其中一个重要设计阶段就是机械方案可行性分析和电气方案可行性分析,而方案可行性分析时有一项重要工作就是分析运动部件动作时序(动作逻辑顺序)的合理性,确认设计方案能否满足以下要求:
①单个机构动作周期<=设计速度周期;
②机构间联动配合动作周期<=设计速度周期;

③满足设计速度的前提下,机构动作速度合理,能稳定实现工艺动作。
时序分析对设备设计阶段的方案分析起着举足轻重的作用,不管是机械工程师或是电气工程师若能掌握时序分析方法,就能降低设计方案的错误率,缩短设备交付周期,大大提升设备交付质量。
2. 时序分析步骤时序分析主要划分为以下步骤:一定、二分、三画、四析。
①定——明确设计速度,确定动作周期
根据设备生产速度要求,计算生产节拍周期,t[ms/pcs]=60000[ms]/设计速度[pcs/min],每个运动部件的动作时间都以此周期时间为参考进行分配。
②分——拆分设备动作,分配动作时间
将设备按照工艺流程顺序,拆解为若干运动部件,每个部件包括至少一个运动单元(如电机、气缸、真空阀等),然后初次分配各运动单元的动作时间(初次分配时间时可参考过往经验或多方探讨确定一个时间范围)。
③画——根据动作顺序,画出时序图形
根据分配的动作时间,画出描述各运动单元动作关系的时序图,通过时序图可看出各运动单元的动作逻辑顺序和配合关系,为后面动作合理性分析提供可视化模型。
④析——分析关联动作,优化动作时序
根据动作时间和时序图,结合各动作形式的特点,分析关联动作的配合是否可行,分析单个部件动作时间是否合理,动作是否合理通常有以下几个判断依据:
1)运动速度,通过行程和时间(往复运动包括加减速时间)的关系,计算运动速度,结合工艺的稳定性判断动作速度是否得当,是否会影响工艺实现的稳定性;
2)加减速时间,当动作时间一定时,加减速时间与运动速度就成反比关系,即延长加减速时间,动作启停缓慢,最高速度变大,缩短加减速时间,动作启停急促,最高速度降低,需根据工艺特点合理分配加减速时间。
3)停留时间,根据工艺特点,在完成某个特定动作时,是否有充分的时间保证动作顺利完成,例如通过真空吸盘吸取某个工件时,停留时间是否足够建立真空度;
4)重叠区域动作无干涉,如果动作A与动作B运动区域有重叠,通过时序图分析两者之间配合关系,是否会造成动作干涉,机械冲突。
根据时序分析结果,重新调整动作时间分配,不断重复以上②到④的步骤,得出最优方案和可行性分析结论。
3. 时序图设计方法时序分析过程中将各运动单元的运动关系绘制成时序图不仅能直观展现运动单元之间的动作逻辑关系,还能在图形上修改动作关系,使时序分析的工作具象化、简单化。
通常可以通过CAD绘图工具绘制时序图,时序图设计方法如下所示:
1、运动单元名称
运动单元按照工艺流程顺序,从上到下同一列罗列在最左边,一行代表一个运动单元。
2、运动单元波形或曲线
每一行的右边绘制表明运动单元动作的波形或曲线。
3、运动单元逻辑关系
①时间分配,时序图中标注一周期内各动作的时间分配。
②运动单元对应关系,从上到下,用虚线标明运动单元之间的对应关系,例如运动单元一执行到某个位置或某个时间点触发运动单元二动作,运动单元二执行到某个位置或某个时间点触发运动单元三动作,以此类推绘制完整的动作逻辑关系。
③运动部件之间配合关系,标注不同运动部件之间动作配合时间,通过时间分析运动部件之间配合是否得当,是否干涉等。
下面举例说明时序分析和时序图设计方法,举取袋和吸袋机构为例,机械结构如下图所示
取袋机构有两个执行元件(取袋伺服和取袋真空阀),吸袋机构也有两个执行元件(吸袋伺服和吸袋真空阀)。大体工艺流程为:取袋伺服下降到袋仓放袋工位上取袋——取袋吸住袋子后上升——上升到位后吸袋真空打开,取袋真空关闭,把袋子交接给吸袋伺服——吸袋伺服吸住袋子后将袋子送到输送带上——吸袋送完回到起始位置等待再次吸袋。取袋不断重复升降的往复动作,吸袋不断重复横移的往复动作,同时取袋每次下降时还需要判断本次下降的高度,弥补袋仓中袋子减少产生的高度差,保证每次取袋都能吸到袋子。
①定——明确设计速度,确定动作周期
假定设备设计速度为60pcs/min,生产节拍周期t[ms/pcs]=60000[ms]/60[pcs/min]=1000[ms/pcs]。
②分——拆分设备动作,分配动作时间
序号
取袋动作拆分
动作时间[ms]
1
取袋伺服下降
200
2
取袋到位吸真空停留
200
3
取袋上升
300
4
取袋上升位等待破真空停留
100+其它动作完成后的剩余时间
序号
吸袋动作拆分
动作时间[ms]
1
吸袋吸真空时间
100+其它动作完成后的剩余时间
2
吸袋伺服前进
300
3
吸袋到位放袋破真空停留
100
4
吸袋伺服返回
200
③画——根据动作顺序,画出时序图形
④析——分析关联动作,优化动作时序
例如上图《③配合关系200》表示吸袋伺服前进200ms后,取袋伺服开始下降,通过这个数据可以分析取袋伺服和吸袋伺服配合关系是否得当,即这个时间必须保证吸袋伺服已经将袋子往前送脱离取袋吸头区域,这样取袋伺服下降时才不会打到袋子的尾部,如果200ms的时间还不够让袋子脱离取袋吸头,那么就需要重新分配时间,可以缩短取袋伺服返回时间,缩短取袋破真空时间,让吸袋伺服提前动作,这样可以预留更多的时间让袋子送出脱离取袋吸头区域。
总之时序图可以提供很多的信息帮助设计人员分析动作逻辑,寻找最有方案。做为设计人员应加强时序分析能力的训练,灵活应用。