1、第八章 1 1 发展趋势发展趋势 制造科学是多学科交叉的学科制造科学是多学科交叉的学科制造技艺制造技术制造科学；制造活动的社会性、制造系统的开放性制造科学综合性；制造科学不可能在孤立、封闭的状态下发展，必然走兼采百家之长、交叉融合的道路；现代物理、数学、化学、生命、信息、材料、管理和系统等科学的发展，为制造科学不断提供新的推动力，也不断丰富着现代制造学科的内涵和外延。制造业是国家的战略性产业制造业是国家的战略性产业高度发达的制造业，是实现工业化的必备高度发达的制造业，是实现工业化的必备条件条件高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争高度发达的制造业，是衡量国家国际竞争力的重要标志力的重要标志高度发
2、达的制造业，是决定国家在经济全高度发达的制造业，是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素球化进程中国际分工地位的关键因素 许多高技术我国尚未掌握，许多重大装备我国不能自主制造，缺乏自主创新能力是制造大国，不是制造强国是制造大国，不是制造强国发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500500强强关键装备大多依赖进口关键装备大多依赖进口光电子制造设备的光电子制造设备的100%100%ICIC制造装备的制造装备的85%85%高档数控机床的高档数控机床的70% 7
3、0% 发发 展展 趋趋 势势 “数”是发展的核心 “精”是发展的关键“极”是发展的焦点 “自”是发展的条件 “网”是发展的道路 “集”是发展的方法 “智”是发展的前景 “绿”是发展的必然 据报道，由于日本地震及海啸的影响，iPod 、iPhone、iPad和MacBook的锂电池供应短缺已经迫在眉睫，原因是日本Kureha公司由于地震原因，不得不关闭其日本工厂。 日本Kureha公司控制着全球聚偏二氟乙烯polyvinylidene fluoride （简写为PVDF）近，这种化合物是锂电池的重要原料之一。而Kureha公司唯一一家制造PVDF的工厂就位于此次地震的重灾区福岛磐城。 电池组里的
4、电池单元似乎也是提供的，。一则消息（2011.3.18 网络检索关键词：日本地震、苹果电池）人无我有创新1 执行机构运动方案设计执行机构运动方案设计一、功能原理与工艺动作设计之间的关系1、实现同一使用要求或工艺要求，可能采用不同的功能原理。 例：举升，可采用三种不同的功能原理。 机械,电磁吸附,水浮力 机械（ 连杆、凸轮、螺旋）举升举升1)采用往复移动的工艺动作改变容积；采用往复移动的工艺动作改变容积；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) 采用往复摆动的工艺动作改变容积；采用往复摆动的工艺动作改变容积；3)采用旋转工艺动作改变容积；采用旋转工艺动作改变容积；2、
5、采用不同的功能原理，必然导致采用不同、采用不同的功能原理，必然导致采用不同的工艺动作的工艺动作 a）采用改变水的动能的功能原理）采用改变水的动能的功能原理叶片高速旋转叶片高速旋转 b）采用改变容体容积）采用改变容体容积往复移动（往复泵）；往复移动（往复泵）； C）往复摆动（摆动泵）；旋转运动（旋转泵）；往复摆动（摆动泵）；旋转运动（旋转泵）；二、工艺动作设计与运动方案设计的关系工艺动作设计与运动方案设计的关系 1、工艺动作设计得不相同工艺动作设计得不相同，设计出的机构运动方设计出的机构运动方案也就不相同案也就不相同； 例洗衣机例洗衣机洗衣机洗衣机单缸单洗洗衣机双缸半自动洗衣机全自动滚筒洗衣机2
6、、不同的机构可能实现同一工艺动作不同的机构可能实现同一工艺动作，满足同样的使满足同样的使用要求用要求； 3、为获得好的运动方案为获得好的运动方案，就应当拟定评价体系就应当拟定评价体系，并据此体并据此体系进行综合评价才能作出决策系进行综合评价才能作出决策。 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艺动作。的工艺动作。 并联机床 对于比较复杂的使用要求和工艺要求对于比较复杂的使用要求和工艺要求，往往需要往往需要多个功能原理组合成一个总的功能原理来满足多个功能原理组合成一个总的功能原理来满足。（如自动机如自动机：工艺要求复杂工艺要求复杂）印刷机工艺过程设计工艺过程设计
7、根据已拟定的功能原理及工艺动作进行工艺过程设计。工艺过程设计的总要求： （1）工序集中原则 （2）工序分散原则（工序能集中就尽量集中，集中有困难，就分散） （3）各工序的工艺时间相等原则 （4）多工件同时加工原则 （5）缩短工作周期原则（时间重叠） 一、功能原理与工艺动作设计之间的关系一、功能原理与工艺动作设计之间的关系例：井中取水可采用多种不同的功能原理。 a）采用改变水的动能的功能原理-叶片高速旋转；b）采用改变容体容积-往复移动（往复泵）、往复摆动（摆动泵）、旋转运动（旋转泵）；（如自动机：工艺要求复杂） 1、工艺动作设计得不相同工艺动作设计得不相同，设计出的机构运动方案也就设计出的机构
8、运动方案也就不相同不相同； 2、不同的机构可能实现同一工艺动作不同的机构可能实现同一工艺动作，满足同样的使用满足同样的使用要求要求； 3、为获得好的运动方案为获得好的运动方案，就应当拟定评价体系就应当拟定评价体系，并据此并据此体系进行综合评价才能作出决策体系进行综合评价才能作出决策。提水提水1：采用往复移动的工艺动作改变容积；：采用往复移动的工艺动作改变容积；提水提水2：采用往复摆动的工艺动作改变容积：采用往复摆动的工艺动作改变容积提水提水3：采用旋转工艺动作改变容积：采用旋转工艺动作改变容积根据已拟定的功能原理及工艺动作进行工艺过程设计。根据已拟定的功能原理及工艺动作进行工艺过程设计。工艺过
9、程设计的总要求：工艺过程设计的总要求：；：工序能集中就尽量集中，集中有困难，就分散。工序能集中就尽量集中，集中有困难，就分散。；各执行构件工作时间重叠；各执行构件工作时间重叠；工作时间与空行程时间互相重叠；工作时间与空行程时间互相重叠；空行程与空行程时间互相重叠。空行程与空行程时间互相重叠。8.3 执行机构1）应充分考虑使用要求和功能原理。）应充分考虑使用要求和功能原理。2）在满足使用要求的前提下，应尽可能设计出简单且易于）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。实现的运动规律。3）必要时，应重新构思新的功能原理。）必要时，应重新构思新的功能原理。4）为使工艺过程自动化
10、，原封不动的按传统工艺动作去设）为使工艺过程自动化，原封不动的按传统工艺动作去设计自动化机构系统，其效果往往是不好的。计自动化机构系统，其效果往往是不好的。1）机构所能实现的基本运动行式：）机构所能实现的基本运动行式：1.单向2.单向3.往复4.往复运动运动运动运动齿轮平行连杆双万向节蜗轮蜗杆双摇杆曲柄导杆齿轮万向节曲柄摇杆曲柄导杆凸轮齿轮齿条螺旋机构凸轮槽轮不完全齿凸轮凸轮连杆摇杆曲柄导杆曲柄双摇杆棘轮齿条棘轮棘轮齿轮齿条滑块曲柄移动凸轮各种机构的运动特性（1）某些周期性运动（包括间歇运动机构与非匀速运）某些周期性运动（包括间歇运动机构与非匀速运动动)一般可分解为一个匀速运动与一个附加的往复
11、运动，一般可分解为一个匀速运动与一个附加的往复运动，并且分别用比较简单的机构予以实现，然后合成之。并且分别用比较简单的机构予以实现，然后合成之。（2） 不同特性的非匀速运动合成往往可以实现比较复杂不同特性的非匀速运动合成往往可以实现比较复杂的运动。的运动。（3）相同特性运动合成往往可以得到增加或减小输出）相同特性运动合成往往可以得到增加或减小输出位移量的效果。位移量的效果。（4）复杂的曲线运动往往可以分解成不同方向的简单）复杂的曲线运动往往可以分解成不同方向的简单移动或一个简单移动和转动。移动或一个简单移动和转动。 1 2123456abc123456s 12345baS1245xy3235x
12、(a)(b)将多个分解运动输入到具有多个自由度的机构中，合成为一个复杂的运动。8-4 执行机构一、执行机构的布局一、执行机构的布局1. 执行的布置特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的安装特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的安装是否方便是否方便2. 执行的布置1. 与执行构件的联接是否方便；与执行构件的联接是否方便；2. 执行机构原动件布置的位置是否恰当；执行机构原动件布置的位置是否恰当；尽可能接近执行构件；尽可能接近执行构件；使各执行机构原动件尽可能集中布置在一根轴或少数使各执行机构原动件尽可能集中布置在一根轴或少数几根轴上；几根轴上；各原动件应保持等速或定速比。各原动件应保持等速
13、或定速比。二、执行机构运动协调设计应满足的要求二、执行机构运动协调设计应满足的要求1.保证各执行机构保证各执行机构；2.各执行构件的动作在各执行构件的动作在；3.保证保证；4.保证系统各执行构件对操作对象的操作具有保证系统各执行构件对操作对象的操作具有；5.二执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以二执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以动动作衔接处作衔接处；设计实例：设计实例：运动方案设计 运动规律设计 运动协调设计1、运动方案设计：及分析至的型腔上方，并准备将粉料装入型腔；料斗振动，将装入型腔；下沉，以防止下压时将型腔内粉料抖出；上冲头下压,下冲头上压，加压粉料并保压一定时间，使成型；上
14、冲头快速退出,下冲头将压好的药片推出型腔，完成压片工艺过程 。35911138957462611n 凸轮/连杆机构n 凸轮机构n 多杆机构n 凸轮机构2、运动规律设计3、运动协调设计 1s1 2 3 4 s2s3s4三、执行机构运动协调设计的分析计算三、执行机构运动协调设计的分析计算1. 各执行机构运动循环计算确定最大工作循环周期确定最大工作循环周期Tmax；确定机械最小工作循环周期确定机械最小工作循环周期Tmin；确定合理的机构系统的工作循环周期确定合理的机构系统的工作循环周期T；确定各机构分配轴的转速和工作行程的起始角确定各机构分配轴的转速和工作行程的起始角。2. 各执行机构运动循环计算合
15、理确定各执行机构的运动错位角，避免空间上的干合理确定各执行机构的运动错位角，避免空间上的干涉。涉。8-5 设计 1、机械运动循环图定义、机械运动循环图定义 表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动作的协调配合关系的简单明确图，称作的协调配合关系的简单明确图，称。2 2、机械运动循环图的类型、机械运动循环图的类型1）直线式循环图（矩形循环图）直线式循环图（矩形循环图）主主 轴轴 转转 角角 0 90 180 270 360195印印 头头 往往 复复摆摆 动动 机机 构构印头工作行程印头工作行程 （印（印 刷）刷）印印 头头 空空 回回 行行 程程
16、油油 辊辊 往往 复复摆摆 动动 机机 构构 油辊空回行程油辊空回行程 （匀（匀 油）油） 60 油油 辊辊 工工 作作 行行 程程（给铅字上油）（给铅字上油）油油 盘盘 间间 歇歇运运 动动 机机 构构油油 盘盘转转 动动油油 盘盘 静静 止止2）圆形循环图（极坐标式）圆形循环图（极坐标式） 油油辊辊工工作作 室室（给给铅铅字字上上油油）印印头头空空回回行行程程盘盘转转动动 油油 油油盘盘静静止止（刷刷工工作作行行程程印印头头印印） 油油辊辊空空回回行行程程（ 油油匀匀） 3）直角坐标式循环图）直角坐标式循环图主轴主轴转角转角印头往复印头往复摆动机构摆动机构油辊往复油辊往复摆动机构摆动机构油
17、盘间歇油盘间歇运动机构运动机构9018027036019519560601100701、设计要点、设计要点 完成系统的协调设计完成系统的协调设计; 确定参照机构（构件）确定参照机构（构件）; 设计单一执行机械运动循环图设计单一执行机械运动循环图 ; 设计机械运动循环图设计机械运动循环图.myh1213459101314151617181978Kba6112018126 卧式卧式多工多工位冷位冷墩机墩机1210911666141351415161）完成工序）完成工序：进料进料截料截料整形整形压角压角冲孔冷墩冲孔冷墩978齿齿 轮机构轮机构2）选型）选型（1）进料机构）进料机构机机构构系系统统曲柄
18、摇杆机构曲柄摇杆机构棘轮机构棘轮机构2）选型）选型（2）断料机构）断料机构机机构构系系统统直动从动件凸直动从动件凸 轮机构轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构1213459101314151617181978Kba6112018126 6myh2）选型）选型（3）冷墩冷墩机构机构机构系统机构系统 I：曲柄滑块机构曲柄滑块机构（+阴模），阴模），完成整完成整 形、压角、形、压角、冲孔冲孔1213459101314151617181978Kba6112018126卧式卧式多工多工位冷位冷墩机墩机2）选型）选型（4）顶料机构）顶料机构机构系统机构系统 ： 铰链四杆机构铰链四杆机构；完成顶料完成顶料19201312连杆机构连杆机构2）选型）选型（5）运料机构）运料机构机机构构系系统统 圆锥齿轮机构圆锥齿轮机构等宽凸轮机构等宽凸轮机构181817冷镦机构的冷镦机构的运动循环图运动循环图S1 0180360 0向前向前向后向后机机械械运运动动循循环环图图前前摆摆动动停停切切料料送送停停刀刀后后切切停停刀刀切切 前前切切 停停前前刀刀动动后后刀刀后后退退顶顶 摆摆停停停停O向向向向后后向向前前
