机械手液压系统课程设计.docx
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机械手液压系统课程设计
本科生课程设计书
学院、系：
机电教学部
专业：
机械设计制造及自动化
学生姓名：
欧光宇
班级：
机设1402
学号1412110211
指导教师姓名：
吴吉平
最终评定成绩：
2010-11-21年7月17日
一、引言……………………………………………………
（1）
二、设计要求………………………………………………
（1）
三、设计的基本原理………………………………………
（2）
四、机械手的动作流程……………………………………（4）
五、机械手液压系统电器控制的总体设计………………（7）
六、机械手液压系统PLC的设计………………………（10）
七、机械手电气元件的选择……………………………（16）
1、电动机的选择
2、三相隔离开关的选择
3、熔断器的选择
4、热继电器的选择
5、接触器的选择
八、小结…………………………………………………（18）
九、参考文献……………………………………………（18）
一十、附图：
系统电气原理图
一、引言
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。
机械手通过模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
而可编程控制器（ＰＬＣ）由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改，易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧，安装调试方便，在工业控制中有着广泛的应用。
所以可以应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，达到简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。
根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机的特点，应用ＰＬＣ移位寄存ＳＦＴ指令可以很方便、灵活地对机械手进行控制。
图1是机械手搬运物品示意图。
图1机械手搬物示意图
二、设计要求
机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置三大部分组成，智能机械手还具有感觉系统和智能系统。
驱动系统多数采用电液（气）机联合传动。
JS01工业机械手属于圆柱坐标式、全液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转和手腕回转四个自由度。
执行机构相应由手部、手腕、手臂伸缩机构、手臂升降机构、手臂回转机构和回转定位装置等组成，每一部分均由液压缸驱动与控制。
它完成的动作循环为：
插定位销→手臂前伸→手指张开→手指夹紧抓料→手臂上升→手臂缩回→手腕回转180o→拔定位销→手臂回转95o→插定位销→手臂前伸→手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）→手指松开（此时主机夹头夹着料上升）→手指闭合→手臂缩回→手臂下降→手腕回转复位→拔定位销→手臂回转复位→待料，泵卸载。
三、JS01工业机械手液压系统工作原理及特点
JS01工业机械手液压系统图如图1所示。
各执行机构的动作均由电控系统发信号控制相应的电磁换各阀，按程序依次步进动作。
电磁铁动作顺序见表1。
图1 JS01工业机械手液压系统
该液压系统的特点归纳如下：
1）系统采用了双联泵供油，额定压力为6.3MPa，手臂升降及伸缩时由两个泵同时供油，流量为（35+18）L/min，手臂及手腕回转，手指松紧及定位缸工作时，只由小流量泵2供油，大流量泵1自动卸载。
由于定位缸和控制油路所需压力较低，在定位缸去路上串联有减压阀8，使之获得稳定的1.5～1.8MPa压力。
2）手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂的伸出和升降速度分别由单向调整阀15、13和11实现回油节流调速；手臂及手腕的回转由摆动液压缸驱动，其正反向运动亦采用单向调速阀17和18、23和24回油节流调速。
3）执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。
从提高生产率来说，希望机械手正常工作速度越快越好，但工作速度越高，启动和停止时的惯性力就越大，振动和冲击就越大，这不仅会影响到机械手的定位精度，严重时还会损伤机件。
因此为达到机械手的定位精度和运动平稳性的要求，一般在定位前要采取缓冲措施。
该机械手手臂伸出、手腕回转由死挡铁定位保证精度，端点到达前发信号切断油路，滑行缓冲；手臂缩回和手臂上升由行程开关适时发信号，提前切断油路滑行缓冲并定位。
此外，手臂伸缩缸和升降缸采用了电液换向阀换向，调节换向时间，亦增加缓冲效果。
由于手臂的回转部分质量圈套，转速较高，运动惯性矩圈套，系统的手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还在回油路上安装有行程和节流阀19进行减速缓冲，最后由定位缸插销定位，满足定位精度要求。
4）为使手指夹紧缸夹紧工件后不受系统压力波动的影响，保证牢固地夹紧工件，采用了液控单向阀21的锁紧回路。
5）手臂升降缸为立式液压缸，为支承平衡手臂运动部件的自重，采用了单向顺序阀12的平衡回路。
表1 JS01工业机械手液压系统电磁铁、压力继电器动作顺序表
动作顺序
1Y
2Y
3Y
4Y
5Y
6Y
7Y
8Y
9Y
10Y
11Y
12Y
K26
插销定位
+
+
-
+
手臂前伸
+
+
+
手指张开
+
+
+
+
手指抓料
+
+
+
手臂上升
+
+
+
手臂缩回
+
+
+
手腕回转
+
+
+
+
拔定位销
+
手臂回转
+
+
插定位销
+
+
-
+
手臂前伸
+
+
+
手臂中停
+
+
手指张开
+
+
+
+
手指闭合
+
+
+
手臂缩回
+
+
+
手臂下降
+
+
+
手腕反转
+
+
+
+
拔定位销
+
手臂反转
+
+
待料卸载
+
+
四、机械手的动作流程
机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。
为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关
对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由液压驱动，并分别由六个电磁阀来控制,
机械手顺序动作的要求是：
1、插定位销（1
、12
）
按下油泵起动按钮后，双联叶片泵1、2同时供油，电磁铁1Y、2Y带电，油液经溢流阀3和4至油箱，机械手处于待料卸荷状态。
当棒料到达待上料位置，启动程序动作。
电磁铁1Y带电，2Y不带电，使泵1继续卸荷，而泵2停止卸荷，同时12Y通电。
进油路：
泵2→阀6→减压阀8→阀9→阀25（右）→定位缸左腔。
此时，插定位销以保证初始位置准确。
定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。
2、手臂前伸（5
、12
）
插定位销后，此支路系统油压升高，使继电器K26发讯，接通电磁铁5Y，泵1和泵2经相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸油腔。
进油路：
泵1→单向阀5→阀14（左）→手臂伸缩缸右腔泵2→阀6→阀7→↑
回油路：
手臂伸缩缸左腔→单向调速阀15→阀14（左）→油箱
3、手指张开（1
、9
、12
）
手臂前伸至适当位置，行程开关发讯，电磁铁1Y、9Y带电，泵1卸载，泵2供油，经单向阀6电磁阀20左位，进入手指夹紧缸右腔。
回油路从左腔通过液控单向阀21及阀20左位进入油箱。
进油路：
泵2→阀6→电磁阀20（左）→手指夹紧缸右腔
回油路：
手指夹紧缸左腔→阀21→电磁阀20（左）→油箱
4、手指抓料（1
、12
）
手指张开后，时间继电器延时。
待棒料由送料机构送到手指区域时，继电起器发讯使9Y断电，泵2的压力油通过阀20的右位进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。
进油路：
泵2→阀6→阀20（右）→阀21→手指夹紧缸左腔
回油路：
手指夹紧缸右腔→阀20（右）→油箱
5、手臂上升（3
、12
）
当手指抓料后，手臂上升。
此时，泵1和泵2同时供油到升降缸。
主油路为：
进油路：
泵1→单向阀5→阀10（左）→阀11→阀12→手臂升降缸下腔
泵2→阀6→阀7→↑
回油路：
手臂升降缸上腔→阀13→阀10（左）→油箱
6、手臂缩回（6
、12
）
手臂上升至预定位置，碰行程开关，3Y断电，电液换向阀10复位，6Y带电。
泵1和泵2一起供油至电液换向阀14右端，压力油通过单向调速阀15进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀14右端回油箱。
进油路：
泵1→阀5→阀14（右）→阀15→手臂伸缩缸左腔
泵2→阀6→阀7→↑
回油路：
手臂伸缩缸右腔→阀14（右）→油箱
7、手腕回转（1
、10
、12
）
当手臂上的碰块碰到行程开关时，6Y断电，阀14复位，1Y、10Y通电。
此时，泵2单独供油至阀22左端，通过阀24进入手腕回转油缸，使手腕回转
。
进油路：
泵2→阀6→阀22（左）→阀24→手腕回转缸
回油路：
手腕回转缸→阀23→阀22（左）→油箱
8、拔定位销（1
）
当手腕上的碰块碰到行程开关时，10Y、12Y断电，阀22、25复位，定位缸油液经阀25左端回油箱，弹簧作用拔定位销。
回油路：
定位缸左腔→阀25（左）→油箱
定位缸没有进油路，它是在弹簧作用下前进的。
9、手臂回转（1
、7
）
定位缸支路无油压后，压力继电器K26发讯，接通7Y。
泵2的压力油进入阀6经换向阀16左端通过单向调速阀18最后进入手臂回转缸，使手臂回转
。
进油路：
泵2→阀6→换向阀16（左）→单向调速阀18→手臂回转缸
回油路：
手臂回转缸→单向调速阀17→换向阀16（左）→行程节流阀19→油箱
10、插定位销（1
、12
）
当手臂回转碰到行程开关时，7Y断电，12Y重又通电，插定位销同1。
11、手臂前伸（5
、12
）
此时的动作顺序同7。
12、手臂中停（12
）
当手臂前伸碰到行程开关后，5Y断电，伸缩缸停止动作，确保手臂将棒料送到准确位置处，“手臂中停”等主机夹头夹紧棒料，夹头夹紧棒料后，时间继电器发讯。
13、手指张开（1
、9
、12
）
接到继电器信号后，1Y、9Y通电，手指张开同3。
并启动时间继电器延时，主机夹头移走棒料后，继电器发讯。
14、手指闭合（1
、12
）
接继电器信号，9Y断电，手指闭合同4。
15、手臂缩回（6
、12
）
当手指闭喝后，1Y断电，使泵1和泵2一起供油，同时6Y通电，其动作顺序同6。
16、手臂下降（4
、12
）
手臂缩回碰到行程开关，6Y断电，4Y通电。
此时，电液换向阀10右端动作，压力油经阀10和单向调速阀13进入升降缸上腔。
进油路：
泵1→单向阀5→阀10（右）→阀13→手臂升降缸上腔
泵2→阀6→阀7→↑
回油路：
手臂升降缸下腔→阀12→阀11→阀10（右）→油箱
17、手腕反转（1
、11
、12
）
当升降导套上的碰铁碰到行程开关时，4Y断电，1Y、11Y通电。
泵2供油至阀22右端，压力油通过单向调速阀23进入手腕回转缸的另一腔，并使手腕反转
。
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