第四章工艺动作过程构思与运动协调设计

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一、明确总功能
工作原理设计是根据机器的总功能的要求， 工作原理设计是根据机器的总功能的要求，对 设计对象总的功能描述要准确、简洁， 设计对象总的功能描述要准确、简洁，要合理抽象 抓住本质。 要做到以下三个方面的研究。 抓住本质。 要做到以下三个方面的研究。 搜集有关技术资料、设计需求和用户要求； ① 搜集有关技术资料、设计需求和用户要求； 详细列出机械功能分析需求表； ②详细列出机械功能分析需求表； 对列出的功能需求作综合分析研究。 ③对列出的功能需求作综合分析研究。
例如打印机（如图4 所示）工作时， 例如打印机（如图4-6所示）工作时， 当送料器送料时，打印头就可以向下打， 当送料器送料时，打印头就可以向下打， 即送料的工作行程与打印的工作行程重叠， 即送料的工作行程与打印的工作行程重叠， 只要保证打印头在打到工件前把工件送到 位，而不必等工件到位后打印头才开始动 而在打印头完成打印工艺后空回时， 作。而在打印头完成打印工艺后空回时， 送料器也同时退回原处，准备第二次推料， 送料器也同时退回原处，准备第二次推料， 即它们的空行程的时间也是互相重叠。 即它们的空行程的时间也是互相重叠。
图4-6 自动打印机示意图
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二、 工艺动作过程设计应该考虑的几个问题
①被加工对象的材料特性、所需达到的工艺要求等。如齿轮 被加工对象的材料特性、所需达到的工艺要求等。
的加工，就要根据齿面的材料采用不同的加工方法。 的加工，就要根据齿面的材料采用不同的加工方法。调质的轴和淬火 的轴的工艺过程就不一样 。
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§4-2
工艺动作过程和运动规律设计
一、 工艺动作过程设计的原则
机器的工艺动作过程设计是为了满足机器的总功能 要求，在机器的工艺过程设计中应遵循以下5个原则。 要求，在机器的工艺过程设计中应遵循以下5个原则。 ①工序集中原则 ②工序分散原则 ③各工序的工艺时间相等原则 ④多件同时加工原则 ⑤减少机器工件行程和空程时间
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7
8
9、10
11、12
撑开上前盖、 7—撑开上前盖、后盖和上塞耳 撑开上前盖 8—灌装冰淇淋 灌装冰淇淋 10—关闭上前盖和上后盖 9、10 关闭上前盖和上后盖 11、12 上塞耳塞入耳孔后送往冰库冷藏 11、12—上塞耳塞入耳孔后送往冰库冷藏 图4-7 (b) 盒式冰淇淋包装机的工艺过程图(续) 盒式冰淇淋包装机的工艺过程图(
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如要设计一部能够完成装卸工作、钻孔、扩孔、 如要设计一部能够完成装卸工作、钻孔、扩孔、 铰孔四个工位的专用机床，它可以分解成几个工艺动 铰孔四个工位的专用机床， 工艺动作和树状功能图如图4 所示。 作。工艺动作和树状功能图如图4-2，图4-3所示。
工件 刀具
工作台
s=s(t)
主轴箱
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第四章 工艺动作过程构思 与运动协调设计
工作原理设计和工艺动作设计 工艺动作过程和运动规律设计 执行机构的运动协调设计 机械运动循环图设计
机械系统运动方案设计是机械设计的前提和依据， 机械系统运动方案设计是机械设计的前提和依据， 方案设计的优劣对机械技术性能的好坏、 方案设计的优劣对机械技术性能的好坏、机械结构形 式的繁简、制造成本的高低及操作使用的难易等均有 式的繁简、 决定性的影响。 决定性的影响。 工艺要求或 运动方案设计的依据是工艺要求 使用要求。 运动方案设计的依据是工艺要求或使用要求。当这 一要求确定后， 一要求确定后，首先要考虑的是采用何种功能原理来 实现给定给定要求。只有当选定了功能原理以后， 实现给定给定要求。只有当选定了功能原理以后，才 可以根据功能原理设计出工艺动作及这些动作的执行 机构的运动规律。 机构的运动规律。
① 制定合理的运动规律 在满足使用要求的前提下， 在满足使用要求的前提下，应尽可能设计出简单且易于实现 的运动规律。 的运动规律。 3 笔库 4 笔执行元件 ② 把复杂的运动规律分解 成转动、 成转动、摆动或移动等比 较简单的运动规律。 较简单的运动规律。
例如图4 例如图4-8所示的计算机绘 图机，它能按计算机的指令 图机， 的曲线， 绘出各种y=f（x）的曲线， 所采用的方法就是把复杂的 曲线运动规律分解成x 曲线运动规律分解成x、y两 个方向的移动。 个方向的移动。
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两侧切书
横切
①工序集中原则
送料
压书
书本 工作台
工序集中原则是指工件在一 工序集中原则是指工件在一 是指 个工位上一次定位装夹， 个工位上一次定位装夹，采用 多刀、多面、 多刀、多面、多个执行构件运 动同时完成加工工序， 动同时完成加工工序，以达到 工件的工艺要求。 工件的工艺要求。例如自动切 书机（ 书机（图4-4a，b）就是采用 4a， 多刀、多面、 多刀、多面、多个执行构件同 时完成加工工序。 时完成加工工序。 First
§4-1 工作原理设计和工艺动作设计
根据机器所要实现的功能(功用)，采用有关的 机器所要实现的功能 功用) 功能( 工作原理， 工艺动作的过程。 工作原理，由工作原理设计构思出工艺动作的过程。
这些设计内容就是工作原理方案的设计 这些设计内容就是工作原理方案的设计。 工作原理方案的设计。 在进行功能原理设计时， 在进行功能原理设计时，首先要明确机器的总 功能，然后进行功能分解， 功能，然后进行功能分解，使其成为一系列独立的 工艺动作。 工艺动作。
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④组合型 物料的运动既作圆弧运动，又作直线运动。 物料的运动既作圆弧运动，又作直线运动。
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三、按工艺动作过程要求确定运动规律
工艺动作是由执行构件完成的， 工艺动作是由执行构件完成的，而各执行构件所要 完成的工艺动作有不同的运动规律， 完成的工艺动作有不同的运动规律，因而执行构件的 运动规律设计直接关系到机械的运动学、动力学特性。 运动规律设计直接关系到机械的运动学、动力学特性。
12 风扇 11 支架 1 绘图机 7 压板 8 x向电机 9 输纸滚筒 10 压纸磙子 5 笔 6 y向电机 2 笔库电机
③按机器的功能要求配置运动规律。 按机器的功能要求配置运动规律。 First
图4-8
纸动型绘图机
§4-3
执行机构的运动协调设计
为了使各执行机构的执行动作按工艺动作过程要求进行有 序的、相互协调配合的动作， 序的、相互协调配合的动作，执行机构的运动协调设计应满 足以下要求： 足以下要求： ①执行机构中的执行构件的动作必须满足工艺要求。 执行机构中的执行构件的动作必须满足工艺要求。 ②执行机构中的执行构件的动作保证空间同步。 执行机构中的执行构件的动作保证空间同步。 ③为提高机器生产率应使各执行机构的动作周期尽量重合。 为提高机器生产率应使各执行机构的动作周期尽量重合。 ④一个执行机构动作结束到另一个执行机构动作起始点之间 应有适当间隔避免发生干涉。 应有适当间隔避免发生干涉。
青壳绝缘纸 送纸 分度 插纸 切纸 盘状纸带 推纸Leabharlann First图4-5
自动嵌纸机的工艺过程
③各工序的工艺时间相等原则
对于多工位自动机工作循环的时间节拍有严格的要求， 对于多工位自动机工作循环的时间节拍有严格的要求， 一般将各工位加工时间最长的一道工序作为自动机的时间节 拍。为了提高机器的生产率，应尽量设法缩短加工时间最长 为了提高机器的生产率， 的一道工序的工作时间。为此， 的一道工序的工作时间。为此，可以采取提高这一工序的工 艺速度或者把这一工序再分解。 艺速度或者把这一工序再分解。
First
工艺路线的类型： 工艺路线的类型：
①直线型 物料的运动路线为一直线，根据运动方式又可分为立式和卧式。 物料的运动路线为一直线，根据运动方式又可分为立式和卧式。
First
First
②阶梯型 物料的运动方式兼有垂直和水平两个方向。 物料的运动方式兼有垂直和水平两个方向。
First
③圆弧型 物料的运动沿圆弧轨迹。 物料的运动沿圆弧轨迹。
First
③工艺程序和工艺路线。 工艺程序和工艺路线。
工艺程序——完成各个工艺动作的先后顺序。 完成各个工艺动作的先后顺序。 工艺程序 完成各个工艺动作的先后顺序
工艺路线——参与加工物料的供给路线、加工物料的传送路线 工艺路线 参与加工物料的供给路线、 参与加工物料的供给路线 以及成品的输出路线。 以及成品的输出路线。
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执行机构的运动协调设计可以从以下几个方面来阐述： 执行机构的运动协调设计可以从以下几个方面来阐述： 1）各执行机构的动作在时间上协调配合
②机器的工位数和工位转移过程中采用的运动形式。如冰淇淋 机器的工位数和工位转移过程中采用的运动形式。
包装机的工艺过程可以分解为12个工序。如图4 7a， 所示。 包装机的工艺过程可以分解为12个工序。如图4-7a，b所示。 12个工序
耳孔 上前盖 上后盖 上塞耳 纸盒
下前盖 下塞耳 下后盖
在库中纸盒 叠成层状
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二、功能分解与工艺动作
机械产品的功能是靠工艺动作来实现的， 机械产品的功能是靠工艺动作来实现的，即一系列 功能是靠工艺动作来实现的 工艺动作的目的是完成所需实现的功能。 工艺动作的目的是完成所需实现的功能。 工艺动作的分解往往对应于功能的分解。 工艺动作的分解往往对应于功能的分解。 要设计的机械往往比较复杂， 要设计的机械往往比较复杂，功能也是各式各样 的，其使用要求或工艺要求需要很多工作原理组合 工艺动作， 成一系列相对独立的工艺动作 以此作为分功能 成一系列相对独立的工艺动作，以此作为分功能 功能元），然后用树状功能图来描述， （或称功能元），然后用树状功能图来描述，使机 或称功能元），然后用树状功能图来描述 器的总功能及各分功能一目了然。 器的总功能及各分功能一目了然。
图4-2 四工位机床工艺动作图
四 工 位 专 用 机 床
工作台间歇转动 n 2 /(r/min)
静止
快进 主轴箱进退刀运动 进给 刀具运动 n1 /(r/min) 快退