1、第二章 自动机械设计原理,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,2-1,第一节 自动机械的生产率分析,一、概述1. 基本概念1）自动机械的生产率 自动机械在单位时间内生产或完成加工的产品数量，称为自动机械的生产率，或生产能力。生产率的单位: 件/min，kg/min，m/h，m2/h等。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,2-2,2）生产率分类,理论生产率QT,实际生产率QP,工艺生产率K,何谓自动机械的理论生产率、实际生产率、工艺生产率？含义和区别是什么？,理论生产率QT：自动机械调整到正常的工作状态加工产品时，单位时间内生产或完成加工的产品的数量。 实际生产率QP：
2、考虑故障、维修、出现废品或其它原因引起的停机时间的情况下，单位时间内平均生产或完成加工的合格产品的数量。工艺生产率K：在某种工艺条件下，自动机械在单位时间内可能生产或完成加工产品的最大数量。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,2-3,设产品以件为单位，一个循环加工一个产品Ty自动机的有效工作时间；Z自动机在有效工作时间Ty内的循环次数；Z自动机在单位时间内的循环次数；TP自动机的工作循环时间，简称工作循环时间,T总表示实际运行时间与停顿时间之和QP是所要求的自动机械的额定生产能力，即自动机械的预期生产能力，因此往往称为设计能力。,Tk基本工艺时间基本工艺时间即:假设加工对象在自动
3、机械上在没有空行程时间损失，全部时间内连续接受加工所用的时间。,2.自动机械的分型及其生产率,1）间歇作用型自动机械 又称为第类自动机械特点: 加工对象在自动机上的加工、传送和处理等，是间歇式周期性进行的。理论生产率: 取决于生产节拍，即加工对象在自动机上的加工工作循环时间TP2）连续作用型自动机械 又称为第类自动机械特点: 加工对象在自动机械上的加工、传送和处理等都是连续进行的。理论生产率QT：与产品在自动机械上的移动速度，即自动机械的工艺速度vp相关 QT =Rvp,问题：决定自动机械生产率的因素是什么？,按生产过程的连续性，自动机械可以分为：,R自动机械加工对象的产品特征计算单位系数，简
4、称为产品特征系数,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,2-4,结论决定生产率的因素： 在任何一台自动机械上，生产或完成加工一件（对于单件加工方式）或一组（对于多件平行加工方式）产品的工作循环时间TP或工艺速度vp就决定了该台自动机械的理论生产率QT。,二、间歇作用型自动机械的理论生产率分析,1工作循环时间TP自动机械执行机构的动作分为：工艺操作：包括加工、装配或计量等动作。辅助操作：包括加工对象的传送、安装和自动检测，以及自动机械执行机构的空行程等动作。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,2-5,工作循环时间内的基本工艺时间和循环内的辅助操作时间。,这些动作的时间，有
5、的可以相互完全重合或者重合一部分，有的则不能重合。,在工作循环时间TP内，各执行机构进行工艺操作的时间即为基本工艺时间，以Tk表示；在与基本工艺时间不相重合的时间内，各执行机构中只存在辅助操作，构成了辅助操作时间，以Tf表示。自动机械的工作循环时间可表示为： TP=Tk+Tf,生产率分析 讨论1,着重讨论单件产品特征的则自动机械的理论生产率。则由前式可知：自动机械的理论生产率若令辅助操作时间Tf =0（表示在工作循环内辅助操作时间全部与基本工艺时间重合）则即为前述的工艺生产率K,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,2-6,TP=Tk+Tf 中的Tf =0的意义是什么？,讨论2,对于
6、间歇作用型自动机械（第类）总有辅助操作时间不为零Tf0，那么，将 代入 ，且令=1/1+KTf，得出： QT=K （2-9）则： （2-10）这里：=1/1+KTf生产率系数（对于第类自动机械 01），表示自动机械在时间上的利用程度，即工艺过程的连续化程度。 显然，如果要通过减少工作循环时间TP 来提高自动机械的理论生产率QT，就必须减少基本工艺时间Tk 或辅助操作时间Tf，或者两者同时减少。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,2-7,为何间歇作用型自动机械的理论生产率低于工艺生产率？ 试分析之,讨论续：如果给出一组三个不同的辅助操作时间，且Tf1Tf2 Tf3按照式（2-10）
7、、式（2-9）可绘出表示生产率系数与工艺生产率K及理论生产率QT与工艺生产率K关系的一组曲线，如下图 ：,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,2-8,分析讨论得到以下结论,对于第类自动机械，因 0 T，则TpTpmin 。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,43,TPmin,即：TPmin=TP2-TO2,多余的TO问题,可见：TPmin 还可以达到最小！,（2）多个行机构的时间同步化设计,当自动机械具有更多的执行机构时，其同步化设计步骤是相同的。例1：图（a）所示电阻产品由一个坯料1和两个铜帽2组成。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,44,1）按工艺
8、过程绘制工艺原理图。,如图（b）所示：其中，三个工艺过程：送料 ：送料机构从储料仓中取出坯料1并送至压帽工位；夹紧：夹紧机构把坯料1定位，送料机构退回原位；送压帽 ：铜帽从料槽落下，被压帽机构和从两头把铜帽快速送到加工位置起始点，然后慢速压到坯料1的两头上，操作完成后，压帽机构复位； 夹紧机构退回；装配好的产品落入受料箱内。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,45,（b）, ,2）根据给定的生产纲领确定自动机械的理论生产率，计算自动机械的工作循环时间,若给定自动装帽机的生产纲领为14400件/班，则理论生产率为 （件/min） 若，三个执行机构的动作完全采用凸轮分配轴作为时序控制
9、装置，那么凸轮分配轴每加工一个产品的转速n=30（r/min）。计算出自动机械的工作循环时间为 （s）,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,46,3）绘制各执行机构的运动简图及其运动循环图,在图（c）自动装帽机的传动系统简图中，可清楚地表示各执行机构的运动关系。它们的运动循环图可按机构运动循环图设计步骤进行。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,47,工艺过程,电阻体上料,电阻体夹紧,送帽,压帽,送帽压帽机构凸轮,电阻坯件,电阻送料机构凸轮,电阻帽,夹紧机构凸轮,送帽压帽机构凸轮,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,48,确定各机构运动循环的组成区段送料机构
10、,按工艺要求，送料机构的运动循环可以分为以下四个区段：Tk3 送料机构的送料行程时间；Ts3 送料机构的工作位置停留时间；Td3 送料机构的返回时间；To3 送料机构的初始位置上停留时间。因此有 Tp3 = Tk3 + Ts3 + Td3 + To3相应分配轴转角为,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,49,确定各机构运动循环的组成区段夹紧机构,同理，夹紧机构的运动循环可以分为以下四个区段：Tk4 夹紧工作行程时间；Ts4 夹紧状态下的工作停留时间；Td4 松夹的返回时间；To4 夹紧机构的初始位置上停留时间。因此有 Tp4 = Tk4 + Ts4 + Td4 + To4相应分配轴
11、转角为,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,50,确定各机构运动循环的组成区段送压帽机构,送压帽机构或的运动循环可以分为以下四个区段：Tk5 送压帽机构的快速送帽时间；Ts5 送压帽机构的慢速压帽运动时间；Td5 送压帽机构的返回时间；To5 送压帽机构的初始位置上停留时间。因此有 Tp5 = Tk5 + Ts5 + Td5 + To5相应分配轴转角为,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,51,确定各机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角,首先，确定主要机构，以某机构的工作起点为基准进行同步化设计。这里，我们选取送料机构作为主要机构。送料机构运动循环各区段的时间及分配轴
12、转角从工艺要求出发，由试验得出该机构的工作停留时间则相应的分配轴转角为 根据运动规律初步确定：相应的分配轴转角为,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,52,夹紧机构运动循环各区段的时间及分配轴转角,根据工艺要求，夹紧机构工作停留时间应大于送压帽机构的慢速压帽运动时间。取夹紧机构在夹紧状态下的工作停留时间则相应的分配轴转角为根据运动规律初步确定：相应的分配轴转角为,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,53,送压帽机构的运动循环各区段的时间及分配轴转角,根据工艺要求，取送压帽机构的慢速压帽运动时间则相应的分配轴转角为 根据运动规律初步确定：相应的分配轴转角为,2018/4/
13、13,天津科技大学 机械工程学院,54,根据上述计算结果，绘制各执行机构运动循环图,各执行机构的运动循环图是按照机构自身的动作顺序绘制的。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,55,4）各执行机构运动循环的时间同步化设计,确定自动压帽机的最长工作循环时间Tpmax分析：根据工艺过程可知，送料机构将坯料送到压帽工位后（图上A3点），经过停留（Ts3），待开始回程运动时（图上B3点），夹紧机构必须完成加紧坯料的工作行程（图上A4点）； 而夹紧机构开始松开时（图上B4点），压帽机构必须完成压帽的快进与慢压工作行程（图上B5点）。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,56,续：
14、确定自动压帽机的最长工作循环时间Tpmax,如此，绘出自动压帽机的最长工作循环图如图所示。从图上看，是A4对B3；之后，B5对B4 由此，得到自动压帽机的最长工作循环时间Tpmax,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,57,Tpmax,分析最长工作循环,由图可知，凸轮分配轴转角为4050，这超过了分配轴转动一转的3600，显然是不合理的。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,58,确定自动压帽机的最短的工作循环时间Tpmin,根据工艺要求，这三个执行机构可以同时动作而不会发生干涉现象（无空间上的干涉）。分析：当送料机构将坯料送到加工位置（A3点）后，夹紧机构就可以在（A
15、4）将坯料夹紧；此时，压帽机构开始对坯料进行慢压操作（A5点）。 可见，这三个机构运动循环在时间上的联系点是由循环图中A3、A4和A5三点决定。使三个机构的循环图上的该三点重合，即是三个机构运动在时间上联系得极限情况。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,59,由此，得到自动机械最短的工作循环时间Tpmin，其循环图如图所示。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,60,t,Tpmin,各执行机构运动循环的时间同步化设计,即求出合理的自动机械运动循环。由于实际上的误差存在，A4点应滞后A3点时间量设为t3；A5点应滞后A4点时间量设为t4。其中，t3和t4应根据试验加以确
16、定。同步化之后的自动压帽机的工作循环图如图2-28所示：,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,61,自动压帽机的工作循环Tp：Tp=Tpmin+t3根据试验取则相应分配轴转角的错移量为：同理：得到自动压帽机的工作循环： 结果与生产纲领一致。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,62, 绘制自动压帽机的同步工作循环图,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,63,5）修正自动机械工作循环图,分析办法与步骤： 从已经绘出的循环图着手，对各机构的停歇时间进行分析。如本例中，机构、在0-450处于停歇状态；机构在3150-3600也处于停歇状态。则有修正的余地。,201
17、8/4/13,天津科技大学 机械工程学院,64,在上述工作循环图完成之后，还可以进一步进行分析，检查在不改变工艺操作时间的情况下，有无再提高理论生产率的可能性。即有无可能再缩短自动机械的工作循环时间。,修正办法： 把机构、在3150-3600内返回运动的部分放到0-450区间，而机构的停留时间减掉了3150-3600这一段。这样，原来的工艺操作时间并没有改变，改变的只是把停留时间减掉了450。,绘制修正截短后的工作循环图,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,65,c) 计算修正后的工作循环时间及理论生产率,由这样，分配轴的转速为由于分配轴每一转生产一件产品，则生产率为 （件/min
18、）,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,66,d) 绘制在转速下，按分配轴每一转3600生产一件产品要求绘制修正后的自动机械工作循环图：,即按比例放大公式 求出03600各机构在拐点的坐标。绘图得到最终修正后的自动机械工作循环图。,2018/4/13,天津科技大学 机械工程学院,67,以上就全部完成了时间同步化设计。,4.执行机构运动循环的空间同步化设计,当既有时间上的顺序关系，又有空间上的干涉关系时，就必须在时间同步化的基础之上，要进一步进行空间同步化设计。例：以自动冷镦机为例（教材P32），图2-18为自动冷镦机工作原理示意图。如图所示，镦锻工艺过程为：送料机构1把毛坯5送入模具3；送料机构1停留等待镦锻机构2运动使毛坯5插入模具3；当毛坯5插入模具3时，送料机构1返回，镦锻机构2继续工作完成镦锻。 可见，送料机构1和镦锻机构2之间的运动循环具有空间干涉的情况。,
