1、电 控 课 程 设 计湖南工业大学资 料 袋机械工程 学院（系、部） 2013 2014 学年第 1 学期 课程名称 机床与电气控制技术 指导教师 吴吉平 职称 教授 学生姓名 袁聪 专业班级 机工 1105 班 学号 11405700620 题 目 机械手液压系统控制系统设计 成 绩 起止日期 2014 年 6 月 6 日 2014 年 6 月 17 日目 录 清 单序号 材 料 名 称 资料数量 备 注1 课程设计任务书 12 课程设计说明书 13 课程设计图纸 2 2 张湖南工业大学课程设计任务书20132014 学年第一学期机械工程 学院（系、部） 机械工程及其自动化 专业 机工 11
2、05 班课程名称： 机床与电气控制技术 设计题目： 机械手液压系统控制系统设计 完成期限：自 2014 年 6 月 6 日至 2014 年 6 月 17 日共 11 天内容及任务一、设计的主要技术参数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
3、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 95 o 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。二、设计任务完成系统的继电器控制原理图、PLC 原理图及设计说明书一份 ,2 张图纸.三、设计工作量电气图 23 张，说明书不少于 8000 字起止日期 工作内容6.6 讲解设计目的、要求、方法，任务分工6.7 根据指导书和任务书要求确定控制系统的输入输出点数、类型，确定输入、输出设备及元器件种类、数量，初步选定 PLC 型号6.10 根据指导书和任务书绘制控制系统工作流
4、程图，确定每个动作实现和解除必须的条件绘制继电器控制原理图、电路计算、元器件选择列表6.12编制控制系统的 PLC 控制程序进度安排6.16 编写设计说明书主要参考资料1 银金光 刘扬. . 清华大学出版社 北京交通大学出版社 20122 郁建平.北京：可学出版社，20063 赵大兴编高等教育出版社， 2004 年指 导 教 师 （签字）： 年 月 日系 （ 教 研 室 ） 主 任 （ 签字）： 年 月 日I机电控制技术课程设计机械手液压系统的电气控制设计起止日期： 2014 年 6 月 6 日 至 2014 年 6 月 17 日学 生 姓 名 袁 聪 班 级 机 工 1105学 号 1414
5、05700620成 绩指 导 教 师 (签 字 )机械工程学院2014 年 6 月 17 日II目 录序 言 .11.1 机械手的概述 .21.2 设计要求 .2第二章 分析 JS01 工业机械手液压系统的特点及工作原理 .32.1 液压系统的特点.32.2 液压系统的分析.42.3 液压系统工作原理.5第三章 PLC 控制系统 .103.1 可编程控制器简介及应用.103.2 可编程控制器的特点.103.3 继电器-接触器控制线路的设计.113.4 继电器 接触器控制线路.123.5 一些低压电器的选择.16第四章 可编程控制器 PLC 控制系统的设计 .194.1 可编程控制器控制系统设计
6、的基本原则 .194.2 可编程控制器系统设计的步骤 .19总 结 .22感 言 .23参考文献 .241序 言机械手的概念和分类机械手，英文名 mechanical hand，是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动(摆
7、动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 26 个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制
8、装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。2第一章 绪 论1.1 机械手的概述机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置。它特别是在高温、高压、多粉尘、易燃、易爆、放射性等恶劣环境中，以及笨重、单调、频繁的操作中能代替人作业，因此获得日益广泛的应用。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。1.2 设计要求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
9、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-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 180拔定位销手臂回 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拨定位销手臂回转夏位待料，泵卸载。3第二章 分析 JS01 工业机械手液压系统的特点及工作原理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向阀，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
10、缸手指夹紧缸手臂回转缸手臂伸缩缸手臂升降缸图 1 JS01 工业机械手液压系统2.1 液压系统的特点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 1.51.8MPa 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4压缸驱动
11、，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
12、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。2.2 液压系统的分析JS01 工业机械手液压系统电磁铁、压力继电器动作顺序表如表 1 所示。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
13、 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 + + + +5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 + +2.3 液压系统工作原理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
14、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，液压油流入定位缸左腔，定位销定位。进油路：泵 2单向阀 6减压阀 8单向阀 9二位二通阀 25（右）定位缸左腔。回油路：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 ）6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 5三位四通电液换向阀 14（左）手臂伸缩缸右腔泵 2
15、单向阀 6单向阀 7三位四通电液换向阀 14（左）手臂伸缩缸右腔回油路：手臂伸缩缸左腔15 的调速阀三位四通电液换向阀 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。当系统的液压压力到了打开液控单向阀 21 后，油从左腔通过液控单向阀 21 及电磁阀 20 左位进入油箱。进油路：泵 2单向阀 6电磁阀 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
16、构送到手指区域时，继电起器发讯使 9Y 断电，泵 2 的压力油通过电磁阀 20（右位）进入缸的左腔，使手指夹紧棒料。进油路：泵 2单向阀 6电磁阀 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 同时供油通过电液换向阀10（左）进入手臂升降缸。进油路：泵 1单向阀 5三位四通换向阀 10（左）11 的单向阀12 的单向阀手臂升降缸下腔泵 2单向阀 6单向阀 7电液换向阀 10（左）11 的单向阀12 的单向阀手臂升降缸下腔回油路：手臂升降缸上腔13 的调速阀三位四通换向阀 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 15 的单向调速阀进入伸缩缸左腔，而右腔油液经阀 14 右端回油箱。
