04第四章执行系统

一、执行系统的组成、功能及分类直接完成系统预期工作任务的部分，也称工作机。定义组成执行构件、执行机构执行构件：也常称工作头。是执行系统中直接完成工作任务的零部件，完成一定的动作。它往往是执行机构中的一个或几个构件。执行机构：用来驱动执行构件。例，驱动工业机械手的手指实现夹持动作的执行机构：杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构、螺旋机构等，或是它们的组合机构。作用：传递和变换运动与动力，以满足执行构件的要求。执行系统的功能夹持、搬运与输送、分度与转位、检测、加载夹持机构主要包括机械式、液压式、气压式和吸附式。“手指”：直接夹住工件的执行构件搬运：指能把工件从一个位置，移送到另一个位置，并不限定移动路线。分度：指对工件或是工作台的角度进行精确的等分。转位：指将工件或工作台旋转一个给定的角度。检测：对工件的尺寸、形状及性能进行检验和测量加载：指机械要执行系统对工作对象施加力或力矩以完成工作。输送：指工件按给定的路线，从一个位置运送到下一个位置。斜楔杠杆式夹持器1.弹簧；2.滚子；3.斜楔；4.手指；5.工件液压连杆式夹持器1.工件；2.手指；3.液压缸；4.油塞杆；5.连杆（1）夹持弹簧杠杆式夹持器1.手腕2.弹簧3.垫圈4.回转轴5.挡块6.手指7.工件齿轮齿条式夹持器1.滑柱2.手腕3.扇形齿轮4.弹簧5.手指6.工件只适用于抓取和夹持小型零件和较轻的物体（1）夹持齿轮式自锁性夹持器液压电气控制夹持器1－手指；2－转臂；3－液压油缸适用于夹持方形或棱形工件（1）夹持（1）夹持1.上壁板；2.下壁板；3.滑楔；4.滚子；5.下挡板；6.背楔；7.制动钢丝绳（a）机构示意图（b）装置结构简图1.气缸；2.活塞；3.摆杆；4.车门；5.滑槽；6.滑块。车门启闭装置（2）搬运与输送1－滑块；2－导销；3－刚性连杆；4－导板；5－齿条；6－小齿轮；7－气缸；8－曲柄；9－撇运头；10－真空吸头；11－工件扁平工件撇运装置（2）搬运与输送1.链条；2.链轮；3.棘轮；4.气缸；5.棘爪直线输送装置1.工件；2.棘爪；3.导轨；4.摇杆；5.偏心轮直线导轨式输送装置（2）搬运与输送间歇式自动输送装置1.工件2.输送机构3.气缸5.活塞6.夹持器（2）搬运与输送1.分度盘；2.棘轮；3.棘爪；4.分度气缸；5.定位气缸；6.定位栓棘轮机构带动的回转工作台1.定位栓；2.驱动销；3.分度盘；4.驱动板；5.连杆凸轮机构带动的回转工作台（3）分度与转位（a）开始分度转位（b）分度转位结束（c）定位（d）返回回转工作台的分度转位过程1.定位栓；2.驱动销；3.分度盘；4.驱动板；5.连杆（3）分度与转位1.凸轮轴；2.支架；3.微动开关；4.压杆；5.进给滑道；6.检测探头；7.工件(垫圈)；8.止动臂自动检测垫圈内径装置1.工件；2.带探头的压杆；3.微动开关垫圈内径检测工作过程（4）检测1.微动开关；2.检测杆；3.销轴；4.支承导轨；5.驱动皮带；6.气缸；7.废品槽；8.合格品槽；9.偏转板；10.工件度量螺钉长度的检测装置(b)不合格品被送入废品槽偏转板分选装置示意图(a)合格品被送入合格品槽；（4）检测材料压力加工与试验、重物起吊与搬运、矿石粉碎等机械都要求其执行系统具有加载功能。（5）加载根据机械系统工作要求，往往一个执行系统需具备多种功能要求。例：插齿机中带动插齿刀的执行系统就同时具备分度和施力两种功能。类别特点应用举例按执行系统对运动和动力的不同要求分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力机、冲床、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、插齿机等执行系统的分类类别特点应用举例按执行系统中执行机构数及其相互间的联系情况分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、皮带输送机等相互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，且它们之间有运动上的联系和制约印刷机、包装机、缝纫机、纺织机等执行构件的运动形式运动形式主要运动参数平面运动转动连续转动角速度ω，或转速n间歇转动运动时间t，停顿时间t0，运动周期T＝t＋t0，运动系数τ＝t/T，转角φ，角加速度a往复摆动摆角φ，角加速度a，行程速比系数K移动连续移动速度v间歇移动运动时间t，停顿时间t0，运动周期T＝t＋t0，运动系效τ＝t/T，位移s，加速度a往复移动位移s，加速度a，行程速比系数K空间运动一般空间运动绕三相互垂直轴线的转角φx、φy、φz，角速度ωx、ωy、ωz，角加速度ax、ay、az沿三相互垂直轴线的位移sx、sy、sz，速度vx、vy、vz，加速度ax、ay、az二、执行系统设计1.执行系统的设计要求实现预期精度的运动或动作；有足够的强度、刚度；各执行机构间动作要协调配合；结构合理、造型美观、便于制造与安装；工作安全可靠，有足够的使用寿命。2.执行系统的设计步骤（1）拟定运动方案工艺程序：指完成各个工艺动作的先后顺序。一台机器的功能是要完成某一个工艺动作过程，一个工艺动作过程又可以分解为若干个工序。例如：制盒工艺为纸盒成型物料填充封口工艺动作分解过程要符合下列原则：动作的可实现性动作实现机构的简单化动作的协调性（2）合理选择执行机构类型一般原则采用尽可能短的运动链；优先选用机构简单、工作可靠、便于制造和效率高的机构。要求前后执行机构的工作节拍要基本一致，否则无法协调工作。执行机构的运动规律与工艺动作的一致性。执行机构的位移、速度、加速度（包括角位移、角速度、角加速度）变化要有利于完成工艺动作。各执行机构应满足相容性。机械运动系统尺寸紧凑性。（3）工作循环图的绘制Concept:用来描述各执行构件运动间相互协调配合的图。运动循环图的形式：直线式、圆周式和直角坐标式。协调性和生产率设计要点以工艺过程开始点作为机器工作循环的起始点，并确定开始工作的那个执行机构在工作循环图上的机构运动循环图，其他执行机构则按工艺动作顺序先后列出。不在分配轴上的控制构件（一般是凸轮），应将其动作所对应的中心角，换算成分配轴相应的转角。尽量使各执行机构的动作重合，以便缩短机器工作循环的周期，提高生产率。按顺序先后进行工作的执行构件，要求相邻执行构件动作之间有一定时间间隔和空间裕量，以防止两机构在动作衔接处发生干涉。在不影响工艺动作要求和生产率的条件下，应尽可能使各执行机构工作行程所对应的中心角增大些，以便减少速度和冲击等。工作循环图的绘制步骤确定执行机构的运动循环确定运动循环的组成区段确定运动循环内各区段的时间（或分配轴转角）绘制执行机构的运动循环图例1：打印机构的工作原理：打印头1在控制系统的控制下，完成对产品2的打印。（生产纲领4500件/班）1.凸轮；2.压痕冲头；3.压印件；4下压痕模（1）确定打印头的运动循环4.96084500TQ件/mins6min101pT（2）确定运动循环的组成区段0dskpTTTTT10TQ件/min（3）确定运动循环内各区段的时间及分配轴转角2ssT2skT1sdT1s0T（4）绘制执行机构的运动循环图例2：钉子加工（b）圆周式（c）直角坐标式（a）直线式最好采用直角坐标运动循环图。1．送电阻坯料机构：工作行程—停歇—回程—停歇。2．夹紧机构：工作行程—停歇—回程。3．送帽压帽机构:快速前进—慢速压紧—回程—停歇。1.送电阻坯料机构2.夹紧机构3.送帽压帽机构4.电阻坯料储料箱5.电阻帽储料箱例3：电阻自动压帽机1．送电阻坯料机构：工作行程—停歇—回程—停歇。2．夹紧机构：工作行程—停歇—回程。3．送帽压帽机构:快速前进—慢速压紧—回程—停歇。（4）运动分析求出执行系统中各构件指定点的位置、速度和加速度，必要时还应确定执行构件上指定点的轨迹。（5）动力学分析与承载能力计算包括强度、刚度、耐磨性、振动稳定性等，在高温下工作时，还应考虑材料的热疲劳和蠕变强度。图解法和解析法