AL3激光切割柔性生产线的布局及上下料系统设计与研究

摘要

自从激光问世五十余年以来，随着科技的进步和社会经济的发展，激光技术得到飞速的发展，尤其激光加工技术在钣金加工方面得到广泛的应用。然而随着客户对钣金加工生产线的个性化定制要求不断提高，为了减少劳动力成本，提高生产效率，使单一的数控激光板材加工向着高智能化、高自动化的数控激光钣金柔性生产线方向发展。目前正在研发的由光纤激光切割机与自动生产线有机联接的AL3(Automatic Laser3m)数控激光切割柔性生产线，能够减小有效加工时间，降低成本，最大程度地提升设备的综合产能。在此研究过程中如何提高生产线的工作效率，仍然是工程设计人员面临的难题。本文主要研究了AL3数控激光切割柔性生产线的布局;对AL3数控激光切割柔性生产线中上下料系统进行了设计与研究;测试分析了下料系统横梁的动态性能，使得数控激光切割柔性生产线的工作效率大大提高。本文研究主要内容如下:
　　1)首先对AL3数控激光切割柔性生产线各个系统单元的选用、用途和特点以及各个系统单元在AL3数控激光切割柔性生产线中的作用进行了阐述，并研究了AL3数控激光切割柔性生产线的布局，给出了五种不同的排布方案，并通过各个方案之间的比较，得出AL3数控激光切割柔性生产线的最佳布局方案。
　　2)然后对AL3数控激光切割柔性生产线上下料系统进行了设计，提出了上下料系统设计中的两个关键性问题，一是上下料系统的导轨系统设计，二是上下料系统的横梁设计。对于上下料系统的导轨系统设计，通过对传统的滚动导轨和新型的滚轮导轨两种设计方案的性能、优缺点及加减速度曲线进行比较，得出滚轮导轨方案更加可行，性能更加优越;对于上下料系统的横梁设计，采用SolidWorks三维设计软件和MIDAS NFX有限元软件对上下料系统的横梁进行建模、静力分析、模态分析及结构改进设计，得到可行的横梁结构，对AL3数控激光切割柔性生产线上下料系统的横梁设计具有一定的指导意义。
　　3)最后对AL3数控激光切割柔性生产线下料系统横梁的动态性能进行测试，主要包括动位移和加速度测试，得到下料系统的最佳工况:下料系统走线速度为100m/min，加速度为0.4042g(3.96m/s2)，在此工况下上下系统的上下料循环时间与客户要求的40s相比减少了26.5％;同时得到下料系统较好的额定工况:下料系统走线速度为150m/min，加速度为0.5062g(4.96m/s2)，在此工况下上下料系统的上下料循环时间与客户要求的40s相比减少了38.6％，大大提高了AL3数控激光切割柔性生产线的工作效率。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 柔性生产线的分类及研究现状

1．1．1 偏刚性的柔性生产线

1．1．2 混合型柔性生产线

1．1．3 偏柔性的柔性生产线

1．2 钣金柔性生产线的发展方向

1．3 钣金自动上下料系统发展现状

1．4 研究背景及意义

1．5 本文主要研究内容

1．6 本章小结

第二章 AL3数控激光切割柔性生产线布局研究

2．1 AL3数控激光切割柔性生产线的组成

2．1．1 激光切割系统

2．1．2 单列料库系统

2．2．3 上下料系统

2．2．4 物流系统及控制系统

2．2 AL3数控激光切割柔性生产线的布局

2．3 本章小结

第三章 AL3数控激光切割柔性生产线上下料系统设计

3．1 上下料系统结构设计

3．2 上下料系统的导轨系统设计

3．2．1 直线滚动导轨

3．2．2 直线滚动导轨设计分析

3．2．3 上下料系统的直线滚动导轨设计

3．2．4 新型滚轮导轨直线运动系统设计

3．2．5 滚轮导轨系统寿命计算

3．2．6 滚轮导轨与直线滚珠导轨比较

3．3 上下料系统的横梁设计

3．3．1 线性静力分析与模态分析理论

3．3．2 上下料系统的横梁模型简化及网格划分

3．3．3 上下料系统的横梁静力分析与模态分析

3．3．4 上下料系统的横梁结构改进设计

3．4 本章小结

第四章 下料系统横梁动态性能测试

4．1 下料系统横梁动态性能测试条件

4．2 下料系统横梁动位移测试及数据结果分析

4．2．1 测试方案

4．2．2 各工况下位移测试波形图

4．2．3 各测点位移测试结果及分析

4．2．4 各测点的动挠度

4．3 下料系统横梁加速度测试及数据结果分析

4．3．1 测点位置示意图

4．3．2 各工况下加速度测试波形图

4．3．3 各测点加速度测试结果及分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要发表的论文

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