(System，FMS) 的重要組成部分，用以（yǐ）將（jiāng）分散的、相互獨立的加工及物料裝卸、儲存等設備聯成一體，完成毛坯、工件及工裝夾具的（de）裝卸、運輸和儲存，實現物料（liào）在加工機床之間及存儲站與機（jī）床之間的自動輸送、搬運、存放（fàng）等（děng）工作。在物料流動過程中，運輸（shū）裝置不僅是一個載體（tǐ），也是各單元設備間的接口，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、可靠性、複雜程度、投（tóu）資成本、經濟效益都有較大的影響［1 － 2］。

目前常見的物流運（yùn）輸係統有自動導向（xiàng）運輸（shū）小車 ( AGV) 、有軌小（xiǎo）車、傳送帶或者輥筒（tǒng）式機動滾道和搬運（yùn）機器人( 機械手（shǒu）) 等，其主要特點及用途如表1所示［3 － 4］。

      從表1 可以（yǐ）看出，物流運輸（shū）係統的結構形式與製造係統的物理布局，自（zì）動化程度，加工對象的大（dà）小、質量、種類、批量，加工機床性能及係統柔性度（dù）等因（yīn）素直接（jiē）相關，在用於零件加工製造的FMS 中，通常采用有（yǒu）軌小車（chē）作為物料運輸裝置。有（yǒu）軌小車有2 個坐標運動（dòng）和3 個坐標運（yùn）動兩（liǎng）種類型，2 個坐標運動的有軌小車承載大，小車最大承載質量能達到8 000 kg 以上，但隻能完成平麵布置的物料交換（huàn），3 個坐標運動的有軌小車( 堆（duī）垛（duǒ）機) 能完成空間布置的（de）物料庫交（jiāo）換，但承載能力較小，一般小車最大承載質量小於1 500 kg。文（wén）中以（yǐ）沈機集團昆明機床股份有（yǒu）限公司研（yán）製的用於大重型箱體類零件加工的FMS 有軌小車結構設計（jì）為例，對（duì）重載（zǎi）物流有軌小車的結構設計進行介紹和（hé）分析，所討論的設計思（sī）路與結構對於其他有軌小（xiǎo）車的設計具有一（yī）定的參考意義。

1 重載物流有軌小車的組成（chéng）

     大重（chóng）型箱（xiāng）體類零件加（jiā）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可移動的（de）工作（zuò）台上，工作台及物料一起進（jìn）行搬（bān）運、交換（huàn）、存儲（chǔ）。圖（tú）1 所示是本公司研製的FMS1600 有（yǒu）軌小車工作台負重8 000 kg運行情況。

      有軌小（xiǎo）車是一個（gè）由機械係統與控製及工（gōng）作台識別係統組成的（de）機、電（diàn）一體（tǐ）化集成係統，其（qí）主要組成見圖2。機械（xiè）係統是運輸小車的主體，是執（zhí）行機構，通過控製係統與（yǔ）工作台RFID 識別係統等組成的柔性製造係統的物流儲運子係統，實現小車按照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（shí）別存儲器信息的讀寫、工件自動識別（bié）與監（jiān）控、控製信息采集與監控、過程運行控製（zhì）等任（rèn）務。按照生產製造需求，小車沿運輸線軌道上快速直線運動及在係統各單元設（shè）備之間進行工作台交換運動，實現物料在各（gè）加工主機、裝卸站、緩（huǎn）存站之間的自動搬運、存貯、交換。

    小車機械係統（tǒng）主要包括水平（píng）直線運動及其位置檢、 測（cè）、定位機構、工（gōng）作台交換機構、工作台定位（wèi）夾緊機構等組（zǔ）成，如圖3 所（suǒ）示。

     文中重點討論有軌（guǐ）小車的機械係統結構設計，有關控製與工（gōng）作（zuò）台識別係統的內容將另（lìng）文介紹。

2 重載（zǎi）物流有軌小車機（jī）械結構設計

           2． 1 水平直（zhí）線運（yùn）動機構設計

     在有軌小車全行程範（fàn）圍內確保小車的位置精確（què）度（dù），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0． 2 mm 以內，是小車實現工作台任意工位高精度交換的技術基礎。這不僅要求小車水平直線運（yùn）動全長坐標定位精度小於± 0． 1 mm，同時還要求在全行程範圍內運輸線直（zhí）線（xiàn）度及小車與（yǔ）其他設備（bèi）高度方向尺（chǐ）寸公差小於± 0． 1 mm。在進行（háng）結構設計時，必須充分考（kǎo）慮小車運動速度快、行程長、負載（zǎi）慣量（liàng）大等（děng）特點，合理（lǐ）設計運輸線、移動導軌結構，做好傳動係統優化匹配，確保小車的功能及技術要（yào）求。

      ( 1) 物流運輸線及其導軌結構。

     物流運輸線及其導軌是承載（zǎi）小車的基礎和運（yùn）動的導向，其結構設（shè）計是根據小（xiǎo）車承（chéng）載質量、工件大小、運行速度、坐標及幾何精度等（děng）技術要求而進行。小規格的柔性製造（zào）係統的有軌小（xiǎo）車（chē）具有垂直方向的運動，對導（dǎo）軌係統在全長範圍內的（de）等高度要求不高（gāo），通常采用（yòng）外購輕型鋼軌或專用鋁型材作為地軌，利用導向輪在軌（guǐ）道上導向（xiàng）。重載有軌小車的運輸線結構要求既（jì）便於高度及（jí）直線度的調整，又（yòu）要保證較高的剛性，如圖5 所示，重載運輸小車的運輸線（xiàn）由多段（duàn）鑄鐵件底座拚接而成，合理分配多點支承，同時采（cǎi）用滾（gǔn）動直線（xiàn）導軌（guǐ）作小車運動導軌，滿足了小車任意工位高精度交換對（duì）運動坐標精度及幾何精度的技術要（yào）求。

     ( 2) 運動驅動機構。

    小車水（shuǐ）平直線運動采用伺服電機通過減速箱驅動齒輪齒條運動，從而（ér）帶（dài）動小車（chē）在物流線軌道上作正反快速直線運動。設計時以運動速度、加速度、負載（zǎi）等參數作為初始條（tiáo）件，對（duì）齒輪齒條模數與齒數、伺服（fú）電（diàn）機驅動轉矩、負載慣量等進行校核計算及優化匹配，同時，為（wéi）確（què）保小車能夠（gòu）準確、快捷地將工作台送（sòng）至係統指定的工位，還必須設計（jì）合理的位置檢測係統，在運輸線（xiàn）各交換工位處安裝位置檢測開關，保證物料輸（shū）送位置精確度。傳動機構見圖6。

       2． 2 工作台交換機構設計

      ( 1) 方（fāng）案設（shè）計。

    實現工作台交換的傳動方式有多種，如齒輪齒條傳動、絲杠傳動、液壓油缸驅動、鏈條傳動等，其中鏈條傳動由於結構簡單，並具有自動加減速功能而被廣泛（fàn）應用，在（zài）小規格的柔性製造係統中，由於（yú）工（gōng）作台自身質量和承載質量都較輕，工件外形尺寸小（xiǎo），運輸線與其（qí）他設備( 緩存站、主機托盤站等) 之間的距離短，通常直接采用鏈條傳動帶動工作台運動實現交（jiāo）換。

     在大重型柔性製造係（xì）統中，由於工作台自身質量和承載質量都較重，工件外形尺寸大，運輸線與其他設備( 緩存站、主機托（tuō）盤站等) 之間的（de）距離長，僅僅采用鏈條傳動一種機構無法實現工作台平穩、精確的交換（huàn）。沈機集團昆（kūn）明（míng）機床股份有限公司研製的重載運輸小車采用雙（shuāng）層結構，工作台交換的運動采用分級運動，克服了大質量工件在長距離交換過程（chéng）中，由於工作台（tái）懸伸長而出現重心偏移，導致工件交（jiāo）換無法實現的技術（shù）難題。兩級運動分（fèn）別是: 第1 級為滑台帶動工作台移動，有效地縮短小車與托盤站或（huò）緩存站之間的（de）距離，減少工作（zuò）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（tiáo）傳動的變頻調速，避（bì）免大慣量衝擊，兩級運動通過控製係統PLC 程序控製，可同時進行，也可相繼進（jìn）行，係統進行實時檢測和監控。同時，由於FMS 的主機（jī）托盤站（zhàn）、存儲站、裝卸站等設備單元（yuán）分列於小車運輸線的兩側，因此小車兩級傳動都必須能實現雙向運動，如圖7所（suǒ）示。

        ( 2) 有限元分析。

    利用Pro /E 建立小（xiǎo）車兩（liǎng）種設計方案的實體模（mó）型，並對實體模（mó）型進行簡（jiǎn）化，以便於進行網格劃分建立有（yǒu）限元模型。簡（jiǎn）化的原則為: 在不影響分析精度的前提下，去除尺寸較小的細小結構( 如半徑小於20 mm 的圓角、螺栓孔) 、尺寸較小（xiǎo）的台階和凹槽，簡化（huà）模（mó）型如圖8 所示。

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

     從表2 可以看（kàn）出，雙層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（jiāo）換（huàn）係（xì）統的剛度，其總變形量比原來（lái）減少90． 62%，但小（xiǎo）車結構較為（wéi）複雜，並且車體總質（zhì）量會有所增加，製造成本會（huì）適當增加。

3 結（jié）語

         FMS 的物料運輸方式有很多種，每種方式（shì）都各有優勢，它們除（chú）了一些共性外，更具有互補性。從技術、製造成本、使用環境等的實用性角（jiǎo）度，有軌小車更適合零（líng）件（jiàn）加工製（zhì）造的柔性製造係統。

    文中所介紹的重載（zǎi）物流有軌小車，其運輸線底座由多件鑄鐵床身連接而成，導軌采用直（zhí）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; 同時根據重型、大尺寸（cùn）工件交換的技術需求，采用雙（shuāng）層分級、雙向運動的工作台交換結構方案，並利用Pro /E 三維數字化研發平台進行小車三維實體建（jiàn）模和有限（xiàn）元仿真計算，確保了結構的（de）可行性，為重載物流有（yǒu）軌小車的成功研製奠定了（le）基礎。此種（zhǒng）結構已經在兩條大重型柔性製造係統FMS1000及FMS1600 中成功應用，實現了FMS1000 小車最大承載質量為3 000 kg，快速移動速度為80 m/min， FMS1600 小車最大（dà）承（chéng）載質量為8 000 kg，快速移動速度為60 m/min 的技術要（yào）求。