1、第8章機構系統運動方案設計8-1 8-1 發展趨勢發展趨勢v制造科學是多學科交叉的學科制造科學是多學科交叉的學科制造技藝制造技術制造科學；制造活動的社會性、制造系統的開放性制造科學綜合性；制造科學不可能在孤立、封閉的狀態下發展，必然走兼采百家之長、交叉融合的道路；現代物理、數學、化學、生命、信息、材料、管理和系統等科學的發展，為制造科學不斷提供新的推動力，也不斷豐富著現代制造學科的內涵和外延。制造業是國家的戰略性產業制造業是國家的戰略性產業高度發達的制造業，是實現工業化的必備高度發達的制造業，是實現工業化的必備條件條件高度發達的制造業，是衡量國家國際競爭高度發達的制造業，是衡量國家國際競爭力的

2、重要標志力的重要標志高度發達的制造業，是決定國家在經濟全高度發達的制造業，是決定國家在經濟全球化進程中國際分工地位的關鍵因素球化進程中國際分工地位的關鍵因素v許多高技術我國尚未掌握，許多重大裝備我國不能自主制造，缺乏自主創新能力是制造大國，不是制造強國是制造大國，不是制造強國發電設備、機床、汽車、電子制造等產品產量居發電設備、機床、汽車、電子制造等產品產量居世界前列，卻沒有一家裝備制造企業能躋身世界世界前列，卻沒有一家裝備制造企業能躋身世界500500強強關鍵裝備大多依賴進口關鍵裝備大多依賴進口光電子制造設備的光電子制造設備的100%100%ICIC制造裝備的制造裝備的85%85%高檔數控機床

3、的高檔數控機床的70% 70% 發發 展展 趨趨 勢勢 “數”是發展的核心 “精”是發展的關鍵“極”是發展的焦點 “自”是發展的條件 “網”是發展的道路 “集”是發展的方法 “智”是發展的前景 “綠”是發展的必然 創新就是通過引入新概念、新思想、新創新就是通過引入新概念、新思想、新方法、新技術等或對已有產品的革新來創方法、新技術等或對已有產品的革新來創造具有相當社會價值的事物或形式。造具有相當社會價值的事物或形式。習比學重要習比學重要做比說可靠做比說可靠創新概念創新概念8-2 8-2 執行機構運動規律設計執行機構運動規律設計一、功能原理與工藝動作設計之間的關系一、功能原理與工藝動作設計之間的關

4、系1、實現同一使用要求或工藝要求，可能采用不同的、實現同一使用要求或工藝要求，可能采用不同的功能原理。功能原理。 例：舉升，可采用三種不同的功能原理。例：舉升，可采用三種不同的功能原理。 機械機械,電磁吸附電磁吸附,水浮力水浮力 機械（機械（ 連桿、凸輪、螺旋）連桿、凸輪、螺旋）舉升舉升1)采用往復移動的工藝動作改變容積；采用往復移動的工藝動作改變容積；例：取水，可采用不同的功能原理。例：取水，可采用不同的功能原理。2) 采用往復擺動的工藝動作改變容積；采用往復擺動的工藝動作改變容積；3)采用旋轉工藝動作改變容積；采用旋轉工藝動作改變容積；2、采用不同的功能原理，必然導致采用不同、采用不同的功

5、能原理，必然導致采用不同的工藝動作的工藝動作 a）采用改變水的動能的功能原理）采用改變水的動能的功能原理葉片高速旋轉葉片高速旋轉 b）采用改變容體容積）采用改變容體容積往復移動（往復泵）；往復移動（往復泵）； 往復擺動（擺動泵）；旋轉運動（旋轉泵）；往復擺動（擺動泵）；旋轉運動（旋轉泵）；二、工藝動作設計與運動方案設計的關系工藝動作設計與運動方案設計的關系 1、工藝動作設計得不相同工藝動作設計得不相同，設計出的機構運動方設計出的機構運動方案也就不相同案也就不相同； 例：洗衣機例：洗衣機洗衣機洗衣機第一臺電動洗衣機單缸單洗洗衣機全自動滾筒洗衣機二、工藝動作設計與運動方案設計的關系工藝動作設計與運

6、動方案設計的關系2、不同的機構可能實現同一工藝動作不同的機構可能實現同一工藝動作，滿足同樣的使滿足同樣的使用要求用要求； 3、為獲得好的運動方案為獲得好的運動方案，就應當擬定評價體系就應當擬定評價體系，并據此體系并據此體系進行綜合評價才能作出決策進行綜合評價才能作出決策。vend 采用相同的功能原理，也可能采用不同采用相同的功能原理，也可能采用不同的工藝動作。的工藝動作。 并聯機床并聯機床并聯機床 對于比較復雜的使用要求和工藝要求對于比較復雜的使用要求和工藝要求，往往需要往往需要多個功能原理組合成一個總的功能原理來滿足多個功能原理組合成一個總的功能原理來滿足。（如自動機如自動機：工藝要求復雜工

7、藝要求復雜）印刷機工藝過程設計工藝過程設計根據已擬定的功能原理及工藝動作進行工藝過根據已擬定的功能原理及工藝動作進行工藝過程設計。程設計。工藝過程設計的總要求：工藝過程設計的總要求： （1）工序集中原則）工序集中原則 （2）工序分散原則（工序能集中就盡量集中，）工序分散原則（工序能集中就盡量集中，集中有困難，就分散）集中有困難，就分散） （3）各工序的工藝時間相等原則）各工序的工藝時間相等原則 （4）多工件同時加工原則）多工件同時加工原則 （5）縮短工作周期原則（）縮短工作周期原則（時間重疊）時間重疊）v 8-3 執行機構運動規律設計執行機構運動規律設計1 1、根據使用要求和功能原理制定合理的

8、運動規律、根據使用要求和功能原理制定合理的運動規律1）應充分考慮使用要求和功能原理。）應充分考慮使用要求和功能原理。2）在滿足使用要求的前提下，應盡可能設計出簡單且易于實現）在滿足使用要求的前提下，應盡可能設計出簡單且易于實現的運動規律。的運動規律。3）必要時，應重新構思新的功能原理。）必要時，應重新構思新的功能原理。4）為使工藝過程自動化，原封不動的按傳統工藝動作去設計自）為使工藝過程自動化，原封不動的按傳統工藝動作去設計自動化機構系統，其效果往往是不好的。動化機構系統，其效果往往是不好的。2 2、把復雜的運動規律（工藝動作）進行分解、把復雜的運動規律（工藝動作）進行分解1 1）機構所能實現

9、的基本運動行式）機構所能實現的基本運動行式 單向轉動單向轉動 單向移動單向移動 往復擺動往復擺動 往復移動往復移動 間歇運動間歇運動 軌軌跡運動跡運動2 2）常見的運動分解合成情況）常見的運動分解合成情況（1）某些周期性運動（包括間歇運動機構與非勻速運動一般可）某些周期性運動（包括間歇運動機構與非勻速運動一般可分解為一個勻速運動與一個附加的往復運動，并且分別用比較分解為一個勻速運動與一個附加的往復運動，并且分別用比較簡單的機構予以實現，然后合成之。簡單的機構予以實現，然后合成之。123456abc 1 2（2） 不同特性的非勻速運動不同特性的非勻速運動合成往往可以實現比較復雜合成往往可以實現比

10、較復雜的運動。的運動。123456s （3）相同特性運動）相同特性運動合成往往可以得到增合成往往可以得到增加或減小輸出位移量加或減小輸出位移量的效果。的效果。12345baS（4）復雜的曲線運動往往可以分解成不同方向的）復雜的曲線運動往往可以分解成不同方向的簡單移動或一個簡單移動和轉動。簡單移動或一個簡單移動和轉動。1245xy3235x(a)(b)要使分解后的運動規律協調配合要使分解后的運動規律協調配合（1）簡單情況可采用機構合成法）簡單情況可采用機構合成法 將多個分解運動輸入到具有多個自由度的機構中，合成為將多個分解運動輸入到具有多個自由度的機構中，合成為一個復雜的運動。一個復雜的運動。

11、（2）可采用分配軸的方法使各分解運動協調配合）可采用分配軸的方法使各分解運動協調配合 （3）可采用電氣控制或計算機數字控制的方法使各分解運動）可采用電氣控制或計算機數字控制的方法使各分解運動協調配合。協調配合。8-4 8-4 執行機構運動協調設計執行機構運動協調設計一、一、執行構件的布置執行構件的布置特別要考慮到控制此執行構件運動的執行機構的特別要考慮到控制此執行構件運動的執行機構的安裝是否方便安裝是否方便 1）與執行構件的聯接是否方便；）與執行構件的聯接是否方便； 2）執行機構原動件布置的位置是否恰當；）執行機構原動件布置的位置是否恰當； 盡可能接近執行構件；盡可能接近執行構件； 使各執行機

12、構原動件盡可能集中布置在一根使各執行機構原動件盡可能集中布置在一根 軸或少數幾根軸上；軸或少數幾根軸上； 各原動件應保持等速或定速比。各原動件應保持等速或定速比。二、執行機構運動協調設計應滿足的要求二、執行機構運動協調設計應滿足的要求 保證各執行機構動作的順序性；保證各執行機構動作的順序性； 各執行構件的動作在時間上同步；各執行構件的動作在時間上同步； 保證空間的同步性；保證空間的同步性； 保證系統各執行構件對操作對象的操作具有單一性保證系統各執行構件對操作對象的操作具有單一性或協同性；或協同性； 執行構件的動作之間應保持時間上的間隔，以避免執行構件的動作之間應保持時間上的間隔，以避免動作銜接

13、處發生干涉；動作銜接處發生干涉；vend例：粉料壓片機例：粉料壓片機（4）協調安排圖）協調安排圖（2）執行構件：）執行構件：3、9、5。（3） 執行機構圖執行機構圖 凸輪連桿機構凸輪連桿機構、凸輪機構、凸輪機構、凸輪多桿機構、凸輪多桿機構、凸輪機構、凸輪機構113109105（1）執行構件完成的動作：）執行構件完成的動作：j 移動料斗移動料斗3至模具至模具11的型腔上方，并準備將粉料裝入型腔；的型腔上方，并準備將粉料裝入型腔；k 料斗振動，將粉料裝入型腔；料斗振動，將粉料裝入型腔；l 下沖頭下沖頭5下沉，以防止上沖頭下沉，以防止上沖頭9下壓時將型腔內粉料抖出；下壓時將型腔內粉料抖出；m 上沖頭

14、下壓，下沖頭上壓，將粉料加壓并保壓一定時間，使藥上沖頭下壓，下沖頭上壓，將粉料加壓并保壓一定時間，使藥片成型較好；片成型較好；n 上沖頭快速退出，下沖頭隨之將壓好的藥片推出型腔，完成壓上沖頭快速退出，下沖頭隨之將壓好的藥片推出型腔，完成壓片工藝過程片工藝過程 。113109105138957462611分分配配軸軸 1 2 3 4S1S2S3S48-5 機械運動循環圖設計機械運動循環圖設計一、機械運動循環圖一、機械運動循環圖 1、機械運動循環圖、機械運動循環圖 表達機械各執行機構（構件）在一個運動環中各動表達機械各執行機構（構件）在一個運動環中各動作的協調配合關系的簡單明確圖，稱機械運動循環圖

15、。作的協調配合關系的簡單明確圖，稱機械運動循環圖。2、機械運動循環圖的類型、機械運動循環圖的類型 1）直線式循環圖（矩形循環圖）直線式循環圖（矩形循環圖） 2） 圓形循環圖（極坐標式）圓形循環圖（極坐標式） 3）直角坐標式循環圖）直角坐標式循環圖1、設計要點、設計要點1) 完成系統的協調設計完成系統的協調設計; 2) 確定參照機構（構件）確定參照機構（構件）;3) 設計單一執行機械運動循環圖設計單一執行機械運動循環圖 ;4) 設計機械運動循環圖設計機械運動循環圖.二、機械運動循環圖的設計二、機械運動循環圖的設計三、執行機構運動協調設計的分析計算三、執行機構運動協調設計的分析計算1、各執行機構運

16、動循環時間同步化計算各執行機構運動循環時間同步化計算1） 確定最大工作循環周期確定最大工作循環周期Tmax；2） 確定機械最小工作循環周期確定機械最小工作循環周期Tmin；3） 確定合理的機構系統的工作循環周期確定合理的機構系統的工作循環周期T；4） 確定各機構分配軸的轉速和工作行程的起始角。確定各機構分配軸的轉速和工作行程的起始角。 2、各執行機構運動循環空間同步化計算各執行機構運動循環空間同步化計算 合理確定各執行機構的運動錯位角，避免空間上的合理確定各執行機構的運動錯位角，避免空間上的干涉。干涉。 沖壓工藝的特點 沖壓工藝 . 板料沖壓 . 冷沖壓. 沖壓工藝：沖壓工藝： 將各種不同規格

17、的板料或坯料，利用模具和設備對其施加作用力，使之產生變形或分離，獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零件。沖沖 壓壓 工工 藝藝 圖圖沖壓源自于金屬手工藝品制作v在我國河北省懷來縣北辛堡出土的戰國早期（公元前475年221年）生產的紅銅鎚胎薄銅缶（音否，小口大腹、盛酒器），v被學者認為是至今為止發現的世界上第一個沖壓件。此缶壁厚僅有1mm左右，而且厚薄十分均勻。此器分為上下兩部分，成形后，再使用冷咬接技術套接在一起，器身還有精細流利的針刻文。v這個薄銅缶，其制造年代之早，器皿之精美絕倫，技術復雜程度之高，都證明了我國古代勞動人民在沖壓成形方面的勤勞智慧和領先地位。沖壓 特特 點點 : 生產效率特別高

18、生產效率特別高 產品的質量穩定產品的質量穩定 節省能量和原材料節省能量和原材料 可以加工其它方法所不能制造或難于制造的復雜形狀零件可以加工其它方法所不能制造或難于制造的復雜形狀零件。v沖壓技術v是以模具為中心，以產品為龍頭，結合現代科學技術的應用，在巨大的產品市場的導引和推動下發展起來的一門先進制造技術。沖壓成形工序的分類沖壓成形工序的分類 各種沖壓零件各種沖壓零件沖壓工序分為沖壓工序分為: 分離工序分離工序 成形工序成形工序 分離工序分離工序 是在沖壓過程中，使沖壓件與板料在切應力或拉應力作用下，沿一定的輪廓線相互分離，其沖壓件分離面質量應該滿足一定的要求。 成成 形形 工工 序序 是在沖壓

19、過程中，使毛坯在不破壞的條件下發生塑性變形，成為所要求的形狀，同時，沖壓件應該滿足尺寸精度方面的要求。沖壓成形工序分類示意圖沖壓成形工序分類示意圖 落料落料 分離工序分離工序 沖裁沖裁 沖孔沖孔 切斷切斷 彎曲彎曲 切口切口 板料成形板料成形 成形工序成形工序 拉拉 深深 成成 形形 脹形脹形 翻邊翻邊 沖沖 壓壓 縮頸縮頸 擴口擴口 接合工序接合工序 壓壓 接接 造型接合造型接合 成型接合成型接合 體積成形體積成形 冷擠壓冷擠壓 冷冷 鐓鐓myh1213459101314151617181978Kba6112018126 臥式臥式多工多工位冷位冷墩機墩機1210911666141351415161）完成工序）完成工序：進料進料截料截料整形整形壓角壓角沖孔冷墩沖孔冷墩978齒齒 輪機構輪機構2）選型）選型（1）進料機構）進料機構機機構構系系統統曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構棘輪機構棘輪機