数控机床中JS01型工业机械手液压系统

    一、概述

    机械手是模仿人的手部动作，按给定程序实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。机械手一般由执行机构、驱动系统、控制系统及检测装置等组成。机械手驱动系统多采用电、液和气联合驱动。

    JS01型工业机械手是圆柱坐标式、全液压驱动机械手，具有手臂升降、伸缩、回转和手腕回转4个自由度。执行机构由手部伸缩、手腕伸缩、手臂升降、手臂回转和回转定位等机构组成，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180°拔定位销°手臂回转95°→插定位销→手臂前伸→手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）→手指张开（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）。

    二、JS01型工业机械手液压系统的工作原理

    JS01型工业机械手液压系统原理图如图8-5所示。各执行机构的动作均由电控系统控制相应的电磁换向阀，按程序依次步进动作。

    1．插销定位

    按下启动按钮，双联叶片泵1、2同时供油，电磁铁1YA、2YA通电，油液经溢流阀3、4回油箱，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IYA通电，2YA断电，使大流量泵1继续卸荷，而小流量泵2停止卸荷，同时电磁铁12YA通电。这时油路为：

    进油路：小流量泵2→单向阀6→减压阀8→单向阀9→电磁换向阀25（右）→定位缸左腔

    注意定位缸没有回油路，它是依靠弹簧复位的。此时，插销定位以保证初始位置准确。

    2．手臂前伸

    插销定位后，此支路系统油压上升，使压力继电器26发出信号，使电磁铁5YA通电，而电磁铁1YA断电，这样大流量泵1和小流量泵2经相应的单向阀汇流到电液换向阀14左位，进入手臂伸缩缸右腔。这时油路为：

  进油路：大流量泵1→单向阀5↘

电液换向阀14（左）→手臂伸缩缸右腔

小流量泵2一单向阀6、7↗

回油路：手臂伸缩缸左腔→单向调速阀15→电液换向阀14（左）→油箱

3．手指张开

手臂前伸到适当位置，行程开关发出信号，电磁铁1YA、9YA通电，大流量泵1卸荷，小流量泵2供油经单向阀6到电磁换向阀20左位，进入手指夹紧缸右腔。这时油路为：

进油路：小流量泵2→单向阀6→电磁换向阀20（左）→手指夹紧缸右腔

回油路：手指夹紧缸左腔→液控单向阀21→电磁换向阀20（左）→油箱

4．手指抓料

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，继电器发出信号使电磁铁9YA断电，小流量泵2供油经单向阀6、电磁换向阀20右位，进人手指夹紧缸左腔，使手指夹紧棒料。这时油路为：

进油路：小流量泵2→单向阀6→电磁换向阀20（右）→液控单向阀21-*手指夹紧缸左腔

回油路：手指夹紧缸右腔→电磁换向阀20（右）→油箱

5．手臂上升

当手指抓料后，手臂上升。大流量泵1和小流量泵2同时供油到手臂升降缸。这时油路为：

进油路：大流量泵1→单向阀5↘

电液换向阀10（左）→单向调速阀II

→单向顺序阀12→手臂升降缸下腔

小流量泵2→单向阀6、7↗

回油路：手臂升降缸上腔一单向调速阀13一电液换向阀10（左）一油箱

6．手臂缩回

手臂上升到预定位置，碰行程开关，电磁铁3YA断电，电液换向阀10复位，6YA通电，大流量泵1和小流量泵2同时供油经电液换向阀14右位、单向调速阀15，进入手臂伸缩缸左腔。这时油路为：

进油路：大流量泵1→单向阀5↘

电液换向阀14（右）→单向调速阀15→手臂伸缩缸左腔

小流量泵2→单向阀6、7↗

回油路：手臂伸缩缸右腔→电液换向阀14（右）→油箱

7．手腕回转

当手臂的挡块碰到行程开关时，电磁铁6YA断电，电液换向阀14复位，电磁铁1YA、lOYA通电。此时，小流量泵2单独供油经电液换向阀22左位，再经过单向调速阀24进入手腕回转缸，使手腕回转180°。

8．拔定位销

当手腕的挡块碰到行程开关时，电磁铁IOYA、12YA断电，电液换向阀22、电磁换向阀25复位，定位缸油液经电磁换向阀25左端回油箱，弹簧作用拔定位销。

9．手臂回转

定位缸支路无油压后，压力继电器26发出信号，接通电磁铁7YA。这时油路为小流量泵2→单向阀6→电液换向阀16（左）→单向调速阀18→手臂回转缸，使手臂回转95°

10．插定位销

当手臂回转碰到行程开关时，电磁铁7YA断电，电磁铁12YA又重新通电，插定位销动作顺序与“1．插销定位”相同。

11．手臂前伸

此时的动作顺序与“2．手臂前伸”相同。

12.手臂中停（此时主机的夹头下降夹料）

当手臂前伸碰到行程开关时，电磁铁5YA断电，伸缩缸停止动作，确保手臂将棒料放到准确位置处，“手臂中停”等待主机夹头夹紧棒料，夹头夹紧棒料后，时间继电器发出信号。

13．手指张开

接到继电器信号后，电磁铁IYA、9YA通电，手指张开动作顺序与“3．手指张开”相同。并启动时间继电器延时，主机夹头移走棒料后，继电器发出信号。

14．手指闭合

接到继电器信号，电磁铁9YA断电，手指闭合动作顺序与“4．手指抓料”相同。

15．手臂缩回

当手指闭合后，电磁铁1YA断电，使大流量泵1和小流量泵2同时供油，同时电磁铁6YA通电，其动作顺序与“6．手臂缩回”相同。

16．手臂下降

手臂缩回碰到行程开关时，电磁铁6YA、4YA通电。此时电液换向阀10右端动作，压力油经电液换向阀10和单向调速阀13进入升降缸上腔。这时油路为：

进油路：大流量泵1→单向阀5↘

电液换向阀10（右）→单向调速阀13→手臂升降缸上腔

小流量泵2→单向阀6、7↗

回油路：手臂升降缸下腔→单向顺序阀12→单向调速阀11→电液换向阀10（右）→油箱

17．手腕反转

当升降导套上的挡块碰到行程开关时，电磁铁4YA断电，电磁铁IYA、11YA通电。小流量泵2单独供油经电液换向阀22右位，再经过单向调速阀23进入手腕回转缸的另一腔，使手腕反转180°。

18.拔定位销

手腕反转碰到行程开关后，电磁铁1IYA、12YA断电，动作顺序与“8．拔定位销”相同。

19.手臂反转

拔定位销后，压力继电器发出信号，接通电磁铁8YA。这时油路为：

小流量泵2→单向阀6→电液换向阀16（右）→单向调速阀17→手臂回转缸，使手臂反转95°，机械手复位

20.待料卸载

手臂反转到位后，启动行程开关，电磁铁8YA断电，2YA通电。此时两泵同时卸荷。机械手的动作循环结束，等待下一个循环。

下表列出了电磁铁和继电器的动作顺序。

电磁铁和继电器的动作顺序

 

三、JSOI型工业机械手液压系统的主要特点

①系统采用了双泵供油，额定压力为6.3MPa，手臂升降与伸缩时由两个泵同时供油，手臂及手腕回转、手指松紧和定位缸工作时，只有小流量泵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，在定位缸支路上串联减压阀8，使之获得稳定的压力。

②手臂的伸缩和升降采用单杆双作用液压缸驱动，手臂伸出和升降速度分别由单向调速阀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，其正反运动速度亦采用17和18、23和24单向回油节流调速。

③执行机构的定位和缓冲是机械手工作平稳可靠的关键。该机械手手臂伸出、手腕回转由死挡铁定位保证精度，端点到达前发出信号切断油路，滑行缓冲，手臂缩回和上升由行程开关适时发出信号，提前切断滑行缓冲并定位。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，也增加缓冲效果。由于手臂的回转部分质量较大，转速较高，运动惯性矩较大，系统的手臂回转缸除采用单向调速阀回油节流调速外，还在回油路安装了行程节流阀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手指夹紧工件后不受系统压力波动的影响，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。