机械手液压系统课程设计

1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2目录一、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）十、附图：系统电气原理图3一、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。4三、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。定位缸手腕回转缸手指夹紧缸手臂回转缸手臂伸缩缸手臂升降缸图1JS01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。5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1JS01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1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12YK26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+++6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1SQ,2SQ3SQ,4SQ5SQ,6SQ,7SQ,8SQ,9SQ,10SQ,11SQ,12SQ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Y、12Y）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Y、12Y）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Y、9Y、12Y）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207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Y、12Y）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Y、12Y）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Y、12Y）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Y、10Y、12Y）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180。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Y）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Y、7Y）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95。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810、插定位销（1Y、12Y）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Y、12Y）此时的动作顺序同7。12、手臂中停（12Y）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Y、9Y、12Y）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Y、12Y）接继电器信号，9Y断电，手指闭合同4。15、手臂缩回（6Y、12Y）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Y、12Y）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Y、11Y、12Y）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180。进油路：泵2→阀6→阀22（右）→单向调速阀23→手腕回转缸回油路：手腕回转缸→单向调速阀24→阀22（右）→油箱18、拔定位销（1Y）手腕反转碰到行程开关后，11Y、12Y断电。动作顺序同8。19、手臂反转（1Y、8Y）拔定位销，压力继电器发信号，8Y接通。换向阀16右端动作，压力油进入手臂回转缸的另一腔，手臂反转95，机械手复位。进油路：泵2→阀6→换向阀16（右）→单向调速阀17→手臂回转缸回油路：手臂回转缸→单向调速阀18→换向阀16（右）→行程节流阀19→油箱920、待料卸载（1Y、2Y）手臂反转到位后，启动行程开关，8Y断电，2Y接通。此时，两油泵同时卸荷。机械手动作循环结束，等待下一个循环。机械手的动作也可由微机程序控制，与相关主机联为一体，其动作顺序相同。根据对机械手的顺序动作要求，可以画出机械手工艺流程图图2机械手工艺流程图五、机械手液压系统电气控制的总体设计1、电气控制线路设计1)主电路的设计主电路主要是把行程开关信号变成标准信号，电路中的应设有过载和短路等保护功能，如采用热继电器和熔断器，用于工作过程中电动机发生过载或电路短路时，及时断开主电路，保护电动机和各电气元件。电路中还应设有电流表、电压表及指示灯，电压表和电流表用于观察主电路电流电压是否处于正常值，指示灯用来指示电动机处于何种工作状态：停止或是工作，还可起到报警作用。主电路的电气原理图如下：10图3主电路的电气原理图2)控制电路的设计控制电路的电气原理图如下：1112六、机械手液压系统PLC的设计PLC状态转移图13步进梯形图：141516PLC接线图：图4PLC外部端子接线图17PLC程序代码:LDM8002SETS0STLS0SETS20STLS20LDIY3LDIY4LDIY5LDIY6LDIY111LDIY1000OUTY1STLS21LDIY121LDIY122OUTY12LDX1SETS22STLS2