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1、执行系统设计Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望图3.13.1卧式卧式车床主床主轴顶尖或尖或夹盘是是执行末端件；行末端件；2执行执行末端件末端件执行执行机构机构主主轴则是是执行机构行机构图3.23.2手爪平行开手爪平行开闭式机械手式机械手结构示意构示意图1111是是执行末端件行末端件1 1、8 8滑滑动齿条条；2 2、3 3小小齿轮；4 4双双面面齿条条；5 5气气缸缸；6 6活活塞塞；7 7螺螺杆杆；9 9滑滑动齿条条导轨；1010压缩弹簧；簧；1111可可换夹爪爪 3
2、执行执行末端件末端件执行执行机构机构以上两例中的以上两例中的执行系行系统都是由都是由纯机械机械结构构组成的。随着成的。随着科学技科学技术的的发展，展，执行系行系统的的组成也在不断地成也在不断地发生生变化化：一方面一方面由于机械的含由于机械的含义在不断地在不断地扩展，如展，如电子、子、电器、器、光学、液体、气体等也可以直接与光学、液体、气体等也可以直接与纯机械机械结构构结合，合，组成成较先先进的机的机电、机光、机液等、机光、机液等执行机构；行机构；另一方面另一方面又由于又由于传动系系统变得越来越得越来越简单，有，有时一个机一个机构可以既是构可以既是传动系系统又是又是执行系行系统，如，如连杆机构的
3、杆机构的应用，所用，所以，以，执行系行系统可以由一个可以由一个简单的的结构来构来组成，也可以由一些成，也可以由一些基本基本结构构组合成的复合成的复杂机构来机构来组成。成。这主要主要视系系统的功能来的功能来决定。决定。 一般一般说来，能完成同一功能的来，能完成同一功能的执行系行系统可以有不同的方可以有不同的方案，但案，但应选出既能出既能满足功能要求，又足功能要求，又简单、可靠的一个方案。、可靠的一个方案。 4二、二、执行系行系统的功能的功能1 1、实现运运动形式或运形式或运动规律律变换的功能的功能 (1)(1)实现预期固定期固定轨迹或迹或简单可可调的的轨迹功能迹功能(2)(2)匀速运匀速运动与非
4、匀速运与非匀速运动的的变换(3)(3)连续运运动与与间歇式歇式转动或或摆动的的变换2 2、实现开关、开关、联锁和和检测等的功能等的功能(1)(1)用来用来实现运运动的离合或开停的离合或开停(2)(2)用来用来换向、超越或反向止向、超越或反向止动(3)(3)用来用来实现联锁、过载保保护、安全制、安全制动(4)(4)实现锁止、定位、止、定位、夹压等等(5)(5)实现测量、放大、比量、放大、比较、显示、示、记录、运算等、运算等3 3、实现程序控制功能程序控制功能4 4、实现施力功能施力功能如如压力机、力机、矿石粉碎机等石粉碎机等5执行系行系统的功能（示例的功能（示例1 1）图3.3 联动凸凸轮机构机
5、构 凸凸轮A,B控制控制E的的运运动轨迹，可根据运迹，可根据运动轨迹的要求迹的要求设计凸凸轮曲曲线。E执行末端件行末端件其它其它执行机构行机构6执行执行末端件末端件执行系行系统的功能的功能（示例（示例2 2）曲柄曲柄摇杆杆ABCD机构机构实现刀刀具的慢具的慢进和快退。和快退。 AB的的长度度调节行程。行程。 M1,M3调节刀具与工件的相刀具与工件的相对位置（位置（XY向）。向）。 M2调节工作台的高度。工作台的高度。曲柄曲柄摇杆杆FGHI驱动棘棘轮J带动螺杆螺杆K实现每循每循环进给量。量。有两个有两个执行末端件行末端件：刀具和工作台刀具和工作台图3.4 牛牛头刨床刨床7三、三、执行系行系统的分
6、的分类按按执行系行系统对运运动和和动力的要求：力的要求：动作作型型：要要求求执行行系系统实现预期期精精度度的的动作作( (位位移移、速速度度、加加速速度度等等) )，而而对执行行系系统中中各各构构件件的的强度度、刚度度无特殊要求。无特殊要求。缝纫机、包糖机、印刷机等。机、包糖机、印刷机等。 动力力型型 ：要要求求执行行系系统能能克克服服较大大的的生生产阻阻力力，做做一一定定的的功功，因因此此对执行行系系统中中各各构构件件的的强度度、刚度度有有严格格要要求求，但但对运运动精精度度无无特特殊殊要要求求。曲曲柄柄压力力机机、推推土机、挖掘机、碎石机等。土机、挖掘机、碎石机等。 动作作动力力型型：要要
7、求求执行行系系统既既能能实现预期期精精度度的的动作作，又又要要克克服服较大大的的生生产阻阻力力，做做一一定定的的功功。滚齿机机、插插齿机等。机等。8按按执行系行系统中中执行机构的相互行机构的相互联系情况系情况 三、三、执行系行系统的分的分类单一一型型：在在执行行系系统中中，只只有有一一个个执行行机机构构工工作作。搅拌机、碎石机、皮拌机、碎石机、皮带输 送机等。送机等。相相互互独独立立型型：在在执行行系系统中中有有多多个个执行行机机构构进行行工工作作，但但它它们之之间相相互互独独立立、没没有有运运动及及生生产阻阻力力等等方方面面的的联系系和和制制约。外外圆磨磨床床的的磨磨削削进给与与砂砂轮转动，
8、起起重重机的起吊与行走机的起吊与行走动作等。作等。相相互互联系系型型：在在执行行系系统中中，有有多多个个执行行机机构构，且且它它们之之间有有运运动及及生生产阻阻力力等等方方面面上上的的联系系和和制制约。印印刷机、包装机、刷机、包装机、缝纫机、机、纺织机等。机等。93.23.2执行系行系统设计 执行系行系统设计基本要求：基本要求： 保保证设计时提出的功能目提出的功能目标。 足足够的使用寿命和的使用寿命和强度、度、刚度要求。度要求。 各各执行机构行机构应结构合理、配合构合理、配合协调。 通通过分析，分析，执行末端件的运行末端件的运动无外乎是回无外乎是回转运运动、直、直线运运动或者两种运或者两种运动
9、的合成。的合成。 回回转运运动：圆导轨、轴承、承、齿轮等；等；电动机等机等 直直线运运动：直：直线导轨、液、液压缸等；直缸等；直线电机机执行系行系统是是总系系统中的一个子系中的一个子系统，且此系，且此系统的一端的一端与被与被执行行( (加工加工) )对象接触，另一端与象接触，另一端与传动系系统连接，因此，接，因此，在在设计执行系行系统时，不但要明确本系，不但要明确本系统中各零、部件的相中各零、部件的相互作用及互作用及设计要求，同要求，同时，还要了解与其它系要了解与其它系统的的联系、系、协调和分工，和分工，进而使而使总系系统处在最佳状在最佳状态下工作。下工作。 10一、一、执行行轴机构的机构的设
10、计（简介）介）利用利用轴的回的回转运运动来完成来完成执行任行任务的情形很多很多：的情形很多很多：如机床中如机床中执行行轴带动工件或刀具，可完成工件表面的成形工件或刀具，可完成工件表面的成形加工运加工运动；轧钢机中通机中通过轧辊( (相当于机床中的相当于机床中的执行行轴) )对钢材的材的轧制，以制，以获得不同形状、尺寸的型得不同形状、尺寸的型钢以及一些自以及一些自动装配装配线上使用的各种不等速或上使用的各种不等速或间歇回歇回转机构的机构的轴等。等。这些些执行行轴由于功用不同，故各自的具体由于功用不同，故各自的具体结构及构及执行行轴机构的机构的组成及布置也不一成及布置也不一样。但。但归结起来起来执
11、行行轴机构一机构一般主要由般主要由执执行行行行轴轴、安装在其上的、安装在其上的传动传动件件件件( (齿轮、皮、皮带轮等等) )、密封件密封件密封件密封件、轴轴承承承承、轴承承间隙隙调调整及固定元件整及固定元件整及固定元件整及固定元件( (螺母螺母) )等等组成，成，因此，因此，设计执行行轴机构机构时主要是各主要是各组成元件的布置及成元件的布置及设计轴本身。本身。 11图3.93.9主主轴前端前端结构构1 1螺螺钉22环形形锁紧盘33主主轴前端前端44拨盘或卡或卡盘55螺母螺母66双双头螺栓螺栓 例例3.63.6CA6140普通普通车床主床主轴组件件12采用锥采用锥面配合面配合阻尼套阻尼套结构结
12、构向心球轴承向心球轴承推力球轴承推力球轴承斜齿轮斜齿轮滑移齿轮滑移齿轮例例：万万能能外外圆磨磨床床砂砂轮架架主主轴结构构具有高的回具有高的回转精度、精度、刚度、抗振性及耐磨性要求度、抗振性及耐磨性要求 13 例例：万万能能外外圆磨磨床床砂砂轮架架主主轴结构构砂砂轮架主架主轴的径向支承是的径向支承是“短三瓦短三瓦”式的滑式的滑动轴承。每承。每一滑一滑动轴承由三承由三块扇形扇形轴瓦瓦组成。每成。每块轴瓦瓦1 1都支承在球面支都支承在球面支承螺承螺钉的球面上。的球面上。调节球面支承螺球面支承螺钉1010即可即可调整整轴承的承的间隙隙。螺螺钉1111是是锁紧螺螺钉。短三瓦。短三瓦轴承是液体承是液体动压
13、滑滑动轴承。承。 14二、导轨设计（简介）二、导轨设计（简介）1 1、导轨的功用的功用导向和承向和承载。2 2、导轨的分的分类 (a)按运按运动轨迹分迹分:直直线和和圆周运周运动；(b)按工作按工作时的摩擦性的摩擦性质分分为:滑滑动导轨和和滚动导轨；滑滑动导轨中又有中又有:普通滑普通滑动、液体液体动压、 液体静液体静压和和卸荷卸荷导轨等；等；滚动导轨按按滚动体分体分为:滚珠珠、滚柱柱和和滚针导轨； (c)按受力情况可分按受力情况可分为:开式和开式和闭式式导轨。15 开式导轨开式导轨 闭式导轨闭式导轨 导轨在部件自重和外在部件自重和外载作用下，作用下，导轨面面c和和d在在导轨全全长上始上始终贴合
14、着合着 当当动导轨受到受到较大的大的倾覆力矩覆力矩M时，其自重不能使，其自重不能使导轨面面e和和f始始终贴合，所以，必合，所以，必须增增加加压板板1 1和和2 2，以形成，以形成辅助助导轨面面g和和h。 163 3、导轨的基本要求：导轨的基本要求：(a)导向向精精度度是是指指动导轨沿沿支支承承导轨运运动的的准准确确度度，即即直直线运运动导轨的的直直线性性、圆周周运运动导轨的的真真圆性性和和导轨与与其其它它运运动件件之之间相相互互位位置置的的准准确确性性。导轨应具具有有足足够高高的的导向向精精度度，且且需需要要在在长期期工工作作后后仍仍保保持持原原有有的的很很高高的的导向向精精度度精精精精度度度
15、度保保保保持持持持性性性性。影影响响导轨导向精度的主要因素是向精度的主要因素是导轨的的几何精度几何精度几何精度几何精度和和接触精度接触精度接触精度接触精度。 (b)支承支承刚度度表示表示导轨受受载后抵抗后抵抗变形的能力。形的能力。导轨变形主要是由形主要是由导轨自身自身变形形( (接触接触变形、扭形、扭转、弯曲、弯曲变形形) )和和导轨支承件支承件变形引形引起起导轨变形形组成的。成的。(c)高高灵灵敏敏度度指指当当动导轨作作低低速速运运动或或微微量量位位移移( (以以m为单位位) )时，应保保证其其运运运运动动的的的的灵灵灵灵敏敏敏敏性性性性及及低低低低速速速速运运运运动动的的的的平平平平稳稳性
16、性性性，即即不不出出现爬爬行行现象象，使使动导轨的的运运动准准确确到到位位。影影响响导轨灵灵敏敏度度及及运运动平平稳性性的的因因素素主主要要是是：导轨的的结结构构构构及及材材材材料料料料、动与与静静摩摩摩摩擦擦擦擦系系系系数数数数的的差差值、润润滑滑滑滑及及与与动导轨相相连的的传动链传动链的的的的刚刚度度度度等。等。17导轨的的设计主要有下列内容：主要有下列内容：根据工作情况根据工作情况选择合适的合适的导轨类型；型；根根据据导向向精精度度要要求求及及制制造造工工艺性性，选择导轨的的截截面面形状；形状；选择合适的合适的导轨材料、材料、热处理及精加工方法；理及精加工方法；确定确定导轨的的结构尺寸，构尺寸，进行行压强和和压强分布的分布的验算算设计导轨磨磨损后的后的补偿及及间隙隙调整装置；整装置；设计良好的防良好的防护装置及装置及润滑系滑系统。 4 4、导轨的设计内容、导轨的设计内容185 5、导轨间隙的调整导轨间隙的调整 平镶条平镶条195 5、导轨间隙的调整导轨间隙的调整 楔形镶条楔形镶条205 5、导轨间隙的调整导轨间隙的调整 压板压板21
