课件-5.2-5.3-气压传动与工业机器人气路

第5章·液压与气动控制技术5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制气压传动与工业机器人气路以压缩空气为工作介质——从气动剪切机到机器人末端气路本节知识链工作原理→系统组成→基本回路→供料单元→电液控制→机器人气路5.2认识气压传动（工作原理/系统组成/典型系统/电液控制回路）|5.3工业机器人气路控制（基本结构/气路连接/工具快换原理）机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件本节导图5.2-5.3内容与知识主线数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件0201气压传动工作原理空气压缩机把机械能变成压力能，气缸把压力能变回机械能；气动剪切机一个完整循环讲清“行程阀—气控换向阀—气缸”的自动配合02气压传动系统的组成动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件四部分；气压泵、气缸、压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀五类图形符号03典型气压传动系统气动基本回路四类：方向控制、压力控制、调速控制、多缸运动；以YL-335B供料单元为例看回路的实际应用04电液控制回路液压动力头一次工进系统：原位停止→快进→工进→快退；表5-1给出1YA/2YA/3YA的电磁铁动作顺序05工业机器人气路控制气路控制系统组成部分、J4手臂气路接口（AIR1/AIR2）、电磁阀与机器人控制IO对照、工具快换的卡紧与分离原理主线·知识链空气→压力能↓四类元件↓五类符号↓四类回路↓供料单元↓电液/机器人学习目标学完5.2-5.3，你将能够…数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件03知识目标①说出气压传动的定义、特点与主要应用领域②说明气压传动的能量转换过程（机械能→压力能→机械能）③说出气压传动系统四个组成部分及各自动能④认识气压泵、气缸、压力阀、方向阀、流量阀的图形符号⑤说出气压传动的主要优点与缺点⑥区分方向、压力、调速、多缸运动四类基本回路⑦说出电磁阀与行程开关在电液回路中的配合关系⑧说出机器人气路系统的组成部分与接口作用⑨说明工具快换装置卡紧与分离的工作原理技能目标①能读懂气动剪切机工作原理图并说出各元件编号②能按“先强电、后弱电”的顺序读气动/电液回路图③能分析YL-335B供料单元气缸的动作顺序④能读懂表5-1电磁铁动作顺序表并复述工作循环⑤能对照表5-2把机器人IO与电磁阀动作对应起来⑥能估算气缸动作时间、循环节拍与电磁阀寿命素质目标①建立“介质清洁干燥、集中供气”的规范用气意识②养成强弱电分离、按图接线、先接线后上电的习惯③体会“机—电—液—气”一体化系统的综合分析方法④通过国产自动化生产线案例增强工程自信⑤团队协作与安全操作意识本节关键气压传动靠“压缩空气”传递能量，靠“阀”控制方向、压力和流量；把这些元件按回路串起来，就能驱动气缸——从气动剪切机到工业机器人末端气路，原理完全一致。5.2.1气压传动工作原理能量转换三步走·气动剪切机的自动循环机械能→压力能→控制与辅助→压力能→机械能→剪切机循环机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识储备认识气压传动：以空气为工作介质数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件05什么是气压传动气压传动简称气动，是以空气为工作介质，进行能量传递或信号传递及控制的技术，通过控制和驱动各种机械和设备，可以实现生产过程机械化、自动化。四种突出特点防火、防爆、防电磁干扰；抗振动、冲击、辐射；无污染；结构简单、工作可靠。为什么应用这么广气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起，互相补充，已成为实现生产过程自动化的重要手段，广泛应用于机械、冶金、轻纺食品、化工、交通运输、航空航天、国防建设等各部门。与液压的关键区别气压传动系统的工作介质是压缩空气，在进入系统时，压缩空气必须保持清洁和干燥；在工厂中一般都是由压缩空气站集中供气。气动与液压在动力源上的区别气压传动的动力源是压缩空气，由压缩空气站集中供给；液压传动的动力源是液压泵与液压油。正因为介质不同，两者在密封、润滑、速度稳定性和输出力上各有取舍。一句话空气取之不尽、排气不污染环境、还能防火防爆——这就是气动在自动化产线上不可替代的原因。知识要点5.2.1气压传动的工作原理数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件06工作原理：一条能量转换链利用空气压缩机将电动机或其他原动机输出的机械能转变为空气的压力能，然后在控制元件的控制和辅助元件的配合下，通过执行元件把空气的压力能转变为机械能，从而完成直线或回转运动并对外作功。第一环产生压力能空气压缩机把原动机的机械能转变为空气的压力能。→第二环控制与净化控制元件控制压力、流量和方向；辅助元件（过滤器、减压阀、油雾器等）保证空气清洁干燥。→第三环输出机械能执行元件（气缸、气马达）把压力能转变为机械能，完成直线或回转运动并对外作功。三个环节靠什么衔接机械能→压力能→机械能，中间两环全靠“阀”来指挥：控制元件决定压缩空气什么时候进、进多少、往哪个方向进，辅助元件则保证进入系统的空气始终清洁、干燥、压力合适。记住气动系统=动力元件（造压力能）+控制元件（管压力能）+辅助元件（护压力能）+执行元件（用压力能）。教材图示图5-16气压传动系统工作原理图数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件07图5-16(a)气动剪切机工作原理图图5-16(b)气动剪切机设备图5-16的元件编号（读图必备）：1-空气压缩机2-后冷却器3-分水排水器4-储气罐5-空气过滤器6-减压阀7-油雾器8-行程阀9-气控换向阀10-气缸11-工料从图到实物：图(a)是原理图，用标准图形符号表达元件与管路连接关系；图(b)是对应的气动剪切机实物，可以看到气缸、剪切刀、送料机构与管路的实际布置。为什么这个例子典型：它把“气源—净化—调压—润滑—换向—执行”一条完整气路和“行程阀发令、换向阀换向、气缸动作”的自动循环都讲清楚了。知识要点教材示例气动剪切机的一个完整工作循环数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件08示例说明以气动剪切机为例，简单介绍气压传动的工作原理：一个循环包含“预备→剪切→复位→等待”四个阶段，由行程阀8不断发令、气控换向阀9不断换向完成。①预备状态空压机1的压缩空气经后冷却器2、分水排水器3降温净化后储存在储气罐4中，再经空气过滤器5、减压阀6和油雾器7后，部分气体到达气控换向阀9的下腔。下腔压力把阀芯推到上端，气体经换向阀使气缸10的上腔充压，活塞处于下位，剪口张开。②送料压下行程阀送料机构把工料11送入剪切机柄并到达规定位置时，压下行程阀8的顶杆，使其阀芯向右移动，行程阀使换向阀的下腔与大气相通。③换向阀复位气控换向阀9的阀芯在弹簧力作用下下移复位，使气缸上腔经换向阀与大气相通，下腔则与压缩空气连通。④剪切工料活塞带动下剪切刀快速向上，形成剪切运动，将工料切下。⑤工料落下、行程阀复位工料被切后落下，即与行程阀脱开。行程阀8的阀芯左移复位，将排气通道封闭，使换向阀9的下腔气压上升，导致其阀芯上移，气路换向。⑥回到预备状态压缩空气经换向阀进入气缸上腔，下腔排气，活塞带动下剪切刀向下运动，系统恢复到图示的预备状态，等待第二次进料剪切。循环要点气路中的换向阀，根据行程阀的指令不断改变压缩空气的通路，使气缸活塞带动剪切机构实现剪切工料和剪切刀复位工作。可见气动系统的自动循环不需要电动机正反转，只要“阀”换向，气缸就会换向。5.2.2气压传动系统的组成四类元件·五类元件符号·主要优缺点四类元件→气压泵→气缸→压力阀/方向阀/流量阀→优缺点机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识要点5.2.2气压传动系统的四大部分数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件10由上例可知，气压传动系统由以下四部分组成动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件——四类元件分工明确，缺一不可。（1）动力元件它将原动机（如电动机）供给的机械能转变为气体的压力能，为各类气动设备提供动力。用气量较大的厂矿一般都专门建立压缩空气站，通过输送管道统一向各用气点分配压缩空气。（2）执行元件它能将气体的压力能转换为机械能，输出力和速度（或转矩和转速），以驱动工作部件。如气缸和气马达。（3）控制元件它用以控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执行元件具有一定的输出力和速度。这类元件包括压力阀、流量阀、方向阀和逻辑元件等。（4）辅助元件除上述三类元件之外的辅助元件。如过滤器、干燥器、消声器、油雾器和管件等。它们对保证系统可靠、稳定地工作起着重要作用。记忆链动力造能（空压机/气泵）→控制调能（压力阀、流量阀、方向阀）→辅助护能（过滤器、干燥器、消声器、油雾器）→执行用能（气缸、气马达）。知识要点气压动力元件：空气压缩机的分类数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件11空气压缩机的两种分类口径空气压缩机的种类很多，分类形式也有多种。如按工作原理的不同来划分，则可分为动力式空气压缩机和容积式空气压缩机；在气压传动中，一般采用容积式空气压缩机。动力式空气压缩机按工作原理划分的另一大类。气压传动中一般不采用。容积式·往复式通过运动部件的位移，使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间以提高静压力。最常用的是油润滑的活塞式低压空气压缩机。容积式·回转式同属容积式，靠回转部件的位移改变封闭容积，实现气体的吸入与排出。结构紧凑、连续排气。压力等级由油润滑的活塞式低压空气压缩机产生的空气压力通常小于1MPa——这也是气动系统“压力等级低、故使用安全”的由来。归纳按工作原理：动力式/容积式；容积式按结构：往复式/回转式；气动最常用：油润滑活塞式低压空压机（压力通常<1MPa）。教材图示图5-17气压泵（气马达）的图形符号数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件12图5-17气压泵的图形符号（a）一般符号气马达（有时也叫气泵）是以压缩空气为工作介质的原动机，它采用压缩气体的膨胀作用，把压力能转换为机械能。注意与空气压缩机区分：空压机把机械能变成压力能，气马达把压力能变成机械能，两者符号同源、作用相反。（b）单向定量泵教材给出的常用符号之一。三个符号都带有表示“气动”特征的三角箭头，“定量”表示排量固定、不可调节。（c）单向变量泵与定量泵的区别在于带可调斜箭头——“变量”表示排量可以调节。（a）一般符号（b）单向定量泵（c）单向变量泵知识要点执行元件：气缸的分类与特点数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件13气缸是什么气缸是将压缩空气的压力能转换为机械能的执行元件。气缸有做往复直线运动的和做往复摆动的两类。类型说明与特点往复直线运动气缸又可分为单作用、双作用、膜片式和冲击气缸四种。单作用气缸特点是压缩空气只能使活塞向一个方向运动，另一个方向的运动则需要借助外力，如重力、弹簧力等。双作用气缸单活塞杆双作用气缸可以在活塞的两个面上施力以控制其主动运动。往复摆动气缸输出的是往复摆动的角位移，用于需要转角输出的场合。最常用的是标准气缸目前最常选用的是标准气缸，其结构和参数都已系列化、标准化、通用化。记忆直线往复看“几个方向施力”，摆动看“输出转角”。教材图示图5-18气缸实物及常用图形符号数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件14图5-18(a)标准化气缸实物图5-18(b)双作用单杆活塞缸图5-18(c)单作用单杆活塞缸看图要点（a）标准化气缸实物：结构与参数已系列化、标准化、通用化，是目前最常选用的气缸。（b）双作用单杆活塞缸符号：缸体两侧都有进气口，可以在活塞的两个面上施力，实现两个方向的主动运动。（c）单作用单杆活塞缸符号：只有一个进气口，压缩空气只能使活塞向一个方向运动，反方向要靠重力、弹簧力等外力复位。符号读法：方框代表缸体，活塞与活塞杆画在缸内；进气口的数量决定了它是单作用还是双作用。知识要点控制元件（1）：压力控制阀数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件15压力控制阀的共同特点在气压传动系统中，控制压缩空气的压力和依靠气压来控制执行元件动作顺序的阀统称为压力控制阀。这类阀的共同特点是：利用作用于阀芯上的压缩空气压力和弹簧力相平衡的原理来进行工作的。减压阀气动设备和装置的气源一般都来自压缩空气站。压缩空气站供给的压缩空气的压力通常都高于气动设备和装置的实际需要，且波动较大。因此需要用调节压力的减压阀来降低到实际需要的压力，并保持该压力值的稳定。顺序阀是依靠气路中压力的作用而控制执行组件按顺序动作的压力控制阀。顺序阀一般很少单独使用，它往往与单向阀组合在一起，构成单向顺序阀。溢流阀是防止管路、储气罐等的破坏，限制回路中最高压力的一种压力阀，又称安全阀。三种阀的分工减压阀管“降到多少”（稳压）；顺序阀管“谁先谁后”（按压力顺序动作）；溢流阀管“不许超过多少”（限压保护，故又称安全阀）。记忆减压＝稳压、顺序＝按顺序、溢流＝安全。教材图示图5-19压力控制阀常用图形符号数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件16图5-19压力控制阀常用图形符号（a）减压阀图形符号压力控制阀按控制功能可分为减压阀、顺序阀和溢流阀。三种阀都靠“压缩空气压力与弹簧力相平衡”工作。（b）顺序阀图形符号顺序阀依靠气路中压力的作用控制执行组件按顺序动作，常与单向阀组合成单向顺序阀。（c）溢流阀图形符号溢流阀限制回路中的最高压力，防止管路、储气罐等被破坏，又称安全阀。知识要点控制元件（2）：方向控制阀的四种分类口径数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件17方向控制阀是什么方向控制阀是控制压缩空气的流动方向和气路的通断，以控制执行元件动作的一类气动控制元件，它是气动系统中应用最多的一种控制元件。分类依据具体类别按气流在阀内的流动方向单向型方向控制阀、换向型方向控制阀按控制方式人力控制阀、气动控制阀、机动控制阀、电气控制阀等按切换的通路数目二通阀、三通阀、四通阀和五通阀等按阀芯工作位置的数目二位阀、三位阀符号来源常用的气压换向阀的符号与液压换向阀的符号类似——学过液压阀符号，气动阀符号可以直接迁移。读阀名的方法“二位五通”＝阀芯有2个工作位置+阀体有5个通口；“三位四通”＝3个工作位置+4个通口。先看位数、再看通数。教材图示图5-20常用电磁换向阀数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件18图5-20(a)两位五通电磁换向阀图5-20(b)三位五通电磁换向阀图5-20(a)两位五通电磁换向阀：由方向阀的分类规则可知，“两位”指阀芯有两个工作位置，“五通”指阀体上有五个通口；电磁控制方式属于“电气控制阀”。图5-20(b)三位五通电磁换向阀：三个工作位置、五个通口。前面讲过：二位三通电磁阀控制气缸只能换向，不能在任意位置停留；如需要在任意位置停留，则必须使用三位四通电磁阀或三位五通电磁阀控制。共同点：常用的气压换向阀的符号与液压换向阀的符号类似，识别方法与液压阀一致。知识要点控制元件（3）：流量控制阀数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件19为什么需要流量控制阀在气压传动系统中，有时要求控制气缸的运动速度，有时要求控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度，这都需要通过调节压缩空气的流量来实现。流量控制阀即通过改变阀的流通截面积来实现流量控制的元件。流量控制阀包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀等。图5-21常用节流阀图形符号（a）普通节流阀图形符号（b）排气节流阀图形符号三种节流元件的分工节流阀：改变流通截面积，直接限制通过阀的流量。单向节流阀：一个方向节流、反方向自由通过，用于实现“单向调速、快速返回”。排气节流阀：装在气缸的排气侧，靠限制排气量来控制气缸运动速度，运行更平稳。知识要点气压传动的主要优点（上）数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件20气压传动与其他传动和控制方式相比气压传动主要有以下优点（1）～（4）：1）结构简单、使用安全气动装置结构简单、轻便、安装维护简单，压力等级低，故使用安全。2）介质取之不尽工作介质是取之不尽、用之不竭的空气，排气处理简单，不污染环境，成本低。3）输出力与速度易调输出力及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为50～500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快。4）可靠性高、寿命长电气元件的有效动作次数约为数百万次，而SMC的一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过1亿次。记住这两组数气缸动作速度50～500mm/s；SMC一般电磁阀寿命>3000万次、小型阀>1亿次，而电气元件仅数百万次。知识要点气压传动的主要优点（下）数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件21气压传动主要有以下优点（5）～（7）这三条是气动在“储能、环境适应、远距离输送”上的独有优势。5）可储能、可缓冲、有自保护能力利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气。可以在短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应；可实现缓冲，对冲击负载和过负载有较强的适应能力；在一定条件下，可使气动装置有自我保护能力。6）防火、防爆、耐潮、耐高温全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可以在高温场合下使用。7）流动损失小、可远距离输送由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。归纳优点可以按“结构—介质—性能—寿命—储能—环境—输送”七条记忆，其中最能体现气动特色的是“防火防爆耐潮”与“可储能缓冲”。知识要点气压传动的主要缺点与应对数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件221）速度随负载变化由于空气有压缩性，气缸的动作速度易随负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷。2）低速稳定性较差气缸在低速运行时，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。3）输出力比液压缸小虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。4）排气噪音较大有较大的排气噪音。5）需要供油润滑因空气无润滑性能，故在气路中一般应设置供油润滑装置。应对口径速度不稳→气液联动；低速抖动→慎用低速；力不够→选缸径或改液压；噪音→加消声器；无润滑→加油雾器。5.2.3典型气压传动系统方向·压力·调速·供料单元应用四类回路→换向回路→压力回路→调速回路→供料单元机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识要点5.2.3气动基本回路的四大类数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件24什么是气动基本回路气动基本回路是由相关气动元件组成的，用来完成某种特定功能的典型管路结构。它是气压传动系统中的基本组成单元。方向控制回路用来控制执行元件运动方向的回路。压力控制回路用来控制系统或某支路压力的回路。调速回路用来控制执行元件速度的回路。多缸运动回路用来控制多缸运动的回路。为什么先学回路复杂的气动系统再大，也是这些基本回路串并联起来的。掌握四类回路，就能像搭积木一样读懂整台设备的气路：先找动力源，再找方向控制，最后找压力与速度控制。教材图示图5-22单作用气缸换向回路数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件25单作用气缸怎么换向单作用气缸可直接采用二位三通电磁换向阀控制换向。但二位三通电磁阀控制气缸只能换向而不能在任意位置停留；如需要在任意位置停留，则必须使用三位四通电磁阀或三位五通电磁阀控制。（a）单作用气缸直接控制换向回路：用二位三通电磁阀实现单作用气缸的直接控制换向，直接控制方式一般用在小口径气缸。（b）单作用气缸的间接控制换向回路：可用小口径换向阀来控制大口径的气控阀，适用于大口径气缸及气缸的远程控制。为什么二位阀停不住：二位阀只有两个工作位置，三位阀多一个“中位”——这正是“能否在任意位置停留”的差别所在。直接控制与间接控制怎么选：气缸口径小、不需要远程操作时用直接控制；口径大或需要远程控制时用间接控制。图5-22单作用气缸换向回路易混辨析直接控制＝小阀控小缸；间接控制＝小阀控大气控阀，再由大气控阀控大缸。教材图示图5-23双作用气缸换向回路数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件26图5-23双作用气缸换向回路（a）二位四通阀控制换向图5-23为双作用气缸的直接控制换向回路，分别用二位四通阀、二位五通阀、三位四通阀实现。（b）三位四通阀控制换向三位阀多出的中位可使气缸在中间位置停留，因此需要“任意位置停留”时选用三位阀。（c）二位五通阀控制换向可用手动换向阀、电磁换向阀、机动换向阀等实现——换向方式不同，回路结构不变。知识要点压力控制回路：三种常用形式数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件27压力控制回路的功能压力控制回路的功能是使系统保持在某一规定的压力范围内。常用的有一次压力控制回路、二次压力控制回路和高低压转换回路。（a）一次压力控制回路用于控制储气罐的压力，使其不超过规定值。空压机1排出的气体通过单向阀2储存在储气罐3中，空压机排气压力由溢流阀5限定。当储气罐中的压力达到阀5的高压值时，阀5启动，空压机排出的气体经溢流阀排向大气。（b）二次压力控制回路给被控逻辑元件提供稳定的气源压力控制，主要由溢流阀减压来实现压力控制。（c）高低压转换回路主要由减压阀和换向阀构成，用于对同一系统实现输出高低压力（p₁、p₂）的控制。气源提供特定压力，经过上、下两个减压阀后分别调节至所需压力。当某一执行器在运行过程中需要高、低两种不同压力时，可借助换向阀进行切换。三者的关系一次压力控制管“气源侧”，保证储气罐不超压；二次压力控制管“用气侧”，给逻辑元件稳定的气源压力；高低压转换回路则在同一系统里提供两种工作压力，靠换向阀切换。读图顺序先找压力源（空压机/气源）→再找限压元件（溢流阀）→最后找调压与切换元件（减压阀、换向阀）。教材图示图5-24压力控制回路（三个回路对照）数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件28图5-24(a)一次压力控制回路图5-24(b)二次压力控制回路图5-24(c)高低压转换回路图中元件编号（图注）（a）1-气压泵、2-单向阀、3-压力表、4-储气罐、5-溢流阀（b）1-气源、2-过滤器、3-减压阀、4-压力表、5-油雾器（c）1-换向阀对照看（a）用溢流阀“限压排气”；（b）用减压阀+油雾器给出稳定的二次压力；（c）用两个减压阀给出p₁、p₂并由换向阀切换。教材图示图5-25双向调速回路数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件29调速控制回路怎么分类速度控制回路，按其控制的气缸运动方向可分为单向调速回路和双向调速回路。按节流阀在气路中的安装位置，又可分为供气节流阀调速回路和排气节流调速回路。（a）供气节流阀调速：节流阀装在气缸的供气侧，限制进入气缸的流量。（b）排气节流阀调速：节流阀装在气缸的排气侧，限制排出的流量。两个子图对比看：节流阀的安装位置从“供气侧”换到了“排气侧”，回路结构随之改变——这正是“按节流阀安装位置分类”的含义。图5-25双向调速回路本质调速的本质就是“改变流通截面积”——流量控制阀正是通过改变阀的流通截面积来实现流量控制的。知识要点调速回路的应用：YL-335B供料单元数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件30供料单元的主要结构（图5-26）在YL-335B自动化生产线设备中，供料单元主要结构如图5-26所示。管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到出料台上。它主要由管形料仓、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。图5-26(a)供料单元结构示意图图5-26(b)供料单元结构补充图两个气缸的分工推料气缸（1A）：把料仓最下层工件推到物料台上；顶料气缸（2A）：压住次下层工件，防止多件同时被推出。检测靠磁感应接近开关（1B1/1B2、2B1/2B2）判断气缸是否到位，另有漫射式光电传感器用于检测工件。教材图示图5-27供料单元气动控制回路工作原理图数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件31回路里的元件代号图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为顶料缸两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。读图思路：气缸1A/2A是执行元件，电磁阀控制端1Y1/2Y1是控制元件，接近开关1B1～2B2是检测元件——检测、控制、执行三者构成一个闭环。（a）供料单元结构示意图（b）供料单元结构补充图：两图配合看，可以看清推料缸与顶料缸在料仓下方的相对位置。图5-27供料单元气动控制回路工作原理图初始状态通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。知识要点供料单元的工作原理：四个动作推出一件工件数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件32工件是怎么叠放与定位的工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而夹紧气缸则与次下层工件处于同一水平位置。①电磁阀2Y1线圈得电使夹紧（顶料）气缸的活塞杆推出，压住次下层工件。②电磁阀1Y1线圈得电使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。③电磁阀1Y1线圈失电推料气缸返回，并从料仓底部抽出。④电磁阀2Y1线圈失电夹紧气缸返回，松开下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。动作顺序小结先在需要推出工件时让2Y1得电压住次下层工件，再让1Y1得电推出最下层工件；推出后1Y1先失电（推料缸退回），2Y1再失电（夹紧缸退回），工件靠重力自动下移一位——顺序不能颠倒，否则会一次推出多件工件。5.2.4电液控制回路液压动力头的电气—液压配合·表5-1动作顺序表电液结合→动力头→液压原理图→电气控制图→动作顺序表机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识要点5.2.4电液控制回路：动力头的自动工作循环数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件34什么是电液控制系统液压传动系统和电气控制电路相结合的电液控制系统，在组合机床、自动化机床、自动化生产线、数控机床中的应用越来越广泛。动力头是什么动力头是既能完成进给运动，又能同时完成刀具切削运动的动力部件。液压动力头的自动工作循环是由电气控制电路控制液压系统来实现的。快进1YA、3YA通电，回油排入大腔，动力头快速向前。→工进3YA断电，动力头自动转为工作进给状态。→快退2YA通电，液压缸活塞左移，动力头快速退回。→原位停止退回原位后ST1被压动，KA3断电、2YA断电。配套图纸图5-28、图5-29和表5-1是一次工作进给液压系统及其电气控制电路。这种电路的自动工作循环是：动力头快进→工作进给→快速退回到原位。教材图示图5-28液压动力头一次工进进给液压系统原理图数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件35液压侧看什么动力头由液压缸YG带动，可做前后进给运动。当电磁铁1YA、2YA、3YA都断电时，电磁阀1YV处于中间位置，动力头停止不动。1YA通电后液压油把液压缸的活塞推向右端，动力头向前运动。由于1YA、3YA同时通电，除了接通工进油路外，还经阀2YV将液压缸小腔内的回油排入大腔，加大了油的流量，所以动力头快速向前运动。2YA通电时，电磁阀1YV使液压缸活塞左移，动力头快速退回。读图提示：1YV的三个电磁铁都断电时阀芯处于中间位置，动力头停止；2YV在快进时把液压缸小腔的回油引入大腔，这就是“快进”的来源。图5-28液压动力头一次工进进给液压系统原理图读图顺序先看电磁铁通断（1YA/2YA/3YA）→再看阀芯位置（1YV、2YV）→最后看液压缸两腔油路。教材图示图5-29液压动力头电气控制线路原理图数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件36电气侧看什么图5-29是与图5-28配套的电气控制线路原理图。输入元件：按钮SB1、SB2；转换开关S（“自动”/“手动”）；行程开关ST1、ST2、ST3。中间元件：中间继电器KA1、KA2、KA3（靠自身的动合触点自锁，靠动断触点互锁）。输出元件：电磁铁1YA、2YA、3YA——电气信号最终通过它们作用到液压阀上。读图思路：输入（按钮/行程开关）→逻辑（继电器KA的自锁与互锁）→输出（电磁铁YA）。注意：图5-28与图5-29是一对——液压原理图上的电磁铁，正是电气原理图上的执行输出；行程开关ST1～ST3则是电气图上的输入，对应液压动力头的三个位置。图5-29液压动力头电气控制线路原理图电液配合电气负责“什么时候动、按什么顺序动”，液压负责“出多大力、走多快”，两者通过电磁铁与行程开关交换信号。知识要点表5-1动力头工作时电磁铁动作顺序表数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件37表格说明“+”表示该电磁铁通电，“−”表示断电；“转换指令”一列给出该状态被触发（或切换）的信号来源。动力头状态1YA2YA3YA转换指令快进+-+SB1工进+--ST2快退-+-ST3停止---ST1读表方法每一行是一个稳定状态，每一列是一个电磁铁：看“哪几个通了、哪几个断了”，就知道液压阀在什么位置、动力头在做什么运动。记忆快进双通（1YA+3YA）、工进单通（1YA）、快退换向（2YA）、停止全断。知识要点动力头工作过程（1）（2）：原位停止与快进数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件38（1）动力头原位停止动力头由液压缸YG带动，可做前后进给运动。当电磁铁1YA、2YA、3YA都断电时，电磁阀1YV处于中间位置，动力头停止不动。动力头在原位时，限位开关ST1由撞块压动，其动合触点闭合，动断触点断开。（2）动力头快进把转换开关S拨在“自动”位置。按动按钮SB1，中间继电器KA1得电动作并自锁，其动作触点闭合使电磁铁1YA、3YA通电。1YA通电后液压油把液压缸的活塞推向右端，动力头向前运动。由于1YA、3YA同时通电，除了接通工进油路外，还经阀2YV将液压缸小腔内的回油排入大腔，加大了油的流量，所以动力头快速向前运动。要点“快”不是因为油泵流量变大，而是因为回油被引回大腔——差动连接让小腔的回油也参与推动活塞。知识要点动力头工作过程（3）（4）：工进与快退数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件39（3）动力头工进在动力头快进的过程中，当撞块压动行程开关ST2时，其动合触点闭合，使KA2得电动作。KA2的动断触点使3YA断电，使动力头自动转为工作进给状态。KA2的动合触点接通自锁电路。（4）动力头快退当动力头工作进给到期望点时，撞块压动行程开关ST3，其动合触点闭合，使KA3得电动作，并自锁。KA3动作后，其动断触点打开，使1YA断电，动力头停止工进；其动合触点KA3闭合，使2YA得电，电磁阀1YV使液压缸活塞左移，动力头快速退回。动力头退回原位后，ST1被压动，其动断触点断开，使KA3断电，因此2YA也断电，动力头停止。关键在“自锁”与“互锁”KA1、KA2、KA3都靠自身动合触点自锁，才能做到松手后继续运行；靠彼此的动断触点互锁，才能做到状态之间干净切换。知识要点动力头工作过程（5）：点动调整与手动后退数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件40（5）动力头“点动调整”将转换开关S拨在“手动”位置。按动按钮SB1也可接通KA1，使电磁铁1YA、3YA通电，动力头可向前快进。但由于KA1不能自锁，因此松开SB1后，动力头立即停止，故动力头可点动向前调整。手动后退当动力头不在原位需要后退时，按下SB2，使KA3得电动作，2YA得电，动力头做快退运动，直到退回原位，ST1被压下，KA3断电，动力头停止。工作循环原位停止→快进→工进→快退→原位停止区别自动位置：KA1自锁，循环连续进行；手动位置：KA1不自锁，松开按钮立即停止，用于点动调整。5.3工业机器人气路控制气路接口·电磁阀与IO·工具快换原理基本结构→AIR1/AIR2→电磁阀IO→工具快换机电系统控制原理及应用·数字教材配套授课课件知识要点5.3工业机器人为什么离不开气动数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件42应用背景工业机器人在自动化生产线、码垛搬运、智能仓储等工业生产环境中得到了广泛应用。其协同工作的生产模块，例如工具手爪的开合、物料块的推出等动作，均需借助气动控制技术实现。本节以发那科工业机器人工作站气动系统应用为案例，探讨液压与气动控制技术在工业机器人生产控制中的应用。工具手爪开合用气缸驱动夹爪的开与合，动作快、结构简单。物料块推出用气缸把物料块推出到指定工位，实现搬运。真空吸取AIR1接口通常用于构建真空回路。与前面5.2的关系气源、控制元件、执行元件的原理完全相同，区别只在于：机器人把电磁阀集成在机身内部，由机器人控制器（RO）通过IO统一管理。主线气路接口（AIR1/AIR2）→内部电磁阀（互斥）→末端执行器（手爪/吸盘/快换工具）。知识要点5.3.1气路控制系统的基本结构数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件43组成部分发那科工业机器人的气路控制系统由以下部分组成，各组件协同作用，确保气动控制系统稳定且精确地完成各类操作。组成部分功能常见元件气源设备将原动机输出的机械能转变为空气的压力能，提供稳定气源的设备。空气压缩机、气泵气动元件将空气的压力能转变为机械能的能量转换，实现机器人动作的元件。气缸、气阀、气动接头控制元件控制压缩空气的压力、流量和流动方向的元件，控制气动元件的动作，调节气压大小。电磁阀检测装置用于检测气动系统的状态和参数。压力传感器、流量传感器等辅助元件保证空气系统的正常运行的元件。过滤器、油雾器等与5.2的对应气源设备=动力元件；气动元件=执行元件；控制元件=控制元件；检测装置+辅助元件=辅助元件（并增加了检测环节）。教材图示图5-30工业机器人气路接口系统数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件44J4手臂上的气路接口在工业机器人J4手臂的设计中，集成了气路接口系统，如图5-30。AIR1接口作为用户空气直连接口，直接与工业机器人基座上的同名接口相连，通常用于构建真空回路。1A/1B、2A/2B、3A/3B三组两位五通阀的气源由工业机器人基座上的AIR2接口提供。归纳：AIR1走“直连/真空”专用气路；AIR2给三组两位五通阀供气，用于驱动机器人本体与末端上的执行动作。图5-30工业机器人气路接口系统易错点AIR1与AIR2不能混用：前者通常用于真空回路，后者是三组两位五通阀的气源接口。教材图示表5-2工业机器人内部电磁阀与机器人控制IO对照表数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件45表5-2工业机器人内部电磁阀与机器人控制IO对照表由谁管理工业机器人内部的电磁阀集成由机器人控制器（RO）进行管理。互斥性在每一组电磁阀中，仅允许一个电磁阀处于开启状态，确保了电磁阀之间的互斥性。这张表有什么用把机器人控制器的IO输出与内部电磁阀一一对应起来，编程时选通哪一路、排查故障时查哪一路，都靠这张表。知识要点5.3.3工具快换装置的结构数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件46为什么要工具快换工业生产流程中，需要设置工业机器人的快换工具，如吸盘工具、弧口夹爪、平口夹爪等。该类快速更换工具装置安装于机器人末端执行器与机械手爪之间，以实现不同机械手爪的高效切换，顺利完成装配、搬运等一系列工作任务。主盘（公盘）主盘数量仅有一个，安装于机器人的末端，上有钢珠。主盘内部装有双作用气缸，是“卡紧/分离”的动力来源。夹爪盘（母盘）夹爪盘则安装于机器人的夹爪上，上有凹槽。夹爪盘与实际夹爪数量相匹配——一个主盘可以对应多个夹爪盘。可选的快速接头根据实际需求，快换工具可选择安装电、气、液等快速接头——换工具的同时，电、气、液也随之接通或断开。一句话一个主盘+多个带凹槽的夹爪盘，靠钢珠卡入凹槽实现“秒换”。教材图示图5-31~图5-32公盘和母盘的卡紧与分离数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件47图5-31公盘和母盘的卡紧图5-32公盘和母盘的分离卡紧（图5-31）：在工作状态下，主盘内部的双作用气缸发挥作用。当主盘接近工具时，电磁阀控制下，有杆腔吸入空气，推动活塞下行，带动凸轮的第一锥度和第二锥度推动钢珠，使其卡入夹爪盘的凹槽中，从而实现主盘与夹爪盘的紧密结合。分离（图5-32）：相反，当对气缸施加反向压力时，钢珠会失去稳定性并退回，导致主盘与夹爪盘分离。注意“两个锥度”：活塞下行的推力要经过凸轮的第一锥度和第二锥度两级放大，才足以把钢珠牢牢压入凹槽。知识要点工具快换：锁紧与分离的动作链数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件48一条气路，两个方向的动作主盘内的双作用气缸可以在两个方向施力：正向压力用于锁紧，反向压力用于分离。①主盘接近工具机器人带着主盘移动到工具上方，使主盘与夹爪盘对位贴合。→②有杆腔进气、活塞下行电磁阀控制下，有杆腔吸入空气，推动活塞下行。→③两级锥度推动钢珠凸轮的第一锥度和第二锥度把活塞的轴向推力转为钢珠的径向伸出。→④钢珠卡入凹槽锁紧钢珠卡入夹爪盘的凹槽中，主盘与夹爪盘紧密结合；反向压力则使钢珠退回而分离。关键动作链轴向推力（气缸活塞）→两级锥度放大→钢珠径向伸出→卡入凹槽（锁紧）；施加反向压力→钢珠失去稳定性并退回→主盘与夹爪盘分离。提醒锁紧靠气压“撑住”，一旦气源失压，钢珠就可能退回——所以快换工具必须保证气源可靠。例题精讲拓展算例1气缸动作时间与循环节拍估算数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件49【拓展算例题目】教材给出：气缸的动作速度一般为50～500mm/s。某气动推料机构行程s=150mm，动作速度取v=200mm/s，每个工作循环包含“推出+返回”两次动作，要求每分钟完成20次循环。求：(1)单程动作时间；(2)一个循环的节拍；(3)按3000万次寿命估算，该电磁阀可连续工作多少小时（折合多少年）；(4)与“电气元件有效动作次数约为500万次”相比，寿命相差几倍。【解析】①单程动作时间：t=s÷v=150mm÷200mm/s=0.75s。②一个循环的节拍=推出+返回=2×0.75s=1.5s，正好对应60s÷1.5s=40次/分钟的最大节拍，满足“每分钟20次循环”的要求。③每小时动作次数=20×60=1200次；电磁阀寿命3000万次→3000万÷1200=25000h；25000h÷24h/天÷365天/年≈2.9年。④寿命倍数=3000万÷500万=6倍（电气元件折合500万÷1200≈4167h≈0.5年）。结论（拓展）在20次/分钟的节拍下，一般电磁阀的寿命折合连续运行约2.9年，约为电气元件（约0.5年）的6倍——这正是气压传动“可靠性高、使用寿命长”的量化体现。例题精讲拓展算例2小型电磁阀的寿命优势数字教材第5章·5.2认识气压传动/5.3工业机器人气路控制配套授课课件50【拓展算例题目】教材给出：SMC的一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过1亿次。若某气动机构每分钟动作20次（每小时1200次），分别用一