圆周型柔性托板库系统的研发设计

随着批量生产逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，柔性制造已经成为现代制造业的主要发展模式[1]。柔性制造单元（FMC）、柔性制造线（FML）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造工厂（FMF）等柔性制造模式已经成为今后制造业不断完善和发展的方向[2,3]。柔性生产线将以设备少、效率高、成本低、场地利用率高、交货速度快、智能程度高等作为发展目标进行不断的创新升级。基于以上柔性制造的模式，近年来，柔性托板库系统也得以快速发展。带有高柔性化的物流装备的直线型和圆周型的柔性托板库系统具有结构设计紧凑、机床设备利用率高、FMS生产系统运行效率高、降低人工成本和劳动强度、智能程度高等特点[4]。因此，本文研发设计了DRLS500圆周型柔性托板系统。

1 方案设计

1.1 总体方案

DRLS500圆周型柔性托板库系统是由一台带有双交换工作台的卧式加工中心、托板交换装置、托板交换库、装卸料工作站和智能单元控制系统等组成，DRLS500圆周型柔性托板库系统方案图、外观图分别如图1、图2所示。基于与其相关联的卧式加工中心的结构以及其加工参数要求，同时考虑重点用户行业用户加工零件，设计制定其输送的托板尺寸规格为500mm×500mm，输送件的最大重量为1000kg，工件最大加工空间为f800mm×1000mm，托板的仓储料位数为10个（2层）。DRLS500圆周型柔性托板库系统适用于多品种、中小批量的零件柔性加工。

DRLS500圆周型柔性托板库系统的运行方式为：根据托板（托板为带有夹具和工件的托盘）的任务计划，在装卸料工作站手动装卸托板上需要加工的工件后，将托板运回至托板交换库。根据生产调度安排，由单元控制系统控制及管理，不仅完成加工中心对工件的加工，还要通过托板交换装置和卧式加工中心的双交换工作台，来实现托板的自动交换。然后将托板运回至托板交换库或装卸料工作站，从而完成全部托板上的工件加工。

1.2 托板交换装置

托板交换装置是DRLS500圆周型柔性托板库系统的重要部件之一，它需要可靠完成卧式加工中心、托板交换库、装卸料工作站之间的托板运输，因此，需要设计实现其具有平转、上下移动、水平移动的功能，同时将其前端送料插设计成带有定位销的叉形结构，来满足加工中心及托板库的托板定位及输送。

托板交换装置的上下移动，是通过双伺服电动机双驱丝杠，直线导轨导向来实现的。它的上下移动总行程为1450mm，移动速度为6.8m/min，加速度1m/s²。

托板交换装置的水平移动，是通过伺服电动机驱动齿轮齿条，直线导轨导向来实现的。为解决前移方向的悬伸变形及减少空间布局，水平移动设计成双层结构，由齿轮带动，共同移动来满足水平行程，水平移动的双层结构实现的总行程为1200mm，第一层移动速度为10m/min，第二层移动速度为20m/min，加速度2m/s²。

托板交换装置的平转，是通过伺服电动机连接减速器驱动齿轮来实现360°的转位，平转速度为5r/min。

装卸料工作站

装卸料工作站包含有一个支座，支座上安装有一个可手动旋转的转台板，转台板可以绕着其垂直轴进行手动旋转，并可按90°的间隔进行插销锁定。这样当带有夹具的托板插销定位放置于转台板上时，人工就可根据需要对托板上的夹具及工件进行四个方向安装及调整。同时，底座上设计有冷却液回收口，可手动清理遗留的冷却液[5]。装卸料工作站示意图如图5所示。

托板交换库及外防护

DRLS500圆周型柔性托板库系统的托板交换库，设计成两层结构。每层可放置五个带有不同夹具的托板，托板下设计有接水盘，可对加工遗留的冷却液进行回收，来保证工厂地面整洁有序。托板交换库及外防护示意图如图6所示。

整个圆周型柔性托板库系统防护是将托板库和装卸料工作站进行一体设计，然后与卧式加工中心防护相连接，实现整个柔性系统的全防护。装卸料工作站防护门上配有限位开关及安全门开关，可在安全的操作环境下手动控制装卸料工作站的运动和防护门的开关动作。

运动部件轻量化分析设计

托板交换装置是DRLS500圆周型柔性托板系统的核心部件，它的可靠实现显得尤为重要。为保证托板交换装置运行的精度、速度、减少变形量，本文通过ANSYS有限元分析软件，建立支承件载荷分析模型，对该部件开展结构优化，以提升其静态和动态性能。