數(shù)控機床中JS01型工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)

    一、概述

    機械手是模仿人的手部動作，按給定程序?qū)崿F(xiàn)自動抓取、搬運和操作的自動裝置。機械手一般由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測裝置等組成。機械手驅(qū)動系統(tǒng)多采用電、液和氣聯(lián)合驅(qū)動。

    JS01型工業(yè)機械手是圓柱坐標(biāo)式、全液壓驅(qū)動機械手，具有手臂升降、伸縮、回轉(zhuǎn)和手腕回轉(zhuǎn)4個自由度。執(zhí)行機構(gòu)由手部伸縮、手腕伸縮、手臂升降、手臂回轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)定位等機構(gòu)組成，每一部分均由液壓缸驅(qū)動與控制。它完成的動作循環(huán)為：插銷定位→手臂前伸→手指張開→手指抓料→手臂上升→手臂縮回→手腕回轉(zhuǎn)180°拔定位銷°手臂回轉(zhuǎn)95°→插定位銷→手臂前伸→手臂中停（此時主機的夾頭下降夾料）→手指張開（此時主機夾頭夾著料上升）→手指閉合→手臂縮回→手臂下降→手腕回轉(zhuǎn)復(fù)位→拔定位銷→手臂回轉(zhuǎn)復(fù)位→待料（泵卸載）。

    二、JS01型工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)的工作原理

    JS01型工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)原理圖如圖8-5所示。各執(zhí)行機構(gòu)的動作均由電控系統(tǒng)控制相應(yīng)的電磁換向閥，按程序依次步進動作。

    1．插銷定位

    按下啟動按鈕，雙聯(lián)葉片泵1、2同時供油，電磁鐵1YA、2YA通電，油液經(jīng)溢流閥3、4回油箱，機械手處于待料卸荷狀態(tài)。

    當(dāng)棒料到達待上料位置，啟動程序動作。電磁鐵IYA通電，2YA斷電，使大流量泵1繼續(xù)卸荷，而小流量泵2停止卸荷，同時電磁鐵12YA通電。這時油路為：

    進油路：小流量泵2→單向閥6→減壓閥8→單向閥9→電磁換向閥25（右）→定位缸左腔

    注意定位缸沒有回油路，它是依靠彈簧復(fù)位的。此時，插銷定位以保證初始位置準(zhǔn)確。

    2．手臂前伸

    插銷定位后，此支路系統(tǒng)油壓上升，使壓力繼電器26發(fā)出信號，使電磁鐵5YA通電，而電磁鐵1YA斷電，這樣大流量泵1和小流量泵2經(jīng)相應(yīng)的單向閥匯流到電液換向閥14左位，進入手臂伸縮缸右腔。這時油路為：

  進油路：大流量泵1→單向閥5↘

電液換向閥14（左）→手臂伸縮缸右腔

小流量泵2一單向閥6、7↗

回油路：手臂伸縮缸左腔→單向調(diào)速閥15→電液換向閥14（左）→油箱

3．手指張開

手臂前伸到適當(dāng)位置，行程開關(guān)發(fā)出信號，電磁鐵1YA、9YA通電，大流量泵1卸荷，小流量泵2供油經(jīng)單向閥6到電磁換向閥20左位，進入手指夾緊缸右腔。這時油路為：

進油路：小流量泵2→單向閥6→電磁換向閥20（左）→手指夾緊缸右腔

回油路：手指夾緊缸左腔→液控單向閥21→電磁換向閥20（左）→油箱

4．手指抓料

手指張開后，時間繼電器延時。待棒料由送料機構(gòu)送到手指區(qū)域時，繼電器發(fā)出信號使電磁鐵9YA斷電，小流量泵2供油經(jīng)單向閥6、電磁換向閥20右位，進人手指夾緊缸左腔，使手指夾緊棒料。這時油路為：

進油路：小流量泵2→單向閥6→電磁換向閥20（右）→液控單向閥21-*手指夾緊缸左腔

回油路：手指夾緊缸右腔→電磁換向閥20（右）→油箱

5．手臂上升

當(dāng)手指抓料后，手臂上升。大流量泵1和小流量泵2同時供油到手臂升降缸。這時油路為：

進油路：大流量泵1→單向閥5↘

電液換向閥10（左）→單向調(diào)速閥II

→單向順序閥12→手臂升降缸下腔

小流量泵2→單向閥6、7↗

回油路：手臂升降缸上腔一單向調(diào)速閥13一電液換向閥10（左）一油箱

6．手臂縮回

手臂上升到預(yù)定位置，碰行程開關(guān)，電磁鐵3YA斷電，電液換向閥10復(fù)位，6YA通電，大流量泵1和小流量泵2同時供油經(jīng)電液換向閥14右位、單向調(diào)速閥15，進入手臂伸縮缸左腔。這時油路為：

進油路：大流量泵1→單向閥5↘

電液換向閥14（右）→單向調(diào)速閥15→手臂伸縮缸左腔

小流量泵2→單向閥6、7↗

回油路：手臂伸縮缸右腔→電液換向閥14（右）→油箱

7．手腕回轉(zhuǎn)

當(dāng)手臂的擋塊碰到行程開關(guān)時，電磁鐵6YA斷電，電液換向閥14復(fù)位，電磁鐵1YA、lOYA通電。此時，小流量泵2單獨供油經(jīng)電液換向閥22左位，再經(jīng)過單向調(diào)速閥24進入手腕回轉(zhuǎn)缸，使手腕回轉(zhuǎn)180°。

8．拔定位銷

當(dāng)手腕的擋塊碰到行程開關(guān)時，電磁鐵IOYA、12YA斷電，電液換向閥22、電磁換向閥25復(fù)位，定位缸油液經(jīng)電磁換向閥25左端回油箱，彈簧作用拔定位銷。

9．手臂回轉(zhuǎn)

定位缸支路無油壓后，壓力繼電器26發(fā)出信號，接通電磁鐵7YA。這時油路為小流量泵2→單向閥6→電液換向閥16（左）→單向調(diào)速閥18→手臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂回轉(zhuǎn)95°

10．插定位銷

當(dāng)手臂回轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)時，電磁鐵7YA斷電，電磁鐵12YA又重新通電，插定位銷動作順序與“1．插銷定位”相同。

11．手臂前伸

此時的動作順序與“2．手臂前伸”相同。

12.手臂中停（此時主機的夾頭下降夾料）

當(dāng)手臂前伸碰到行程開關(guān)時，電磁鐵5YA斷電，伸縮缸停止動作，確保手臂將棒料放到準(zhǔn)確位置處，“手臂中停”等待主機夾頭夾緊棒料，夾頭夾緊棒料后，時間繼電器發(fā)出信號。

13．手指張開

接到繼電器信號后，電磁鐵IYA、9YA通電，手指張開動作順序與“3．手指張開”相同。并啟動時間繼電器延時，主機夾頭移走棒料后，繼電器發(fā)出信號。

14．手指閉合

接到繼電器信號，電磁鐵9YA斷電，手指閉合動作順序與“4．手指抓料”相同。

15．手臂縮回

當(dāng)手指閉合后，電磁鐵1YA斷電，使大流量泵1和小流量泵2同時供油，同時電磁鐵6YA通電，其動作順序與“6．手臂縮回”相同。

16．手臂下降

手臂縮回碰到行程開關(guān)時，電磁鐵6YA、4YA通電。此時電液換向閥10右端動作，壓力油經(jīng)電液換向閥10和單向調(diào)速閥13進入升降缸上腔。這時油路為：

進油路：大流量泵1→單向閥5↘

電液換向閥10（右）→單向調(diào)速閥13→手臂升降缸上腔

小流量泵2→單向閥6、7↗

回油路：手臂升降缸下腔→單向順序閥12→單向調(diào)速閥11→電液換向閥10（右）→油箱

17．手腕反轉(zhuǎn)

當(dāng)升降導(dǎo)套上的擋塊碰到行程開關(guān)時，電磁鐵4YA斷電，電磁鐵IYA、11YA通電。小流量泵2單獨供油經(jīng)電液換向閥22右位，再經(jīng)過單向調(diào)速閥23進入手腕回轉(zhuǎn)缸的另一腔，使手腕反轉(zhuǎn)180°。

18.拔定位銷

手腕反轉(zhuǎn)碰到行程開關(guān)后，電磁鐵1IYA、12YA斷電，動作順序與“8．拔定位銷”相同。

19.手臂反轉(zhuǎn)

拔定位銷后，壓力繼電器發(fā)出信號，接通電磁鐵8YA。這時油路為：

小流量泵2→單向閥6→電液換向閥16（右）→單向調(diào)速閥17→手臂回轉(zhuǎn)缸，使手臂反轉(zhuǎn)95°，機械手復(fù)位

20.待料卸載

手臂反轉(zhuǎn)到位后，啟動行程開關(guān)，電磁鐵8YA斷電，2YA通電。此時兩泵同時卸荷。機械手的動作循環(huán)結(jié)束，等待下一個循環(huán)。

下表列出了電磁鐵和繼電器的動作順序。

電磁鐵和繼電器的動作順序

 

三、JSOI型工業(yè)機械手液壓系統(tǒng)的主要特點

①系統(tǒng)采用了雙泵供油，額定壓力為6.3MPa，手臂升降與伸縮時由兩個泵同時供油，手臂及手腕回轉(zhuǎn)、手指松緊和定位缸工作時，只有小流量泵2供油，大流量泵1自動卸載。由于定位缸和控制油路所需壓力較低，在定位缸支路上串聯(lián)減壓閥8，使之獲得穩(wěn)定的壓力。

②手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅(qū)動，手臂伸出和升降速度分別由單向調(diào)速閥15、13和11實現(xiàn)回油節(jié)流調(diào)速；手臂及手腕的回轉(zhuǎn)由擺動液壓缸驅(qū)動，其正反運動速度亦采用17和18、23和24單向回油節(jié)流調(diào)速。

③執(zhí)行機構(gòu)的定位和緩沖是機械手工作平穩(wěn)可靠的關(guān)鍵。該機械手手臂伸出、手腕回轉(zhuǎn)由死擋鐵定位保證精度，端點到達前發(fā)出信號切斷油路，滑行緩沖，手臂縮回和上升由行程開關(guān)適時發(fā)出信號，提前切斷滑行緩沖并定位。此外，手臂伸縮缸和升降缸采用了電液換向閥換向，調(diào)節(jié)換向時間，也增加緩沖效果。由于手臂的回轉(zhuǎn)部分質(zhì)量較大，轉(zhuǎn)速較高，運動慣性矩較大，系統(tǒng)的手臂回轉(zhuǎn)缸除采用單向調(diào)速閥回油節(jié)流調(diào)速外，還在回油路安裝了行程節(jié)流閥19進行減速緩沖，最后由定位缸插銷定位，滿足定位精度要求。

④手指夾緊工件后不受系統(tǒng)壓力波動的影響，牢固地夾緊工件，采用了液控單向閥21的鎖緊回路。

⑤手臂升降為立式液壓缸，為支承平衡手臂運動部件的自重，采用了單向順序閥12的平衡回路。