生产管理知识生产线
第 1章绪论
课题的背景及国内外现状
自动化生产线简介
自动线是在流水线的基础上发展起来的。为了提高劳动生产率，改善工人
的劳动条件，减少工人数量不仅要求机床能自动的进行工作，而且要求装卸工件、
定位夹紧、工件在工序间的输送、及切屑的排除等都能自动的进行。为了满足这
些要求，人们把机床按工艺顺序依次排序，用自动输送装置和其它辅助装置将他
们联系起来，使之成为一个整体，并用液压或气动系统与电气控制系统将各部分
的动作联系起来，使其按照规定的程序自动的进行工作。这种自动工作的机床系
统就称为自动线。
在自动线的工作过程中，工件以一定的工作节拍，按照工艺顺序自动的经过各个
工位，在不需工人直接参与的情况下，自行完成预定的工艺过程，最后成为合乎
设计要求的成品。由此可见，在工艺上自动线虽与流水线有相似之处，但也具有
自己的的特点。自动线的主要特点是：他具有较高的自动化程度，全线具有统一
的自动控制系统，具有比流水线更为严格的生产节奏性等。
自动线的组成
自动线由基本工艺设备以及各种辅助设备、控制系统等所组成。根据工件的
具体情况、工艺要求、工艺过程、生产率要求和自动化程度，自动线的结构及其
复杂程度，常常有很大的差别。但是不论其复杂程度如何，一般自动线都可归纳
为由几个基本部分组成，如图 所示。当然，对于不同的自动线的具体情况，
所列部分也有不同。
图 自动线组成结构图
以下简单的介绍一下各组成部分：
工艺设备
1）、通用机床：
车床
主要用于加工各种回转表面和回转体的端面。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽
及成形回转表面，车削端面及各种常用的螺纹，配有工艺装备还可加工各种特形
面。在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。
铣床
一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、
T形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮乖、螺旋形表面（螺纹、螺
旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。
铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以
工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削，
因而铣床的生产率较高。
刨床插床
主要用于加工各种平面（如水平面、垂直面和斜面及各种沟槽，如 T形槽、燕尾
槽、V形槽等）、直线成型表面。如果配有仿形装置，还可加工空间曲面，如汽轮
机叶轮，螺旋槽等。这类机床的刀具结构简单，回程时不切削，故生产率较低，
一般用于单件小批量生产。
镗床
适用于机械加工车间对单件或小批量生产的零件进行平面铣削和孔系加工，主轴
箱端部设计有平旋盘径向刀架，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。此外还可进行
钻、铰孔及螺纹加工。
磨床
用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨料等）作为工具对工件表面进行切削加工
的机床，统称为磨床。磨床可加工各种表面，如内外圆柱面和圆锥面、平面、齿
轮齿廊面、螺旋面及各种成型面等，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十
分广泛。由于磨削加工容易得到高的加工精度和好的表面质量，所以磨床主要应
用于零件精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料的精加工。
钻床
具有广泛用途的通用性机床，可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面和攻螺纹
等加工。在摇臂钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔；在台钻上配上万能工
作台（MDT-180型），还可铣键槽。
齿轮加工机床
齿轮是最常用的传动件，有直齿、斜齿和人字齿的圆柱齿轮，直齿和弧齿的圆锥
齿轮，蜗轮以及非圆形齿轮等。加工齿轮轮齿表面的机床称为齿轮加工机床。
2）、专用机床：
用于专用零件的加工制造，其配备有专用的夹具、专用机加工装置等、与机
械产品的形状和种类有关，一般用于有特殊用途的大批量产线中。
辅助设备
1）、工件输送装置：
工件输送装置是自动线中最重要的辅助设备，它将被加工工件从一个工为传送到
下一工位，为保证自动线按生产节拍连续的工作提供了条件，并从结构上把自动
线的各台自动机床联系成为一个整体。
工件输送装置的形式与自动工艺设备的类型和布局、被加工工件的结构和尺寸特
性以及自动线工艺过程的特性等因素有关，因而其结构形式也是多样的。
在加工某些小型旋转体零件（如盘状、环状、圆柱滚子、活塞销、齿轮等）的自
动线，常采用输料槽作为基本输送装置。输料槽有利用工件自重输送和强制输送
两种形式。自重输送的输料槽又称为滚道，不需要其它动力源和特殊装置，因而
结构简单。对于小型旋转体工件，大多采用以自重滚送的办法实现自动运送，
对于体积较大的和形状复杂的零件，可以采用各种运输装置。
2）、自动线上的夹具：
自动线上所使用的夹具，可归纳为两种类型：固定式夹具与随行式夹具。
固定式夹具即附属于每一加工工位，不随工件输送而移动的夹具，固定安装于机
床的某一部件上，或是安装于专用夹具的底座上。这类夹具亦分为两类：一类是
用于钻、镗、铣、攻螺纹等加工的夹具，在加工过程中固定不动；另一种是工件
和夹具在加工时尚需作旋转运动。前者多用于箱体、壳体、盖、板等类型的零件
加工或组合机床自动线中，后者多用于旋转体零件的车、磨、齿形加工等自动线
中。
随行式夹具为随工件一起输送的夹具，适用于缺少可靠的输送基面、再组合机床
自动线上较难用输送带直接输送的工件。此外，对于有色金属工件，如果在自动
线中直接输送时其基面较易磨损，也必须采用随行夹具。
3）、转位装置：
在加工过程中，工件有时需要翻转或转位以改换加工面。在通用机床或专用
机床自动线中加工中小型工件时，其翻转或转位常常在输送过程或自动上料过程
中完成。在组合机床自动线中，则需设计专用的转位装置。这种装置可用于工件
的转位，也可用于随行夹具的转位。
4）、储料装置：
为使自动线能在各工序的节拍不平衡的情况下连续工作较长时间，或者在某
台机床更换调整刀具或发生故障而停歇时，保证其它机床仍能正常工作，必须在
自动线中设置必要的储料装置，以保持工序间具有一定的工件储备量。
储料装置通常可以布置在自动线的各个分段之间，也有布置在每台机床间的。
对于加工某些小型工件或加工周期较长的工件自动线，工序间的储备量厂建立在
连接工序的设备（如输料槽、提升机构、及输送带）上。根据被加工工件形状的
大小、输送方式、及要求的储备量大小不同，储料装置的结构形式也不同。
5）、排屑装置：
在切屑加工自动线中，切屑源源不断的从工件上流出，如不及时排除，就会
堵塞工作空间，使加工条件恶化，影响加工质量，甚至使自动线不能连续的工作。
因此将切屑从加工地点排除，并将它收集起来远离自动线外，是一个不容忽视的
问题。排屑装置是自动线不可缺少的辅助装置。
自动控制系统
自动线为了按严格的工序顺序自动完成加工过程，除了各台机床按照各自的
工序内容自动地完成加工循环外，还需要有输送、排屑、储料、转位等辅助设备
和装置配合并协调的工作，这些自动机床和辅助设备依靠控制系统连成一个有机
的整体，以完成预定的连续的自动工作循环。自动工作线的可靠性很大程度上决
定于控制系统的完善程度和可靠性。
自动线的控制系统可分为三种基本类型：行程控制系统、集中控制系统和混
合控制系统。
行程控制系统没有统一发出信号的主令控制装置，每一运动部件或机构在完
成预定的动作后发出执行信号，起动下一个（或一组）运动部件或构件，如此连
续下去直到完成自动线的工作循环。由于控制信号一般是利用触点式或无触点式
行程开关，在执行机构完成预定的行程量或到达预定位置后发出的，因而称为行
程控制系统。行程控制系统实现起来比较简单，电器控制组件的通用性较强，成
本较低。在自动循环过程中，前一动作没完成，后一动作就得不到控制信号，因
而控制系统本身具有一定的互锁性。但是，当顺序动作的部件或机构较多时，行
程控制系统不利于缩短自动线的工作节拍；同时，控制线路电器组件增多，接线
和安装会变得复杂。
集中控制系统有统一的主令控制器发出各运动部件和机构顺序工作的控制
信号。一般主令控制器的结构原理是在连续或间歇回转的分配轴上安装若干凸轮，
按调整好的顺序依次作用在行程开关或液压（启动）阀上；或在分配圆盘上安装
电刷，依次接通电触点以发出控制信号。分配轴每转一周，自动线就完成一个工
作循环。集中控制系统是按预定的时间间隔发出控制信号的，所以也称为“时间
控制系统”。集中控制系统电气线路简单，所用控制组件较少，但其没有行程控
制系统那样严格的连锁性，后一机构按一定时间得到起动信号，与前一机构是否
已完成预定的工作无关，可靠性较差。集中控制系统适于比较简单的启动线，在
要求互锁的环节上，应设置必要的连锁保护机构。
混合控制系统综合了行程控制系统和集中控制系统的优点，根据自动线的具
体情况，将某些要求互锁的部件或机构用行程控制，以保证安全可靠，其余无互
锁关系的动作则按时间控制，以简化系统。混合系统大多在通用机床自动线和专
用（非组合）机床自动线中应用。
自动化生产的发展过程及新趋势
自动化生产线的发展过程
自动化制造的发展过程可分为五个阶段：
1）、第一阶段:刚性自动化：包括刚性自动化生产线和自动化单机。
刚性自动化技术在 20世纪 40--50年代已相当成熟。通过应用传统的机械设
计与制造工艺方法，采用专用机床和组合机床、自动化单机和自动化生产线进行
大批量的生产。其特点是高生产率和刚性结构，但很难实现生产产品的改变。这
一阶段的引入的新技术包括：继电器过程控制、组合机床等。
2）、第二阶段：数控加工包括数控（NC）和计算机数控（CNC）.
数控加工技术在 20 世纪 50--70 年代发展迅速并已成熟，但到了 70--80 年
代，由于计算机技术的发展，它迅速被计算机数控（CNC）取代。数控加工设备
包括数控机床加工中心等。数控加工的特点是柔性好、加工质量高-，适用于多
品种、中小批量（包括单件产品）的生产。这一阶段引入的新技术包括数控技术、
计算机编程技术等。
3）、第三阶段：柔性制造，包括计算机直接控制（DNC）、柔性制造单元
（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性加工线（FML）等。
柔性制造的特点是强调制造过程的柔性和高效率，适用于多品种、中小批量
生产。设计的主要技术包括成组技术（GT）、DNC、FMC、FMS、FML、离散系统理
论与方法、仿真技术、车间计划与控制、制造过程监控技术、计算机控制与通信
网络等。
4）、第四阶段：计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS（ComputerIntergratedManufactueringSystem简称 CIMS）既可以看作
是制造自动化发展的一个新阶段，又可以看作是包含制造自动化系统的的一个更
高层次的系统。CIMS在 20世纪 80年代以来得到了迅速的发展，其特点是强调制
造全过程的系统性和及成性，以解决现代企业生存和竞争的 TQCS 问题，即产品
上市快、质量好、成本低、和服务好。CIMS设计的学科和技术非常广泛，包括现
代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术等。
5）、第五阶段：智能制造系统（IMS）。
智能制造系统（IntelligentManufacturingSystem简称 IMS）是制造自动化
的发展方向。
自动化生产线的新趋势
随着科学技术的飞速发展和社会的不断进步，先进生产模式对自动化系统及
技术提出了多种不同的要求，这些要求也同时代表了机械制造自动化今后的发展
趋势。
1、高度智能集成化
2、人机结合的适度自动化
3、强调系统的柔性和敏捷性
4、功能扩展化
5、小型化
6、简单化
7、环保化
系统概述
（flexiblemanufacturingsystem）柔性制造系统
所谓 FMS是指将几台加工性质相同或不同的机器串联起来，透过计算机控制
程序，设计出具弹性变化的一贯作业生产流程。亦即 FMS系一群制程工作站所组
成的，这些工作站之间乃藉由自动化物料搬运与贮存系统加以连结，并借着一个
整合的计算机系统执行控制的功能。
FMS 为一种自动化的生产系统，以弹性的方式生产一种或多种零组件族群。
也就是经由共同的控制系统和输送系统串联成一群体之数个加工工具机，此群体
可以自动地进行加工作业，同时具有自动加工某一范围内之数种不同的工件。亦
即，FMS 是一条包含数个加工工具机之生产线，它可以在不需要停机调整之情况
下，自动进行加工数种不同之工件。FMS 是一个综合高层次分布式数据处理、自
动化物料流动、整合式物料处理与储运的系统。
所谓 FMS是指合理化而有弹性或多样性的加工系统，而至少具备三个机能，
即核心部份为自动化的加工系统、与加工系统有机结合的自动搬运系统、将加工
系统和自动搬运系统做统合控制的装置和结合的软件机能。
由以上定义 FMS看成以多样少量的机械加工为主，具备一般加工机能的工具
机、系统控制器、工件装卸站、物料搬运装置、工件运输装置、辅助设备、刀具
室和自动仓储，且同时具备高度的弹性和自动化为目标的一种生产系统。
基本概念（柔性制造单元＼柔性制造系统）
柔性制造单元：柔性制造单元（FMC，FlexibleManufacturingCell）是在制
造单元的基础上发展起来、具有柔性制造系统部分特点的一种单元。通常由 1至
3 台具有零件缓冲区、刀具换刀及托板自动更换装置的数控机床或加工中心与工
件储存、运输装置组成，具有适应加工多品种产品的灵活性和柔性，可以作为 FMS
中的基本单元，也可将其视为一个规模最小的 FMS，是 FMS 向廉价化及小型化方
向发展的一种产物。柔性制造单元适合多品种零件的加工，品种数一般为几十种。
根据零件工时和组成 FMC的机床数量，年产量从几千件到几万件，也可达十万件
以上。FMC的自动化程度虽略低于 FMS，但其投资比 FMS少得多而经济效益接近，
更适用于财力有限的中小型企业。目前国内外众多厂家都将 FMC列为发展的重点。
柔性制造系统：关于柔性制造系统（FMS，FlexibleManufacturingSystem）
的定义很多，下面列出一些权威性单位的定义。
美国国家标准局（UnitedStatesbureauofStandards）把 FMS 定义为：“由
一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其它联结装置上送到各
加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。中央计算机控制机床和传输系统，
柔性制造系统有时可同时加工几种不同的零件。”
美国政府称之为“由一组自动化的机床或制造设备与一个自动化的物料处理
系统相结合，由一个公共的、多层的、数字化可编程的计算机进行控制，可对事
先确定类别的零件进行自由地加工或装配的系统。”
国际生产工程研究协会指出“柔性制造系统是一个自动化的生产制造系统，
在最少人的干预下，能够生产任何范围的产品族，系统的柔性通常受到系统设计
时所考虑的产品族的限制。”
欧共体机床工业委员会认为“柔性制造系统是一个自动化制造系统，它能够
以最少的人干预，加工任一范围的零件族工件，该系统通常用于有效加工中小批
量零件族，以不同批量加工或混合加工；系统的柔性一般受到系统设计时考虑的
产品族限制，该系统含有调度生产和产品通过系统路径的功能。系统也具有产生
报告和系统操作数据的手段。”
在“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器装备柔性制造系统术语”中
的定义为“柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组
成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的
变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。”
简单的说 FMS是由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并
能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。
一个 FMS通常包括以下三部分：
能独立工作的数控机床或加工中心。数目一般在 20 台以下，较为适宜的规模是
5--10个加工工位。
在各机床、装卸站、缓冲站之间运送零件和刀具的传送系统。可以由运输带、托
板、有轨小车（RGV）、无轨小车（AGV）、机器人等单项或多项装置组成，运输
路线可粗略分为直线式、环形封闭式、网状式和直线随机式四类。
使系统中各部分协调工作的计算机控制系统。包括设计规划、工程分析、生
产调度、系统管理、监控及通讯等子系统。
在柔性制造系统中，加工零件被装夹在随行夹具或托盘上，自动地按加工顺
序在机床间逐个输送，工序间输送的工件一般不再重新装夹。专用刀具和夹具也
能在计算机控制下自动调度和更换。如果在系统中设置有测量工作站，则加工零
件的质量也能在测量工作站上检查，甚至进一步实现加工质量的反馈控制。系统
只需要最低限度的操作人员，并能实现夜班无人作业，操作人员只负责启停系统
和装卸工件。由于 FMS是一种具有很高柔性的自动化制造系统，因此它最适合于
多品种、中小批量的零件生产。对于生产规模为每批 200~2000 件产品的中批量
生产类型，采用 FMS 是比较经济的，这种类型的生产企业，估计有 50%~75%的零
件能用 FMS加工。但由于 FMS的投资很大，在建造 FMS时必须慎重。
柔性制造系统的国内外的发展状况
柔性制造系统是为解决多品种、中小批量生产效率低、周期长、成本高及质
量差等问题而出现的，而且由于社会经济发展的需要和科学技术发展提供的可能，
FMS在 1967年英国 Molins公司建造首条以来，已有了很大的发展。据统计，1985
年世界各国已投入运行的 FMS有 400套，1987年近 800套，而 1990年即达 1500
余套，年增长率为 30%以上，预计到本世纪末将有 2500~3500套投入运行。
1991年全世界对 FMS的投资达 140亿美元，其中欧洲占 50%。已投入运行的
FMS 主要分布在日本、美国、德国、俄罗斯、英国等工业发达国家。美国不仅是
最早把 FMS 用于生产的国家,而且现在在 FMS 硬件，尤其是软件方面是世界上水
平最高的国家；日本拥有的 FMS数目最多，但其小规模 FMC所占的比例也比较大；
德国的 FMS加工零件品种数可达 50~250种，是世界上柔性最强的系统。FMS使汽
车的换代周期由 15年缩短至不到 5年，节省 50%以上的劳动力，设备利用率提高
50%~100%，生产场地和在制品减少 50％以上，且可以降低成本 60％。
80年代后期 FMS已进入了实用阶段，形成了高技术产业。FMS在进入实用阶
段后不仅没有停滞或被取代，反而正在迅速发展。1989年美国未来技术预测有限
公司（.）对美国 FMS市场进行了调查和预测。其结果是 1990年美国 FMS交易额
为 亿美元，1991年为 亿美元，1992年和 1993年分别为 和
亿美元。平均年增长率为 10％；1991 年 Frost&sullivan 公司提交了一篇长达
230 页的 FMS 市场调查报告说，尽管 FMS 价格昂贵，但其销售额仍在增长。报告
说 1990年美国 FMS市场销售总额达 亿美元，预计 1995年可达 美元；
1991 年 5 月“制造自动化新闻”报道了欧州 1992 年 FMS 市场预测。预测认为，
欧州 1992年 FMS市场交易额将从 1990年的 亿美元跃至 30亿美元。这数字
虽因统计的内容没有统一规定，各公司间相互差异较大，但从发展趋势看却是完
全一致的，均呈增长态势。另外，1993年 9月在德国汉诺威举办的第十届金属加
工博览会（93'EMO）参展情况报道，共有 279家公司的 321个展台展出了回转零
件 FMS，棱体类零件 FMS，锻造加工 FMS，焊接、热处理、抛光等 FMS以及柔性装
配系统等柔性制造设备和技术；还有近 300个展台展出了与 FMS有关的工具、工
具识别监视、系统诊断、数据处理系统以及生产计划管理软件等展品。总之，无
论是从市场交易还是博览会展出情况都可看出 FMS仍在迅速发展。
1984是我国研制 FMS的起步时间，这个时间比国外晚了 17年。我国第一套
FMS系统是由北京机床研究所于 1985年 10月开发完成的(JCS-FMS-1)，用于加工
数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等共 20000 件/
年，它由 5台国产加工中心、日本富士电机公司的 AGV及 4台日本产的机器人组
成，其控制系统由 FANUC提供，据分析它的投资回收期约为两年半。1983年~1985
年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广西
柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批 FMS。1985年后
在国家机电部“七五”重点科技攻关项目的支持和国家 863高技术发展计划自动
化领域的工作的带动下，FMS 得到极大的重视和发展，进入了自行开发和部分进
口的交叉阶段。1988年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座的
JCS-FMS-2 系统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发 FMS 系
统的实力。近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上
海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施 CIMS，
又进口了一些国外的 FMS 系统。目前我国大约有 15 条左右的 FMS 投入调试和使
用，预计 FMS将在下世纪初在我国全面流行。
柔性制造系统的未来发展趋势
尽管我国的 FMS项目普遍暴露出安装调试时间长，性能不稳定以及不能满负
荷运转等许多不尽人意之处，但“七五”围绕 FMS开展的多项单元基本技术都已
取得可喜成果，为今后 FMS的研制打下了基础。目前 FMS的发展方向主要体现在
以下方面：
经济实惠的 FMC成为发展和应用的热门。这是由于 FMC的投资比 FMS少得多
而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业。
效率更高的 FML受到极大关注。多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等
工厂对 FML的需求引起了 FMS制造厂家的极大关注。采用价格低廉的专用数控机
床替代通用的加工中心将是 FML的发展趋势。
朝多功能方向发展。由单纯加工型 FMS进一步发展成兼具焊接、装配、检验、
钣材加工乃至铸、锻等多种制造功能的 FMS。
课题研究目的和意义
目的
通过本课题的设计与研究，培养学生综合运用所学知识，提高分析问题和解决问
题的能力，增加实践知识，使理论联系实践。学校教育偏重理论教育，课题设计
就是为使学生实践。“学以致用”才是学习的最终目的。
意义
毕业设计是一次锻炼学生能力的机会，通过作毕业设计使学生学会运用所学
知识，增加实践知识。
课题的研究设想、预期结果和意义
选题的研究设想
本课题是一个很多人都做过的课题，方案比较成熟，国内外都做了大量的研究。
我们再做不能照抄前人的成果，当然我们可以借鉴前人的某些的成功经验，也就
是说借鉴可以但一定要有自己独特的地方。扩大行程机构——齿轮齿条机构是一
个重要的因素，是个瓶颈，这也是我们最大的难点，以后必将花最大的精力。
我们有成型的技术，我们有成型的资料，我们有大量的理论作指导，我们有经验
丰富的老师指教。但我们没有实际经验，现在没有，一直到设计结束都不会有。
而且，我们不但没碰过，没动过，就是连见也没见过。所以我们注定只能纸上谈
兵。但我没有办法，没有选择，而且，必须做好。如何能做好，多读，多想，多
问，这是我们的无二选择。多读就是多看书，多想就是多思考，多问就是多请教。
三者环环相扣，缺一不可。
预期结果和意义
该设计的目的是为了实现工件在自动线上的流畅传输，保持柔性制造线结构的优
化。大大提高产品生产率，从而达到提高企业竞争力的最终目标。
第 2章工件输送装置分类及其方案选择
自动工件输送装置的分类
输送设备是物流系统中的重要设备。在制造系统中，输送设备起着人与工位、
工位与工位、加工与存储、加工与装配之间的衔接作用，同时具备物料的暂存与
缓冲功能，运用自动化的输送设备，可以加快物料流动速度，使各工序之间衔接
更加紧密，提高生产效率。
目前比较实用的自动化运输设备主要有三种：输送机（传送带）、运输小车
和搬运机器人。下面就简单的介绍一下这几种运输设备：
输送机
输送机（传送带）是较为古典的自动化输送设备，从结构方式上主要分为辊
道式、步伐式、链式、带式等，从空间位置和输送方式上又可分为台式和悬挂式。
辊道式输送机
辊道式输送机是以一定数量间隙的一系列辊子组成，是利用辊子的转动来输送工
件的输送机械，其结构比较简单。为保证工件能够在辊子上移动时的稳定性，输
送的工件或托盘的底部必须有沿输送方向连续的支承面。一般该支承面至少应该
接触四个辊子。
辊道式输送机一般分为无动力辊子和动力辊子两类。无动力辊子是依靠工件的自
重或人的推力使工件向前输送，自重式沿输送方向略向下倾斜。动力是辊子输送
机石油驱动装置通过齿轮或链轮或带传动使辊子转动，依靠辊子和工件间的摩擦
力实现工件的运送。
辊道输送机可以直线输送，也可用锥形辊子按扇形布置实现运输方向的改变，或
采用滚珠工作台实现运输线路的交叉。
步伐式输送机
步伐式输送机是自动线上常用的工件输送装置，尤其在加工箱体类零件的自动线
中使用最为普遍。最常见的是棘爪步伐式输送机。
图 是棘爪式输送机的动作原理图。在输送带 1 上转悠若干个棘爪 2，每一个
棘爪都可绕销轴 3转动，棘爪 2的前端顶在工件 4的后端，棘爪 2的下端被档销
5挡住。当输送带 1向前运动时，棘爪 2就带动工件移动一个步距 t；当输送带 1
回程时棘爪 2被工件压下，于是绕销轴 3回转而将弹簧 6拉伸，并从工件下面滑
过，待退出工件后，即抓又复而抬起。
图 棘爪步伐式输送机动作原理图
1—输送带 2—棘爪 3—销轴 4—工件
5—挡销 6—弹簧
输送带 1是支承在滚子上 2上作往复运动的，如图 所示。支承辊子通常
安装在底座上，支承辊子的数量应该 是
输送距离的大小而定，一般可每隔一 米
左右安装一个。输送时，工件 3 在两 条
支承板 5 上滑动，两侧限位板 4 是用 来
导向的。当工件较宽时用一条输送带 运
送工件容易歪斜，这时可用同步的两条输送带来推动工件。
图 输送带的支撑滚子
1—输送带 2—滚子 3—工件
4—限位板 5—支撑板
如图 所示，棘爪式步伐输送机由一个首端棘爪 1、若干个中间棘爪 2 和
一个末端棘爪 3装在两条平行的侧板 4和 5上所组成。由于输送带比较长，考虑
到制造及装配工艺性，一般都把它做成若干节，然后再用连板 6连接起来。输送
带中间的棘爪，一般都做成等距离的，但根据实际需要，也可将某些中间棘爪设
计成不等距的。自动线的手段或末端棘爪，与其相邻棘爪之间的距离，根据实际
需
要，
可
以
做得比输送布局短一些，但首端棘爪与相邻棘爪的间距至少应可容纳一个工件。
图 棘爪步伐式输送带
1—首端棘爪 2—中间棘爪 3—末端棘爪 4—上侧板
5—下侧 6—连板 7—销子
棘爪步伐式输送机动作简单，但当输送速度较高时，共建在到达终点时往往
因惯性作用向前超程而不能保证位置精度。此外，由于切屑掉入，偶尔也有棘爪
卡死、输送失灵的现象。为克服棘爪步伐式输送机的缺点，也可采用回转式步伐
输送机，图 所示为这种输送机的动作示意图。拨抓 2刚性固定在输送摆杆上，
工作时摆杆 1先回转一个角度，让拨爪 2卡住工件 3的两端，再向前输送一个步
距。输送完成后，输送摆杆 1反转使拨抓 2脱开工件，然后退回原位准备下一个
工作循环。这种输送机可以保证终止位置准确，输送速度较高。
回转步伐式输送机示意图
1—摆杆 2—拨爪 3—工件
链式输送机
链式输送机有多种形式，使用也非常广泛。简单的链式输送机由链条、链轮、
电动机、减速器、连轴器等组成。长距链条输送机还有张紧装置和链条支撑导轨，
链条由驱动链轮牵引，链条下面有导轨，支撑着链节上的套筒滚子。货物直接压
在链条上，随着链条的运动而向前移动。
输送链条多采用套筒滚子链，输送链与传动链相比，链条较长，质量大。一
般将输送链的节距制成普通传动链的 2倍或 3倍以上，这样可减少铰链个数，减
少链条质量，提高输送性能。链轮齿数队输送性能影响较大，齿数太少会使链条
运行平稳性变差，而且冲击、振动、噪声、磨损加大。根据链速度不同，最小的
链齿数可取 13--21齿。链轮齿数过多会使机构庞大，一般最多采用 120齿。
链式输送系统中，物料一般通过链条上的附件（即特殊链条）带动前进。附
件可用链条上的零件扩展而成，同时还可配置二级附件（如托架、料斗、运载机
构等）。用链条和托板组成的链板输送机也是一种广泛使用的连续输送机械.
悬挂式输送机
悬挂式输送机分为通用悬挂式和积放悬挂式输送机两种。
悬挂式输送机由牵引链条、滑驾小车、挂具、轨道、张紧装置、驱动装置、
转向装置和安全装置等组成。
通用悬挂式输送机是一种简单的架空输送机械，它有一台工字钢一类的型材
组成的架空单轨线路（如轨道），承载滑架上有滚轮，承受货物的重力，沿轨道
滚动。滑驾小车有链条牵引，由于架空线路一般为空间曲线，要求牵引链条在水
平和垂直两个方向上都有很好的挠性。链条可由链轮驱动，也可由履带式驱动装
置驱动。
积放悬挂式输送机是一种较复杂的、自动化程度较高的架空搬运机械，与通
用悬挂式输送机相比有下列不同之处：1、牵引链条与滑驾小车无固定连接，两
者各有各的运行轨道；2、牵引链条通过推头推动滑架小车运动；3、有岔道装置，
滑架小车可在有分支的输送线路上运行；4、设置停止器，滑架小车可在输送线
路上的任意位置停车。
悬挂式输送机使用于车间内成件物料的空中输送，在涂装、电镀等车间应用
相当广泛。悬挂式输送机具有节省空间，更容易实现整个工艺流程自动化的特点。
带式输送机
带式输送机是一种利用连续运动且具有挠性的输送带来输送物料的输送设
备，它主要由输送带、驱动装置、传动滚筒、托棍、张紧装置等组成。输送带是
一种环形封闭带状物，兼有输送和传载两种功能。传动筒依靠摩擦力带动输送带
运动，输送带全长有许多托棍支承，并且有张紧装置垃紧。带式传送及主要运送
散式物料，也有运送单件质量不大的工件。
根据运送的物料不同，输送带的材料可采用橡胶带、塑料带、绳芯带、钢网带等。
而橡胶带按用途又可分为强力型、普通型、轻型、井巷型、耐热型等。输送带的
宽度应比成件物料宽度大 50—100mm工件对输送带的比压应小于 5Kpa。
滚筒分为传动滚筒及改向滚筒。传动滚筒与驱动装置相连，其外表面用金属表面
时可包上一层橡胶层来增加摩擦系数。改向滚筒用来改变输送带的运行方向和增
加输送带在传动滚筒上的包角。驱动装置主要由电动机、连轴器、减速器、传动
滚筒等组成。输送带通常采用起动力矩较大的电动机在有负载下启动。
带式输送机常用于远距离传输物料。为防止在物料重力输送带自重造成的带
下垂，在输送带下面安装了许多托棍。其数量依据带长而定，当输送大件成件物
料时，上托棍间距应小于城建物料在输送方向上的尺寸的一半，下托轨间距一般
取上托轨间距的两倍左右。
张紧装置的作用是使输送带产生一定的预紧力，避免输送带在传动滚轮上打
滑，同时控制输送带在托轨间的挠度，以减少输送阻力，提高生产效率。
运输小车
输送小车分为有轨导向小车和无轨导向小车两类。无轨导向小车又叫自动导向小
车。
有轨导向小车（RGV）:
一般概念的有轨小车（RailGuidedVehicle）是指在铁轨道上行走由车辆上
的马达牵引着运送工件的小车。
所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。地面有轨小车结构牢固，承
载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，定位精度高。地面有轨小车多采用直
线或环线双向运行，广泛应用于中小规模的箱体类工件 FMS 中。高架有轨小车
（空间导轨）相对于地面有轨小车，车间利用率高，结构紧凑，速度高，有利于
把人和输送装置的活动范围分开，安全性好，但承载力小。高架有轨小车较多地
用于回转体工件或刀具的输送，以及有人工介人的工件安装和产品装配的输送系
统中。有轨小车由于需要机械式导轨，其系统的变更性、扩展性和灵活性不够理
想。有轨小车如图 所示。
图 有轨小车
A)地面轨道式 b)空间轨道式
无轨导向小车（AGV）
无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径
行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送
图
无轨
小车
（日
本
MURATA 公 司例）
小车。因为它没有固定式机械轨道，相对于有轨小车而被称为无轨小车，如图
所示。
无轨小车也叫自动导引小车（AutomaticGuidedVehicle——AGV）。无轨小车
由于其控制性能好，使 FMS很容易按其需要改变作业计划，灵活地调度小车的运
行；没有机械轨道，可方便地重新布置或扩大预定运行路径和运行范围以及增减
运行的车辆数量，有极好的柔性，在各种 FMS中得到了广泛应用。无轨小车按引
导方式和控制方法的分类见表 。
表 无轨小车引导方式的分类
有
径 引
导 方
式 是
指 在
地 面
上 铺
设 导
线、磁带或反光带制定小车的路径，小车通过电磁信号或光信号检测出自己的所
在位置，通过自动修正而保证沿指定路径行驶。无径引导自主导向方式中，地图
导向方式是在无轨小车的计算机中预存距离表（地图），通过与测距法所得的方
位信息比较，小车自动算出从某一参考点出发到目的点的行驶方向。这种引导方
式非常灵活，但精度低。惯性导向方式是在无轨小车中装设陀螺仪，用陀螺仪所
测得的小车加速度值来修正行驶方向。无径引导地面援助方式是利用超声波、激
光、无线电遥控等，依靠地面预设的参考点或通过地面指挥，修正小车的路径。
电磁引导电缆导向方式最早在无轨小车上实用化，其原理图如图 所示。
即在小车预定路径的地面上埋设引导电缆，让电缆中流过 5～10kHz的低压电流。
小车上装有对称的一组信号拾取线圈，检测磁场的强弱并转换成电压信号。当小
车偏向路径右方时，右方的感应信号减弱，左方的感应信号增强，小车的控制器
根据这些信号的强弱，判断与指定路径的偏离方向并随时修正，保证小车沿着预
电缆导向方式
电磁引导方式
磁带导向方式
连续导向带方式
有径引导方式
光学引导方式
断续导向带方式
地图导向方式
无径引导方式 自主导向方式
惯性导向方式
超声波灯台方式
激光灯台方式
遥控方式
栅板符号方式
直角棱镜设置方式
无径引导方式 地面援助方式
记号追踪方式
定的路径行驶。引导电缆被划分为若干段，小车调度系统采用分段控制的方法，
随时根据每个小车反馈回的位置信号修正控制指令，保证每段路径上只有一台小
车运行，以防止小车运行中相互距离过近而出现事故。这种方式要在地面开数厘
米深的沟，路径的变动仍不方便，而且，由于建筑物强度等方面的限制，不能在
多层工厂的楼层上面使用。
图 电磁引导原理图图 光学引导原理图
光学引导方式的原理如图 所示。沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的
反光带（铝带或尼龙带），小车上装有发光器和受光器。发出的光经反光带反射
后由受光器接受，并将该光信号转换成电信号控制小车的舵轮。反光带有连续粘
贴和断续粘贴两种方法，FMS 中常采用连续粘贴法。光学引导方式对于改变小车
的预定路径很方便，只要重新粘贴反光带即可，但反光带易污染和破损，不适合
油雾重、粉尘多、环境不好的车间。电磁引导方式因其引导电缆本身具有能量，
本身不具有能量，被称为无源引导方式。
无径引导方式中的激光灯台方式如图 所示。在无轨小车的顶部装有一个
可沿 360º 按一定频率发射激光的装置，同时在小车运行范围的四周一些固定位
置上放置反射镜片。当无轨小车运行时，不断接收到从图 激光灯台方式示意图
三个已知位置反射来
的激光束，经过运算后，
确定小车的位置，从而
实现导航引导。
生产中实际使用
的无轨小车目前基本
上都是有径引导方式，
无径引导方式在 FMS 应用中尚处于实验研究阶段。图 是无轨小车的实用例。
图 无轨小车的实用例
ST—物料装卸站 TC—数据传送器图
搬运机器人
机器人一词最早是由捷克剧作家卡雷尔.蔡佩克在他的剧本罗萨姆的万能机
器人中提出的，而工业机器人的概念则是美国杰罗格.C.德沃尔在 1954年的专利
ProgrammedArticalTransfer”中提出的。Robot的问世很早，但真正蓬勃发展的
时代是 80 年代和 90 年代，现在全世界有十万台以上的 Robot，应用在汽车机械
加工军工等各行各业。随着制造自动化系统的发展，工业机器人的一种——搬运
机器人在 MAS中的应用越来越广泛。如图 是日本三菱公司的机器人；图
是我国 JCS-FMS-1所使用的搬运机器人。
图 日 本 三 菱 公 司 生 产 的 机 器 人 图
-FMS-1使用的机器人
机器人的发展进程
搬运机器人是一种具有特定功能能够模仿人体功能的某些特点去进行作业
的自动化机器人，它能够代替人的局部功能，有时还能超过人的体力功能。例如
人不能长时间连续工作，机器人则可以 24 小时甚至更长时间连续重复运转。搬
运机器人还可以经受各种环境的考验，因此可以认为搬运机器人是人体局部功能
的延长和发展。搬运机器人与一般的机器人一样也经历三个主要进程：
第一代搬运机器人主要特征是示教再现型具备各种遥控操作器；
第二代搬运机器人的主要特征是带有传感系统可以离线编程，这种传感系统
使得机器人具有视觉触觉等功能，可以完成最精密的组件检测、装配物料的装卸
等；
第三代搬运机器人的主要特征是具备自治能力，不仅具备感觉功能而且根据
这些感觉，它还有一定的决策及规划能力，能根据人的命令按所处环境自行决策
规划出行动，可以自已按任务编制程序执行作业的机器人就是智能机器人，这种
机器人目前尚处于开发之中，因此在 MAS中目前应用的为第一代和第二代机器人。
机器人的组成及应用时需考虑的问题
1.搬运机器人一般由下述四部分组成
(1)机械主体它是搬运机器人的支撑者，是动作的基础部件，由它支撑着机
器人的“手”，机械主体有移动型和固定型二类，传动部件和驱动部件都安装在
机械主体内。
(2)“肘节”是支撑手作灵巧动作的一个环节，可以弯曲任意角度，也
可以回转 90°、180°或 270°。
(3)“手”它是搬运机器人接触工作物的部件，“手”还有手指和安全机械，
随着作业对象的不同也有不同的“手”供使用者选择。
(4)控制器它是机器人接受并记忆人的指令进行控制和运算，指挥机械主体、
肘节和“手”执行作业的关键部件。
具有感觉功能的机器人，传感器虽然装在机械主体或手的某个部位，但信息
均传至控制器，由控制器作出决策和推断，此机器人控制器涉及许多核心技术。
机器人控制器 RC(RobotController)与 CNC密切相关，RC大部分采用 CNC基础技
术，RC 采用的伺服部件和伺服电机可以从 CNC 配套的品种中解决。RC 采用的外
围设备也可以应用 CNC。
输送装置设计方案的选择
步伐式输送机设计思路
纵观国内外机械行业，自动化程度要求越来越高，随着对柔度和自动化的追
求，输送装置的好坏已成为制约企业竞争力的重要因素。在自动化制造系统高速
发展的 21 世纪，特别是柔性制造系统的越来越广泛的应用，对输送机械的要求
越来越高，不但要求全部的自动化，而且开始向智能方向发展
生产过程柔性化、灵敏化、智能化和信息化时都指出：需要将工程数学、激
光学、微电子技术、计算机技术、控制论、生物学、材料科学、管理科学、信息
科学以及人文科学知识综合利用。这些科学改变着机械制造业的面貌，而机械制
造技术的发展反过来为这些科学提供了新的工具，有利地促进着这些科学的进一
步发展。
自动化生产中的许多信息需要通过检测来提供，生产中出现的各种故障要通
过检测去发现和防止，所要求的精度也要靠检测来保证。没有可靠的检测就没有
现代自动化，便没有高效率、高精度和高质量。
基于对 FMS系统功能优化的考虑，考虑到各方面的因素，从设计简单、结构
紧凑、功能优化等多方面考虑，选择的输送机为步伐式输送机；又从使用范围和
节省成本等角度考虑，使用传统的棘爪输送带。可优化结构，而且成本较低，故
较为广泛的应用在重工业柔性制造系统中。
步伐式输送机总体结构设计
本步伐式输送机设计是基于柔性制造系统中的自动工件输送机的设计。设计
的步伐式输送机主要用于箱体类等大型成件工件的柔性加工或装配线上。主要由
三部分组成：
1、 驱动部分：是一个单自由度往复液压缸，由活塞杆的往复运动驱动自
动线上的输送带正常来回输送工件；
2、 传动部分：为实现在活塞杆的有限行程内尽可能的增加输送带的输送
距离，在此设计一齿轮齿条倍增行程机构，使输送距离是活塞杆有限行程的二倍；
3、 从动部分：使用棘爪式输送带，主要是基于其适用范围，选择棘爪式
较为简单方便。
以上三部分加上机架组成一个完整的步伐式运输机，它广泛应用于重工业柔
性制造系统中。
本章小结
本章主要进行了各运输设备类型的介绍和总体设计方案的选择。
在选择过程中，我选择了用于大型箱体类零件加工线上的棘爪式步伐式输送
机。主要是因为其结构简单，节奏和生产线零件节奏能适合，大大提高生产线进
度和效率。
其中我查阅了大量资料，对设计进行方案可行性论证。使我扩宽了眼界，增
长了见识，再一次感受到现代制造业飞速发展的脉搏。
第 3章输送机设计过程与计算
主动机构的设计
液压油缸运动特性分析
液压缸的载荷组成与计算
图 表示一个以液压缸为执行机构的液压系统计算简图。各有关参数标注
图上，其中是作用在活塞杆上的外部载荷，是活塞杆与缸壁以及活塞杆与导向套
之间的密封阻力作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷，导轨的摩擦力和由于
速度变化而产生的
图 活塞受力简图
1)工作载荷
重力 F=10kg=100N
2)导轨摩擦载荷
对于平导轨
()
式()中，G——运动部件所受重力（N）
——外载作用下导轨上正压力（N）
——摩擦系数
1) 惯性载荷
2) ()
3) 式()中，g——重力加速度；g=
——速度变化量
——启动，制动时间
一般取，—
摩擦系数
滑动导轨，铸铁对铸铁，启动时 —；低速时 —；高速时
—。
以上三种载荷之和称为液压缸的外载荷，除外载荷外，作用于活塞上的载荷
F 还包括液压缸密封处的摩擦阻力，由于各种缸密封材质和密封形式不同，密封
阻力难以精确计算，一般估算为
()
上式()中，——液压缸的机械效率，一般取 —
()
初选系统工作压力
，取 。
液压油缸的结构设计与计算
液压缸的设计计算：
由于本机构完成往复运动，故采用单活塞杆双作用液压缸
本机构要求液压缸固定不动，故采用尾部法兰型
液压缸的主要性能参数
1）液压缸的输出力
单杆活塞式
()
上式（）中——液压缸推力（KN）
——工作压力（MPa）
——活塞杆的作用面积（）
()
上式（）中 D——活塞杆直径（m）
2）单杆活塞式液压缸的拉力
()
上式()中——液压缸拉力（KN）
——工作压力（MPa）
——液压缸有杆腔作用面积（）
——活塞直径
d——活塞杆径
3）液压缸阻力
()
上式()中，——作用在活塞杆上的工作阻力
——液压缸在起动，制动或换向时的惯性阻力（KN）。
液压缸加速时起动时取正值，反之减速和制动时取负，等速动时=0。的计算式为
()
上式()中 M——活塞及运动部件的总重量（KN）
a——加速度（）
——除液压缸外，运动部件的摩擦阻力（KN）
——运动部件的自重（KN）对于立式设备，上行时取正值，
下行时取负值。
——液压缸活塞及活塞杆处的密封摩擦阻力（KN）通常用
液压缸的机械效率来反映，一般取=。
——回油背压阻力（KN）
4）液压缸的输出速度
i.单杆活塞式液压缸外伸时的速度
()
上式()中，——活塞（或柱塞）的外伸速度（）
qv——进入（或流出）液压缸的流量（）
——活塞的作用面积（）
D——活塞（或液压缸）直径（m）
ii：单杆活塞式液压缸活塞缩入时的速度
()
上式()中，——活塞的缩入速度（）
qv——进入（或流出）液压缸的流量（）
——活塞杆有杆腔作用面积（）
D——活塞直径（m）
d——活塞杆直径（m）
5）液压缸的作用时间
液压缸的作用时间 t为
()
上式()中，t——液压缸的作用时间（s）
v——液压缸的容积（）
A——液压缸的作用面积（）
活塞杆伸出时
活塞杆缩入时
S——液压缸行程（m）
qv——进入（或流出）液压缸的流量（）
6）液压缸的储油量
液压缸的储油量 V为
()
上式()中，V——液压缸的储油量（）
A——液压缸的作用面积（）
S——液压缸行程（m）
7）液压缸的输出功率
液压缸的输出功率 N为
N=F*V=*=()
上式()中，N——液压缸的输出功率（KW）
F——液压缸的输出力（KN）
V——液压缸的输出速度
液压缸主要几何尺寸的计算
液压缸的主要几何尺寸，包括液压缸的内径 D，活塞杆直径 d 和液压缸行程
等。
1）液压缸内径计算
工程上，计算液压缸的内径 D时，通常有两种方法：
内径 D计算公式可由式导出的()
上式()中，D——液压缸内径（m）
F——液压缸推力（KN）
P——选定的工作压力（MPa）
II：根据执行机构的速度要求和选定的液压系统来计算液压缸内径 D
计算公式可由式，导出
()
上式()中，D——液压缸内径（m）
qv——进入（或流出）液压缸的流量（）
V——液压缸输出速度（）
设计时，计算出的液压缸的内径应按表给出的钢筒内径尺寸系列圆整为标准
值。圆整为 。
2）活塞杆直径 d的计算
活塞杆直径的计算，通常也有两种方法。
I：根据速度比的要求来计算活塞杆直径 d
()
上式（）中，d——活塞杆直径（m）
D——液压缸直径（m）
——速度比
——活塞杆的缩入速度（）
——活塞杆的伸出速度（）
液压缸的往复运动速度比，一般有 2，，，，和 等几种。
下表给出了不同速度时活塞杆直径 d和液压缸内径 D的关系：
表 和 D的关系
d和 D的关系
设计中，根据压力的大小，选用速度比时可参考表
表 φ和 D的关系
和 D的关系
工作压力 P/—20〉20
速度比 ，22
II：根据强度要求来计算活塞杆直径 d
当活塞杆在稳定状态下，仅承受轴向载荷时，活塞杆直径按简单拉，压强度
计算，此时
（）
上式（）中[]——活塞杆材料的许用压力（MPa）
当活塞杆为碳钢时，[]=100—120MPa
同理，设计时，计算出的活塞杆直径 dj 应按表给出的活塞杆外径尺寸系列
调整成标准值 -34，取
3）液压缸行程 s的确定
液压缸行程 s，主要根据机构的运动要求而定，但为了简化工艺和降低成本，
应尽量采取表 -33----35给出的标准系列值。取 650mm。
液压缸结构参数的计算
液压缸的结构参数，主要包括缸筒壁厚，油口直径，缸底壁厚，缸头厚度等。
1）.缸筒壁厚的计算
I.标准液压缸外径，表 -59给出了工程机械用标准液压缸体外径系列。
II.按薄壁筒计算
对于低压缸系统或当时，液压缸缸筒壁厚一般按薄壁筒计算
（）
上式（）中，——液压缸缸筒壁厚（m）
——试验压力（MPa），工作压力 P16MPa 时，=;工作压力
P16MPa时，=。
D——液压缸内径（m）
[]——缸体材料的许用应力（MPa）
（）
式（）中——缸体材料的抗拉强度（MPa）
n——安全系数，n=—5，一般取 n=5
对于，锻钢[]=100—120MPa
铸钢[]=100—110MPa
钢管[]=100—110MPa
铸铁[]=60MPa
III.按中等壁厚计算
当时，液压缸缸筒属中等壁厚，此时
（）
上式（）中，——强度系数，对于无缝钢管。
c——计入璧厚及腐蚀的附加值，通常圆整到标准厚度值，取 20mm。
IV.缸体外径计算
（）
上式()中，——缸体外径（m），其中有关标准见表
2）液压缸油口直径的计算
液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度 V和油口最高液流速度而定
（）
上式（）中，——液压缸油口直径（m）
D——液压缸内径（m）
V——液压缸最大输出速度（）
——油口液流速度（）
3）缸筒壁厚计算
平形缸底，当缸底无油口时
（）
上式（）中，h——缸底壁厚（m）
D——液压缸内径（m）
——试验压力（MPa）
——缸底材料的许用应力（MPa）
当缸体有油孔时
（）
式（）中，——缸底油孔直径
4）缸头厚度计算
由于在液压缸缸头上有活塞杆导向孔，因此其厚度的计算方法与缸底有所不
同。
对于法兰式缸头，其计算方法如下：
1）螺纹连接法兰
（）
上式（）中，h——法兰厚度（m）
F——法兰受力总和（N）
d——密封环内经（m）
——密封环外径（m）
P——系统工作压力（Pa）
q——附加密封力（Pa）
若采用金属材料密封时，q值取其屈服点
——螺钉孔分布圆直径（m）
——密封环分布圆直径（m）
[]——法兰材料的许用应力（Pa）
传动机构的设计
有扩大行程作用齿轮齿条的结构设计
齿轮齿条主要是根据紧凑输送机结构的需求设计的。齿轮带动齿条实现倍增
行程，从而带动输送带运动。齿条分为动齿条和静齿条，静齿条固定在机架上，
在传动的过程中是静止的，它在齿轮的作用下左右运动，液压缸伸出时齿轮齿条
同时向右运动，动齿条与输送带相连，也向右运动。但齿轮和齿条的速度是不同
的，根据机械原理可知动齿条的速度是齿轮的两倍，转化为行程上体现在相同时
间内使输送带行程增倍。
选精度等级，材料及齿数
A)材料及热处理
由表 10-1选择齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，齿条材料为 45钢
（调质），硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS（原因：齿轮接触频率高）
B)精度
输送机为一般机器，速度不高，故选用 7级精度。
C)选齿轮和齿条齿数
齿轮齿数是根据结构和模数设计的，依据结构齿轮分度圆直径取为 90mm，根
据模数，取 3mm，则：
（）
齿条齿数，据，其中为分度圆上每一齿和空缺沿圆周的长度，则，而根据结
构齿条的带齿部分长 600mm，则：，取 64。
导轨及导轨与齿条接口设计
导轨不是标准件，甚至不是系列件，所以设计有很大灵活性，可以充分发挥
主观能动性，但是也有一定的不便，就是，我们找不到设计的根据，只能根据经
验和所学知识来设计。虽然我用了很多时间，但由于手里资料较少，导轨的形状
和尺寸都是不尽如人意。
本章小结
本章进行了本设计主要组成部分的设计，感觉问题还有许多。世界上不如意的事
有许多，但是只要能在实际中解决就可以了，理论最终的目标还是用于实际。所
以我又问了老师一些实际方面的东西，结合实际将所设计的进行又一次修改，直
至符合理想状态。在设计过程中感觉受益不浅，将所学用于设计就是一个学习的
再延伸过程。
结论
设计已经结束了，大学也已经到了尾声。做设计以前总不只道自己学了什么。
在这次设计的过程中我明白了大学都学了什么。在最后一次设计中，我选择了基
于 FMS系统中自动工件输送机的设计。虽然我以前没有接触过这方面的知识，但
在本次设计中我还是努力的去了解和设计了。通过这次设计我不仅综合应用了大
学四年所学的基础理论知识，如：机械设计，机械原理，液压传动，工程制图，
材料力学，理论力学等等，而且也走出了一个设计者的第一步，让我看到了一次
设计中的重重困难，但我也体会到了作为设计者取得成果的那种喜悦，虽然可能
是那么一小步，也给了我很大的鼓舞。在本次设计中我也看到了自己的不足。
这次设计满足设计要求，基本达到设计目标。
该方案的主要优点是：整个系统结构紧凑，能够完成自动运送工件的任务，
并使 FMS系统功能得到优化。
不足之处是考虑在实际应用遇到的问题不够，再者设计的结构本身也存在不
足之处，如齿轮齿条机构和输送带的连接机构设计的就不够小巧。这与我本人的
知识面有关，希望老师给予原谅。
参考文献
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[34]周士昌，液压系统设计.北京：机械工业出版社，.
致谢
毕业设计是我们大学四年知识的综合运用，是对能力的一次检验。在本次设计中，
尊敬的赵老师悉心指导，对我设计中的错误和不合理的地方给予认真指正，使我
的设计能力得到很大提高。在这十几周的设计中，我们每周开一次会，赵老师从
来没有因为任何理由不到。说句心里话，赵老师不仅教会了我怎样设计，更教会
了我怎样做人。在此，对我最尊敬的赵老师表示我最最衷心的感谢！
在毕业设计过程中，我还得到了班上许多同学的无私帮助，同学的友谊是无价的，
在此我只能能以真心对他们致以最诚挚的感谢！
由于本人所学知识有限，实际经验又少，加之时间仓促，虽然我已经很努力，
但设计中仍难免会存在一些错误和不合理的地方，希望老师能给予批评指正。
再一次衷心感谢帮助过我和支持我的老师和同学！
附录
◇对我们将要服务的人民、政府和社会要有十分清楚的认识；在工程学、
自然科学和人文科学方面要得到均衡的发展；既要形成合理的知识结构，又
要力争在自己感兴趣、有特长的学术领域内形成自己的专业特长。
◇强化知识更新，树立“终身受教育”的观念，已成为时代的呼唤。◇
“无知”——求知心切，永远把自己当作学生，问一些“傻”问题。
◇向别人学习，如果不比从书本上学习更重要的话，起码和那同等重要。
◇一定要充分利用生活中的闲暇时光，不要让任何一个发展自我的机会
溜走。
◇每个学员不撒谎，不欺骗，不盗窃，也决不容忍其它人这样做。◇个人
要服从集体或更大的整体，服从部队，服从一个团队。
◇纪律和军容是我们比其它学校甚至部队要求更严格的地方。◇最重要
的是，在关键的时刻能够坚持原则。
◇恪尽职守的精神比个人的声望更重要。
◇世界上极需这种人才，他们在任何情况下都能克服种种阻力完成任务。
◇我们要做的是让纪律看守西点，而不是教官时刻监视学员。
◇“魔鬼”隐藏在细节中，永远不要忽视任何细节。
◇千万不要纵容自己，给自己找借口。
◇哪怕是对自己的一点小的克制，也会使人变得强而有力。
◇为了赢得胜利，也许你不得不干一些自己不想干的事。
◇学会忍受不公平，学会恪尽职责。
◇只要充分相信自己，没有什么困难可以足够持久。
◇等待比做事要难得多。
◇要有信心，把握住自己的未来。
◇不要沉沦，在任何环境中你都可以选择奋起。
◇有耐心的人无往而不利。
◇确信无法突破的时候，首先要选择的是等待。
◇如果你没有选择的话，那么就勇敢地迎上去。
◇责任、荣誉、国家！
◇以林肯为榜样，汲取他的生活经验和奋斗精神。
◇只要你不认输，就有机会！
◇要培养各方面的能力，包括承受悲惨命运的能力。
◇冲动，绝不是真正英雄的性格。
◇适应环境，而不是让环境适应你！
◇历经严酷的训练是完善自我的必由之路。
◇速度决定成败。
◇不要怕有疯狂的想法，只要你肯努力。
◇首先要建立起自信心。
◇胜利，是属于最坚韧的人。
◇要敢于战胜一切恐惧！
◇要感谢生活中的逆境和磨难！
◇主动锻炼自己，培养果决的性格。
◇要立即行动，不要拖延。
◇现实中的恐怖，远比不上想象中的恐怖那么可怕。
◇目标要明确，信念要坚定。
◇只有自己去做，才可能知道能否成功。
◇做一个真正勇敢无畏的人。
◇要战胜恐惧，而不是退缩。
◇失败者任其失败，成功者创造成功。
◇要敢于“硬干”，不要怀疑自己。
◇没有什么不可能——“没有办法”或“不可能”常常是庸人和懒人的
托辞。
◇成功始于觉醒，心态决定命运！
◇任何个人，在危机来临时，都要想到打破常规。
◇要利用好经验，而不是受它们的束缚。
◇要敢于异想天开。
◇尽量多动脑，少出力。
◇要保持“头脑简单”，敢于去干所谓“办不到”的事情。
◇正确的战略战术比优势兵力更重要。
目录
第 1章 绪论错误！未定义书签。
课题的背景及国内外现状错误！未定义书签。
自动化生产线简介错误！未定义书签。
自动线的组成错误！未定义书签。
自动化生产的发展过程及新趋势错误！未定义书签。
FMS系统概述错误！未定义书签。
课题研究目的和意义错误！未定义书签。
课题的研究设想、预期结果和意义错误！未定义书签。
选题的研究设想错误！未定义书签。
预期结果和意义错误！未定义书签。
第 2章 工件输送装置分类及其方案选择错误！未定义书签。
自动工件输送装置的分类错误！未定义书签。
输送机错误！未定义书签。
运输小车错误！未定义书签。
搬运机器人错误！未定义书签。
输送装置设计方案的选择错误！未定义书签。
步伐式输送机设计思路错误！未定义书签。
步伐式输送机总体结构设计错误！未定义书签。
本章小结错误！未定义书签。
第 3章 输送机设计过程与计算错误！未定义书签。
主动机构的设计错误！未定义书签。
液压油缸运动特性分析错误！未定义书签。
液压油缸的结构设计与计算错误！未定义书签。
传动机构的设计错误！未定义书签。
有扩大行程作用齿轮齿条的结构设计错误！未定义书签。
导轨及导轨与齿条接口设计错误！未定义书签。
本章小结错误！未定义书签。
结 论错误！未定义书签。
参考文献错误！未定义书签。2
致 谢错误！未定义书签。
目录
第 1章绪论 1
课题的背景及国内外现状 1
自动化生产线简介 1
自动线的组成 1
自动化生产的发展过程及新趋势 6
系统概述 8
课题研究目的和意义 13
课题的研究设想、预期结果和意义 13
选题的研究设想 13
预期结果和意义 14
第 2章工件输送装置分类及其方案选择 15
自动工件输送装置的分类 15
输送机 15
运输小车 20
搬运机器人 25
输送装置设计方案的选择 26
步伐式输送机设计思路 26
步伐式输送机总体结构设计 27
本章小结 28
第 3章输送机设计过程与计算 29
主动机构的设计 29
液压油缸运动特性分析 29
液压油缸的结构设计与计算 31
传动机构的设计 39
有扩大行程作用齿轮齿条的结构设计 39
导轨及导轨与齿条接口设计 40
本章小结 40
结论 41
参考文献 42
致谢 44
摘要
自动线是从流水线的基础上发展起来的，它是把机床按工艺顺序依次排列，用自
动输送装置和其他辅助装置将他们联系起来，使之成为一个整体，并用液压或气
动系统与电气控制系统将各部分的动作联系起来，使其按规定的程序自动地进行
工作的柔性生产线。自动线由基本工艺设备、质量检查装置、以及各种辅助设备、
控制系统等所组成。自动工件输送机就是一种辅助设备，对自动线及整个 FMS系
统功能的优化有着举足轻重的作用。它将实现各台机床之间工件转运、位置变化
和工件在夹具中的定位和夹紧等一系列动作的柔性自动化。
本设计是基于柔性制造系统中的自动工件输送机的设计。设计的步伐式输
送机主要用于箱体类等大型成件工件的加工或装配线上。主要由三部分组成：
1、驱动部分：是一个单自由度往复液压缸，由活塞杆的往复运动驱动自动
线上的输送带正常来回输送工件；
2、传动部分：为实现在活塞杆的有限行程内尽可能的增加输送带的输送距
离，在此设计一齿轮齿条倍增行程机构，使输送距离是活塞杆有限行程的二倍；
3、从动部分：使用棘爪式输送带，主要是基于其适用范围，选择棘爪式较
为简单方便。
以上三部分加上机架组成一个完整的步伐式输送机，它广泛应用于重工业柔
性制造系统中。
关键词：柔性制造系统；自动线；输送机
ABSTRACT
linkedautomaticalbytheautotransitionequipsandotherassistancesequips,M
tocontroleachpartofactioncontactedinthesystem,maketheworkactionsbythe
ruleprocedurecarriedontheFlexibleManufacturingautomaticlineismadeupof
thebasiccraftequipments,Thequantitycheckdevice,andvariousassistanceeq
uipments,
dofassistanceequipments,It’sveryimportanttotheautomaticlineandhaveth
eprominentfunctioninthewholeFMSsystemfunction’swillcarryoutaseriesac
tionsoftransportingaworkpiece,positionmoving,theworkpieceinthefixedpo
sitioninthetongsandclipmakethemmoreflexibleandautomation.
ThisdesignfortheautomaticworkpiecetransportorsdevicewhichbasedbytheFl
exibleManufacturingsteptypeoftransportordevicesmainlyusedforalargebox
ofbody'sandworkpiecestoprocessorassembleon-’sconstructedbythreeparts
:
1、Drivingpart:
Asinglefreedomliquidurnmovedbackandforth,thepistonpoledrivingthea
utomaticon-linebeltconveyerfromthebackandforthtotransporttheworkpiece
normallybackandforth.
2、Movingpart:
Fortherealizationinthelimitedrouteofthetravelofthepistonpolepossi
blytoincreasethebeltconveyertransportdistance,designhereadoublyrouteo
ftravelstruct,maketheconveyer’stransportdistanceisalimitedroutetwoti
mesthanthetraveldistanceofpistonpole.
3、Drivedpart:
Usetheclawtypebeltconveyer,mainlyaccordingtotheapplyscope,choose
theclawtypebecauseofthesimpleconvenience.
Abovethreepartsandconveyancemachinethatconstitutesawholemachine,
It’sextensivelyapplyintheflexiblemanufacturingsystemofheavyindustry.
Keywords ： flexiblemanufacturingsystem ； automaticmaufacturingline ；
transmissionmachines
