系统特点（两个特点）：哈尔滨工业大学机械电子工程教研室执行系统设计的基本要求（三项基本要求）：2）足够的使用寿命和强度、刚度要求第三章执行系统设计1）保证设计时提出的功能目标执行系统设计保证设计时提出的功能目标的含义1）执行系统是直接完成产品功能要求的子系统，执行系统不能满足功能目标，则整个系统就无法完成功能目标；2）在保证设计时提出的功能目标的基础上要保证一定的精度，如运动精度、动作准确性及施力大小等3）各执行机构应结构合理、配合协调哈尔滨工业大学机械电子工程教研室使用寿命与组成此系统的零、部件的寿命有关；第三章执行系统设计对于动力型执行系统中的每一个零、部件如果强度不够会导致零、部件损坏，造成工作中断，甚至人身事故；刚度不足所产生的过大弹性变形会影响系统精度或使总系统不能正常工作。足够的使用寿命和强度、刚度要求的含义：2）足够的使用寿命和强度、刚度要求1）保证设计时提出的功能目标执行系统设计的基本要求（三项基本要求）：）各执行机构应结构合理、配合协调第三章执行系统设计2）足够的使用寿命和强度、刚度要求1）保证设计时提出的功能目标不但各执行机构自身的结构设计要合理，而且还要确保各执行机构间的运动协调，以防止由于运动不协调而造成的机构间相互碰撞、干涉或工序倒置等事故。各执行机构应结构合理、配合协调的含义