數控機床中JS01型工業機械手液壓系統
一、概述
機械手是模仿人的手部動作,按給定程序實現自動抓取、搬運和操作的自動裝置。機械手一般由執行機構、驅動系統、控制系統及檢測裝置等組成。機械手驅動系統多采用電、液和氣聯合驅動。
JS01型工業機械手是圓柱坐標式、全液壓驅動機械手,具有手臂升降、伸縮、回轉和手腕回轉4個自由度。執行機構由手部伸縮、手腕伸縮、手臂升降、手臂回轉和回轉定位等機構組成,每一部分均由液壓缸驅動與控制。它完成的動作循環為: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180°拔定位銷°手臂回轉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→手腕回轉復位→拔定位銷→手臂回轉復位→待料(泵卸載)。
二、JS01型工業機械手液壓系統的工作原理
JS01型工業機械手液壓系統原理圖如圖8-5所示。各執行機構的動作均由電控系統控制相應的電磁換向閥,按程序依次步進動作。
1.插銷定位
按下啟動按鈕,雙聯葉片泵1、2同時供油,電磁鐵1YA、2YA通電,油液經溢流閥3、4回油箱,機械手處于待料卸荷狀態。
當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,它是依靠彈簧復位的。此時,插銷定位以保證初始位置準確。
2.手臂前伸
插銷定位后,此支路系統油壓上升,使壓力繼電器26發出信號,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經相應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→單向調速閥15→電液換向閥14(左)→油箱
3.手指張開
手臂前伸到適當位置,行程開關發出信號,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。待棒料由送料機構送到手指區域時,繼電器發出信號使電磁鐵9YA斷電,小流量泵2供油經單向閥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
手臂上升到預定位置,碰行程開關,電磁鐵3YA斷電,電液換向閥10復位,6YA通電,大流量泵1和小流量泵2同時供油經電液換向閥14右位、單向調速閥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
當手臂的擋塊碰到行程開關時,電磁鐵6YA斷電,電液換向閥14復位,電磁鐵1YA、lOYA通電。此時,小流量泵2單獨供油經電液換向閥22左位,再經過單向調速閥24進入手腕回轉缸,使手腕回轉180°。
8.拔定位銷
當手腕的擋塊碰到行程開關時,電磁鐵IOYA、12YA斷電,電液換向閥22、電磁換向閥25復位,定位缸油液經電磁換向閥25左端回油箱,彈簧作用拔定位銷。
9.手臂回轉
定位缸支路無油壓后,壓力繼電器26發出信號,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)→單向調速閥18→手臂回轉缸,使手臂回轉95°
10.插定位銷
當手臂回轉碰到行程開關時,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)
當手臂前伸碰到行程開關時,電磁鐵5YA斷電,伸縮缸停止動作,確保手臂將棒料放到準確位置處,“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時,電磁鐵6YA、4YA通電。此時電液換向閥10右端動作,壓力油經電液換向閥10和單向調速閥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→單向調速閥11→電液換向閥10(右)→油箱
17.手腕反轉
當升降導套上的擋塊碰到行程開關時,電磁鐵4YA斷電,電磁鐵IYA、11YA通電。小流量泵2單獨供油經電液換向閥22右位,再經過單向調速閥23進入手腕回轉缸的另一腔,使手腕反轉180°。
18.拔定位銷
手腕反轉碰到行程開關后,電磁鐵1IYA、12YA斷電,動作順序與“8.拔定位銷”相同。
19.手臂反轉
拔定位銷后,壓力繼電器發出信號,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)→單向調速閥17→手臂回轉缸,使手臂反轉95°,機械手復位
20.待料卸載
手臂反轉到位后,啟動行程開關,電磁鐵8YA斷電,2YA通電。此時兩泵同時卸荷。機械手的動作循環結束,等待下一個循環。
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
動作順序 |
1YA |
2YA |
3YA |
4YA |
5YA |
6YA |
7YA |
8YA |
9YA |
10YA |
11YA |
12YA |
K26 |
插銷定位 |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
± |
手臂前伸 |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
手指張開 |
+ |
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- |
+ |
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+ |
+ |
手指抓料 |
+ |
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- |
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- |
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- |
+ |
+ |
手臂上升 |
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+ |
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- |
- |
- |
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+ |
+ |
手臂縮回 |
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- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
手腕回轉 |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
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撥定位銷 |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
手臂回轉 |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
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插定位銷 |
+ |
- |
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- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
± |
手臂前伸 |
- |
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- |
+ |
- |
- |
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- |
- |
- |
+ |
+ |
手臂中停 |
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- |
- |
- |
+ |
+ |
手指張開 |
+ |
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- |
- |
- |
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- |
- |
+ |
- |
- |
+ |
+ |
手指閉合 |
+ |
- |
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- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
手臂縮回 |
- |
- |
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- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
手臂下降 |
- |
- |
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+ |
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- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
手腕反轉 |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
撥定位銷 |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
手臂反轉 |
+ |
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- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
待料卸載 |
+ |
+ |
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- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
三、JSOI型工業機械手液壓系統的主要特點
①系統采用了雙泵供油,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、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減壓閥8,使之獲得穩定的壓力。
②手臂的伸縮和升降采用單桿雙作用液壓缸驅動,手臂伸出和升降速度分別由單向調速閥15、13和11實現回油節流調速;手臂及手腕的回轉由擺動液壓缸驅動,其正反運動速度亦采用17和18、23和24單向回油節流調速。
③執行機構的定位和緩沖是機械手工作平穩可靠的關鍵。該機械手手臂伸出、手腕回轉由死擋鐵定位保證精度,端點到達前發出信號切斷油路,滑行緩沖,手臂縮回和上升由行程開關適時發出信號,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,調節換向時間,也增加緩沖效果。由于手臂的回轉部分質量較大,轉速較高,運動慣性矩較大,系統的手臂回轉缸除采用單向調速閥回油節流調速外,還在回油路安裝了行程節流閥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。