(System，FMS) 的（de）重（chóng）要組成部分，用以將分散的、相互獨立的加工及物料裝（zhuāng）卸、儲存等設備聯成一體，完成毛坯、工件及工裝夾具的裝卸、運輸和儲存，實現物料在加工機床之（zhī）間及存儲站與機床（chuáng）之間的自動輸送、搬運、存放等工作。在（zài）物料流動過程中，運輸裝置不僅是一個載體，也是各單元設備間的接口（kǒu），物流運輸裝置的結構形式（shì）、自動化程度和運行的可靠性，對FMS 的生產效率、可（kě）靠性（xìng）、複雜（zá）程度、投（tóu）資成本、經濟（jì）效益都有較大的影響［1 － 2］。

目前常見（jiàn）的物流運輸係統有自動（dòng）導（dǎo）向運輸小車 ( AGV) 、有軌小車、傳送帶或者輥筒式機動（dòng）滾道和搬運機器人( 機械手) 等，其主要特點及（jí）用途如表（biǎo）1所示［3 － 4］。

      從表1 可以看出，物（wù）流運輸係統的（de）結構形（xíng）式與製造係統的物理布局，自動化程度，加工對象的大小（xiǎo）、質（zhì）量、種類、批量，加工機床（chuáng）性能及係（xì）統柔性度等因素（sù）直接相關，在用於零（líng）件加工製造的FMS 中，通常采（cǎi）用有（yǒu）軌小車（chē）作為物（wù）料（liào）運輸裝置。有軌小車有2 個坐（zuò）標運動和3 個坐標運動兩種類型，2 個坐（zuò）標運動的（de）有軌（guǐ）小車承載大，小車最大承載質量能達到8 000 kg 以上（shàng），但隻能完成平麵布置的物料交換，3 個坐（zuò）標運動的有軌小（xiǎo）車（chē）( 堆垛機) 能（néng）完成空間布置的物（wù）料庫交換，但承載能力較小，一般小（xiǎo）車最大承載質量（liàng）小於1 500 kg。文中以沈機集（jí）團昆明機（jī）床股份有限（xiàn）公司研製的用於大（dà）重型箱體類零件加工的FMS 有軌小車結構設計為（wéi）例，對重載物流有軌小車的結構設計進行介紹和分析，所（suǒ）討論的設計思路與結構對於其（qí）他有軌小（xiǎo）車的設計具有一定的參考意義。

1 重（chóng）載物流有（yǒu）軌小車的組成

     大重型箱體類零件加工FMS 的有軌小車不需要專用托盤作為載體，而是在上料站將工件、工裝及夾具等直接安裝在（zài）可（kě）移動的（de）工作台上，工作台及物料一起進行搬運、交換、存儲。圖1 所示是本公司研製的（de）FMS1600 有（yǒu）軌小車工作台負重8 000 kg運行情況。

      有軌小車是一個由機械係統與控製及工作台識別係統組成的機（jī）、電一（yī）體化集成係統，其主要組成見圖2。機械係統是運輸小車的（de）主體，是執行機構，通過控製（zhì）係統與工作（zuò）台RFID 識別係統等組成的柔性製造係（xì）統的物流儲運子（zǐ）係統，實現小車（chē）按照FMS 主控係統運行控製指令，完成物流小車調度、移動工作台射頻識別存儲器信息的讀寫、工件自動識別與監控、控製（zhì）信（xìn）息采集與監控、過程運行控製等任務。按照生產製造需求，小車沿運輸線軌道上（shàng）快速直線運動及在係統各單（dān）元設備之間進行工作台（tái）交換運動，實現物料在各加工主機、裝卸站、緩存站之間的自動搬運、存貯、交換。

    小車機械係統主要包（bāo）括（kuò）水平直線運動及其位置檢、 測、定位機構、工作台交換機構、工（gōng）作台定位夾（jiá）緊（jǐn）機（jī）構等組成，如圖3 所示。

     文中重點討論有軌小車（chē）的機械係統結構設計，有關控製與工作（zuò）台識別係統的內容將另文（wén）介紹。

2 重載物（wù）流有軌小車機械結構設計

           2． 1 水平直線運動（dòng）機構設計

     在有（yǒu）軌小車全行程範圍內確保小車的位置精確度，即確保如圖4 所示的左右、前後、高度方向尺寸一致性，誤差在（zài）0． 2 mm 以內，是小車實現工作台任（rèn）意工位高精（jīng）度交換的技術基（jī）礎。這不（bú）僅要求（qiú）小車水平直線運動全長坐標定位精度（dù）小於± 0． 1 mm，同時還要求（qiú）在全（quán）行程（chéng）範圍內運輸線（xiàn）直線度及小車與其他設備高度方向尺寸公差小於± 0． 1 mm。在進行結構設計時，必須充分考慮小車（chē）運動速度快、行程長、負載慣量大等特點，合理設計運輸線、移動導軌結（jié）構，做好傳動係統優化匹配，確保小車（chē）的功能及技術要求。

      ( 1) 物流運（yùn）輸線及其導軌結構。

     物流運輸線及其（qí）導軌是承（chéng）載小車的基礎和運動的導向，其結構設計是根據小（xiǎo）車承（chéng）載質量、工件（jiàn）大（dà）小、運行速度、坐（zuò）標及（jí）幾何（hé）精度等技術要求而（ér）進行。小規格的（de）柔性製造係統的有軌小車具有垂直方向的運動，對導軌係統在全長範圍內的等高度要求不高，通常采用外購輕型鋼軌或專用鋁型材作為地軌，利用導向輪在軌道上導向。重載有軌小車（chē）的運輸線結構要（yào）求既便於高度及直線度的調整，又（yòu）要保證較（jiào）高的剛性，如圖5 所示，重載運（yùn）輸小車的（de）運輸線由多段鑄鐵件（jiàn）底座拚接而成，合理分配多點支（zhī）承（chéng），同時采用滾（gǔn）動直（zhí）線導軌作小車運動導軌，滿足（zú）了小車任意工位高精度交換對運動坐標精度及幾何精度的技術要求。

     ( 2) 運動驅動機構。

    小車水平直線運動采用伺服電機通過減速箱（xiāng）驅動齒輪齒條運動，從而帶（dài）動小車在物流線軌道上作正反快速直線（xiàn）運動。設計時以運動速度、加速度、負載等參數作為初始條件，對齒輪齒條模數與齒數、伺服電機驅動轉（zhuǎn）矩、負載（zǎi）慣量等進行校核計算及優化匹配，同時，為確保小車能夠準確、快捷地將工作台送至係統指定的工位，還必須（xū）設（shè）計合理的位置檢測係統，在運輸線各交換工位處安裝（zhuāng）位置檢測開關，保證物料輸送位（wèi）置精確度。傳動（dòng）機構見圖6。

       2． 2 工作台（tái）交（jiāo）換機構設計

      ( 1) 方案設計。

    實現工作台交（jiāo）換的傳動（dòng）方式有多種，如齒（chǐ）輪（lún）齒條傳動、絲杠傳動（dòng）、液壓油缸（gāng）驅動、鏈條傳動等，其（qí）中鏈條傳動由於結構（gòu）簡單，並具有自動加（jiā）減速功能而被廣泛應用，在小規格的柔性製造係統中，由於（yú）工作台自（zì）身質量和承（chéng）載（zǎi）質量（liàng）都較輕，工件外形尺寸小，運（yùn）輸線與其他設備（bèi）( 緩（huǎn）存站、主機托盤站等（děng）) 之間的距離短，通（tōng）常直接采用鏈條傳（chuán）動帶（dài）動工作台運動實（shí）現交換。

     在大重（chóng）型柔性（xìng）製造係統中，由於工作台自身質量（liàng）和承載質量都較重，工件外形尺寸大，運（yùn）輸線與其他設備( 緩存站、主（zhǔ）機托盤站等) 之間的距離長，僅僅采用鏈條傳動（dòng）一種機構無法實現工作台平穩、精確的交換。沈（shěn）機集團（tuán）昆明機床股份有限公司研製的重載運輸小車采（cǎi）用雙層結構，工作台交換的運動采用分級運動，克服了（le）大質量工件在長距離交換過（guò）程中，由於工作台（tái）懸（xuán）伸長（zhǎng）而出現重心偏移（yí），導致工件交換（huàn）無法實現的技術難題。兩級運動分別是: 第1 級為滑台帶動工作台移動，有效地縮短（duǎn）小（xiǎo）車與托盤站（zhàn）或緩存站（zhàn）之間的距離，減少工作台懸空長度，避免因此出現重心偏移; 第2 級為通過鏈條上的撥銷帶動工作台獨立運動，通過對鏈條傳動的（de）變頻調速，避（bì）免大慣量衝擊，兩級運動通（tōng）過控製係統PLC 程序控製，可同時（shí）進行，也可（kě）相繼進行，係統進行實（shí）時檢測和（hé）監控。同時，由於FMS 的主機托盤站、存儲站、裝卸站等設備（bèi）單元分列於小車運輸線的兩側，因（yīn）此小車（chē）兩級傳動都必須能實現雙向運動，如圖7所示。

        ( 2) 有限元分析。

    利用Pro /E 建立小車兩種設計方案的實體（tǐ）模型，並對實體模型進行簡化，以便於進（jìn）行網格劃分建立有限元模型。簡化的原則為: 在（zài）不影響分析精度的前提下，去除尺（chǐ）寸較小的細小結構( 如半徑小於20 mm 的圓角（jiǎo）、螺栓孔) 、尺（chǐ）寸較小的台階和凹槽，簡化模型（xíng）如圖8 所示。

     針對兩種模型方案結構進行靜力分析計算，得（dé）到剛度分析結果如圖9 所示（shì），剛度計算結果如表（biǎo）2 所示。

     從表（biǎo）2 可以看（kàn）出，雙（shuāng）層（céng）結構在工作台交換進時增加了輔助支撐，可以極大地提高小車交換係統的剛度，其（qí）總變形量比原來減少90． 62%，但（dàn）小車結構較為複雜，並且車體總（zǒng）質量會有所增加，製造成本會適當增加。

3 結語

         FMS 的物料運輸方（fāng）式有很多種，每種方式都各有優勢，它們除（chú）了一些（xiē）共性外，更（gèng）具有互補（bǔ）性。從技術、製造成本、使用環境等的實（shí）用性角度，有軌小車更（gèng）適合零件加（jiā）工製造的柔性製造係統。

    文中所介紹的重載物（wù）流有軌小車，其運輸線底座由多件鑄鐵床身連接而成，導（dǎo）軌采用直線滾動導軌，這種設計結構既保證了支撐剛度，又保證了小車運動的幾何精度和坐標定位精度; 同（tóng）時根（gēn）據重型（xíng）、大尺寸（cùn）工（gōng）件交換的技術需求，采用雙層分級、雙向運動的工作台交（jiāo）換結構（gòu）方案，並利用Pro /E 三維數（shù）字化研發平台進行小車三維實體建模和有限元仿（fǎng）真計算，確保了結構的可（kě）行性，為重（chóng）載物流有軌小車的（de）成功研製奠定了基（jī）礎。此種結（jié）構已經在（zài）兩條大重型柔性製造係統FMS1000及FMS1600 中成功（gōng）應用，實現（xiàn）了FMS1000 小車最大承（chéng）載質量為3 000 kg，快速移動速度為80 m/min， FMS1600 小（xiǎo）車最大承載質量為8 000 kg，快速移動速度為60 m/min 的技術要求。