轨道交通用牵引梁组焊装备的制作方法

1.本实用新型属于轨道交通车体构架制造技术领域，涉及一种轨道交通用牵引梁组焊装备。


背景技术：

2.轨道交通用牵引梁为车辆牵引的关键部件，车辆通过牵引梁将牵引力传递到车辆转向架而实现车辆运行。牵引梁起到缓冲、牵引的作用。牵引梁位置示意图如图1所示。
3.现有技术为人工手工组装以及手工焊接。手工组焊流程为：牵引梁型材、牵引梁板材件等零部件人工组装、焊接，见图2。部分牵引梁部件还需要清根处理(使用风动铣削工具将反面焊缝铣削加工掉消除焊接缺陷)见图3。然而人工清根较危险且清根质量不能得到保证经常会出现清根不彻底造成焊缝未熔合、未焊透的情况发生。生产过程存在人员伤害的可能性很高同时产品焊接质量存在一定的隐患。
4.同时牵引梁中零部件较少，相对定位也较困难。会造成组焊后产品尺寸不一致对后续产品总成焊接造成较大影响。而且焊接质量要求高，手工组装无法保证焊接位置零部件相对平齐极易在装配过程中发生错边，最终影响了牵引梁产品的受力均匀性，最终导致产品抗疲劳性能下降。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种轨道交通用牵引梁组焊装备，本实用新型可提高轨道交通用牵引梁部件组装的一致性，提高部件装配精度，减少人为因素对产品造成不可逆的偏差影响；提高产品牵引梁部件焊接生产的安全系数。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.轨道交通用牵引梁组焊装备，包括机器人本体和牵引梁组焊工装，机器人本体包括焊接机器人和清理、预热、清根机器人，牵引梁组焊工装包括基板以及设置在基板上的端部定位、板材件垂向液压压紧装置、液压侧向推紧装置、侧向定位及型材垂向压紧装置，其中，端部定位位于牵引梁板材件的底部直角边方便定位；板材件垂向液压压紧装置从上方将牵引梁板材件压紧固定；液压侧向推紧装置通过液压缸从外侧向牵引梁板材件的侧面直角边以及牵引梁型材外侧面进行推紧固定；侧向定位及型材垂向压紧装置对牵引梁型材的内侧面定位和对牵引梁型材垂向压紧固定。
8.进一步地，所述组焊装备设有多个组焊工位，在组焊工位之间设有所述焊接机器人和清理、预热、清根机器人。
9.进一步地，所述组焊工位上均设置有变位机，变位机上设有所述牵引梁组焊工装。
10.进一步地，所述牵引梁组焊工装包括三种类型：类型1工装适用于牵引梁长度超过2000mm且只有一条焊缝的头车牵引梁的组焊；类型2工装适用于牵引梁长度为1740mm至1785mm之间的2种类型的头车牵引梁的组焊；类型3工装适用于牵引梁长度分别为1472mm至
1572mm之间的2种类型的中车间牵引梁的组焊。
11.进一步地，所述类型1工装对称设置，包括两套所述端部定位、板材件垂向液压压紧装置、液压侧向推紧装置、侧向定位及型材垂向压紧装置。
12.进一步地，所述类型2工装包括四套所述端部定位、板材件垂向液压压紧装置、液压侧向推紧装置、侧向定位及型材垂向压紧装置，两两相同。
13.进一步地，所述类型3工装左右对称设置，包括四套所述端部定位、板材件垂向液压压紧装置、液压侧向推紧装置、侧向定位及型材垂向压紧装置，上下两套之间首尾呼应。
14.与现有技术相比，本实用新型的优点如下：
15.(1)操作人员数量明显减少
16.利用本实用新型的装备实施全自动焊焊接工艺后，生产操作人员可减少40％。原手工焊需要5人，目前只需3人。且焊接操作人员不再需要技能过硬人员只需要懂得操作设备会处理常见焊接缺陷人员即可满足生产要求。
17.通过对比可明显发现生产操作人员明显较少，人员的减少降低了人工成本。且工作环境、劳动强度得到改善。
18.(2)生产节拍大幅提升(按生产焊接工序计)
[0019][0020]
通过对比可明显发现生产效率得到了较大的提高，提高了单日产能，能够满足产品的交付需求同时进一步节约了人工成本。
[0021]
(3)焊接质量提高、适合流水线作业
[0022]
自动焊焊接的产品一致性较好，适合大批量流水线生产；
[0023]
自动焊焊缝熔深大，焊接质量好；
[0024]
可降低劳动强度，只需将部件按照工序放置在相应位置即可同时工装上有检测设备可有效防错，与手工焊相比减少了人为因素的影响；
[0025]
清根由设备完成且整体设备有相关安全保护，生产过程更安全。
附图说明
[0026]
图1是牵引梁位置示意图；
[0027]
图2是牵引梁结构示意图；
[0028]
图3是牵引梁焊缝清根示意图：(a)牵引梁双面焊缝设计图；(b)牵引梁未清根前状态示意图；(c)牵引梁清根后状态示意图；
[0029]
图4是机器人本体：机器人工作站的示意图；
[0030]
图5是变位机示意图；
[0031]
图6是以往激光寻位检测位置示意图；
[0032]
图7是经优化后的检测位置示意图；
[0033]
图8是焊接工装类型1；
[0034]
图9是焊接工装类型1激光寻位检测位置示意图；
[0035]
图10是焊接工装类型2；
[0036]
图11是焊接工装类型2激光寻位检测位置示意图；
[0037]
图12是变位机旋转示意图；
[0038]
图13焊接工装类型3；
[0039]
图14是焊接工装类型3激光寻位检测位置示意图；
[0040]
图15是工件相对工装位置关系图；
[0041]
其中，a-牵引梁，a1-牵引梁板材件，a2-牵引梁型材，a3-板材与型材焊接区域；b-底架；c-转向架与车体连接位置；d-车辆连挂位置；e-焊接机器人；f-清理、预热、清根机器人；g1-第一焊缝，g1a-以往第一焊缝检测位置，g1b-优化后第一焊缝检测位置；g2-第二焊缝，g2a-以往第二焊缝检测位置；g3-第三焊缝，g3a-以往第三焊缝检测位置，g3b-优化后第三焊缝检测位置；g4-第四焊缝，g4a-以往第四焊缝检测位置，g4b-优化后第四焊缝检测位置；h-轮廓检测位置；
[0042]
i-工装，i1-端部定位，i2-板材件垂向液压压紧装置，i3-液压侧向推紧装置，i4-侧向定位及型材垂向压紧装置；
[0043]
l1-焊缝寻位位置，l2-端部起始寻位位置，l3-端部终止寻位位置，l4-圆弧段焊缝寻位位置，l5-焊缝间隙检测位置，l6-侧部寻位位置。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
[0045]
本实用新型的轨道交通用牵引梁组焊装备采用全自动机器人(机器人本体)配合高精度焊接工装来实现。对产品的种类进行梳理归纳以最优的工艺设计出牵引梁产品专用组装焊接工装(组焊工装)，并通过大量的焊接实验来验证机器人与激光寻位算法程序和焊接工艺。
[0046]
一、关于机器人本体：机器人本体具备焊前检测功能、自动清枪功能、自动装夹及物料检测功能、自动焊前及焊接层间清理功能、自动火焰预热功能、变位机联动功能、断丝监测功能、焊接计数功能、自动清根功能。如图4和图5所示，焊接机器人e和清理、预热、清根机器人f位于焊接工位1和焊接工位2之间，焊接工位1和焊接工位2上均放置有变位机，变位机上设有组焊工装，关于组焊工装下文有详细描述。
[0047]
焊接机器人e专职负责焊接作业，焊前会使用激光寻位设备对工件进行扫描确定工件位置，通过计算得到组装偏差量并能够自动修正焊接轨迹。本发明着重对现有激光寻位设备进行了优化，使得检测更加稳定高效。以往激光检测需对每条焊缝进行检测且每条焊缝要根据焊缝长度等距检测(最少需检测3点)，且只能检测实际焊缝与理论的偏差，而且对组焊工装的依赖过重，如组装定位偏差过大则无法将偏差量检出无法实现检测功能，如图6所示。经过优化本发明可不需要对每条焊缝进行检测，通过对焊接机器人e增加偏移变量(产品下料尺寸作为偏移变量数据)和检测数据比对可换算出相邻焊缝位置，同时检测工件的始末位置可对工件位置进行确定。本发明中优化的检测可减小工件自动化组焊对工装
夹具的依赖对设备成本控制有利，同时简化了检测流程节约了生产时间对生产效率提升起积极作用。经过对激光寻位检测的优化组焊工装成本减少42％，检测效率提升25％，如图7所示。
[0048]
经过优化，激光寻位检测位置以及作用归纳如下：
①
端部起始寻位位置l2，检测工件起始位置，用于标定工件相对焊接工装的位置(左右位置偏差、与水平基站面的角度偏差，相对偏差位置关系见图15)；
②
端部终止寻位位置l3，检测工件结束位置，与端部起始寻位位置检测数据比对可以精确定位焊接工装上工件的位置，并将位置信息反馈焊接程序自动调整焊接轨迹。对比的检测数据也可对焊缝间隙进行检测能够确保焊丝始终在焊缝间隙的中间位置避免出现未熔合的焊接缺陷出现；
③
焊缝寻位位置l1，检测焊缝相对工件装夹位置以及板材件与型材之间的组装间隙，起定位焊缝位置、确定焊接方向以及控制焊丝相对焊缝间隙位置的作用；
④
侧部寻位位置l6(适用于2块板材件的牵引梁部件)，用于检测2块板材件的相对位置关系，结合焊缝寻位位置检测数据可有效定位板材件与型材之间的焊缝位置；
⑤
焊缝间隙检测位置l5(适用于2块板材件的牵引梁部件)，只检测焊缝装配间隙确保焊丝始终在焊缝间隙的中间位置，并结合端部寻位检测数据可定位2块板材件的左右位置进而定位2块板材件之间焊缝位置。
[0049]
清理、预热、清根机器人f通过根更换不同的工具实现：
①
焊前、层间清理工作；
②
火焰预热；
③
清根作业。
[0050]
注：以上两台机器人能够协同工作，实现机器人使用率最大化。焊接工位1与焊接工位2组装不同类型的牵引梁a，当焊接工位1焊接作业时，清理、预热、清根机器人f可在焊接工位2执行焊前清理或预热或层间清理或清根作业。能够将机器人的利用率提高23％左右。
[0051]
二、牵引梁组焊工装：
[0052]
根据目前主流轨道交通牵引梁a类型较多，为了减少自动化焊接工装夹具的数量，本发明对现有牵引梁a进行了归纳总结，现总结出2大类：即头车牵引梁和中间车牵引梁。头车牵引梁根据部件尺寸又分为2小类。故目前设计发明了三种牵引梁组焊工装。牵引梁产品具体分类见下表：
[0053]
表1牵引梁产品分类明细
[0054]
牵引梁产品尺寸适用车型工装类型分类长度2220mm头车类型1长度2920mm头车类型1长度1745mm头车类型2长度1740mm头车类型2长度1780mm头车类型2长度1785mm头车类型2长度1472mm中间车类型3长度1572mm中间车类型3
[0055]
2.1类型1工装i。类型1工装i采取柔性化设计能够满足2种类型头车牵引梁的组焊，两种牵引梁长度均超过2000mm且只有一条焊缝，能够通过对端部以及牵引梁型材a2定位位置限定实现焊接工装的通用化。
[0056]
如图8所示，类型1工装i包括基板以及设置在基板上的端部定位i1、板材件垂向液压压紧装置i2、液压侧向推紧装置i3、侧向定位及型材垂向压紧装置i4。其中，端部定位i1位于牵引梁板材件a1的侧面(底部直角边)方便定位；板材件垂向液压压紧装置i2从上方将牵引梁板材件a1压紧固定；液压侧向推紧装置i3通过液压缸从外侧向牵引梁板材件a1的侧面直角边以及牵引梁型材a2外侧面进行推紧固定；侧向定位及型材垂向压紧装置i4兼具工装内侧定位功能(对牵引梁型材a2的内侧面定位)以及对牵引梁型材a2垂向压紧固定。
[0057]
优选的，该工装可对称设置，在工装基板上设有两套端部定位i1、板材件垂向液压压紧装置i2、液压侧向推紧装置i3、侧向定位及型材垂向压紧装置i4。
[0058]
组焊工装作业流程：首先将牵引梁型材a2与侧向定位及型材垂向压紧装置i4紧密贴合；后将牵引梁板材件a1放置在工装装件位置上，启动设备通过液压缸推动液压侧向推紧装置i3将牵引梁板材件a1组装到位。而后焊接机器人e携带激光寻位设备按照图9检测位置对部件进行检测。检测结束后清理、预热、清根机器人f携带激光清洗设备将焊接区域铝合金表面的氧化层清除干净、携带火焰预热设备将焊接区域预热至60-80℃。预热完成后焊接机器人开始焊接作业。焊接作业间隙清理、预热、清根机器人f携带激光清洗设备将层间焊缝表面黑灰清理干净。直至完成所有焊缝的焊接作业。
[0059]
2.2类型2工装i。类型2工装i采取柔性化设计能够满足4种类型头车牵引梁的组焊，4种牵引梁长度均在1740mm至1785mm之间，能够通过对端部以及牵引梁型材a2定位位置限定实现4种牵引梁部件相对焊接工装位置确定，同时通过液压侧墙推紧装置可实现不同类型板材件的自动化装配，以上两方面实现了焊接工装对于4种类型牵引梁产品的兼容。
[0060]
如图10所示，类型2工装i包括基板以及设置在基板上的端部定位i1、板材件垂向液压压紧装置i2、液压侧向推紧装置i3、侧向定位及型材垂向压紧装置i4。其中，端部定位i1位于牵引梁板材件a1的侧面(底部直角边)方便定位；板材件垂向液压压紧装置i2从上方将牵引梁板材件a1压紧固定；液压侧向推紧装置i3通过液压缸从外侧向牵引梁板材件a1的侧面直角边以及牵引梁型材a2外侧面进行推紧固定；侧向定位及型材垂向压紧装置i4兼具工装内侧定位功能(对牵引梁型材a2的内侧面定位)以及对牵引梁型材a2垂向压紧固定。
[0061]
优选的，该工装i的基板上设置两组端部定位i1、板材件垂向液压压紧装置i2、液压侧向推紧装置i3、侧向定位及型材垂向压紧装置i4。每组中各设两套端部定位i1、板材件垂向液压压紧装置i2、液压侧向推紧装置i3、侧向定位及型材垂向压紧装置i4，每套首尾呼应设置。该设计的目的是为了提高设备利用率，能够实现一次装夹完成多类牵引梁产品的焊接作业。同时可兼顾单类牵引梁产品的焊接作业要求，节省工装数量，节约设备成本。
[0062]
焊接工装作业流程：首先将牵引梁型材a2与侧向定位及型材垂向压紧装置i4紧密贴合，后将牵引梁板材件a1放置在工装装件位置上，启动设备通过液压缸推动液压侧向推紧装置i3将牵引梁板材件a1组装到位。而后焊接机器人e携带激光寻位设备按照图11检测位置对部件进行检测。检测结束后清理、预热、清根机器人f携带激光清洗设备将装件面(图示面)焊缝焊接区域铝合金表面的氧化层清除干净、携带火焰预热设备将焊接区域预热至60-80℃。预热完成后焊接机器人e开始装件面焊缝焊接作业，焊接作业间隙清理、预热、清根机器人f携带激光清洗设备将装件面焊缝层间焊缝表面黑灰清理干净。直至完成所有装件面内焊缝的焊接作业。最后变位机顺时针旋转180
°
(见图12，单轴变位机按照图示方向和图示反方向进行旋转。完成清根侧焊缝的清根、焊接工作)，即装件面反面向上，“清理、预
热、清根机器人”携带清根设备将对焊缝进行清根作业，清根深度3mm(清根深度根据激光寻位检测数据自动调节)。清根完成后依照装件面焊接流程完成清根面焊缝的焊接。
[0063]
2.3类型3工装i。类型3工装i采取柔性化设计能够满足2种类型中间车牵引梁的组焊，目前2种牵引梁长度分别为1472mm和1572mm，能够通过对端部以及牵引梁型材a2定位位置限定实现2种牵引梁部件相对焊接工装位置确定，同时通过液压侧墙推紧装置可实现不同类型板材件的自动化装配，以上两方面实现了焊接工装对于2种类型牵引梁产品的兼容。
[0064]
如图13所示，类型3工装i包括基板以及设置在基板上的端部定位i1、板材件垂向液压压紧装置i2、液压侧向推紧装置i3、侧向定位及型材垂向压紧装置i4。其中，端部定位i1位于牵引梁板材件a1的侧面(底部直角边)方便定位；板材件垂向液压压紧装置i2从上方将牵引梁板材件a1压紧固定；液压侧向推紧装置i3通过液压缸从外侧向牵引梁板材件a1的侧面直角边以及牵引梁型材a2外侧面进行推紧固定；侧向定位及型材垂向压紧装置i4兼具工装内侧定位功能(对牵引梁型材a2的内侧面定位)以及对牵引梁型材a2垂向压紧固定。
[0065]
优选的，该工装i的基板上设置两组端部定位i1、板材件垂向液压压紧装置i2、液压侧向推紧装置i3、侧向定位及型材垂向压紧装置i4，两组之间对称设置。每组中各设两套端部定位i1、板材件垂向液压压紧装置i2、液压侧向推紧装置i3、侧向定位及型材垂向压紧装置i4，每套之间首尾呼应设置。该设计的目的是为了提高设备利用率，能够实现一次装夹完成多类牵引梁产品的焊接作业。同时可兼顾单类牵引梁产品的焊接作业要求，节省工装数量，节约设备成本。
[0066]
焊接工装作业流程：首先将牵引梁型材a2与侧向定位及型材垂向压紧装置i4紧密贴合，后将牵引梁板材件a1放置在工装装件位置上，启动设备通过液压缸推动液压侧向推紧装置i3将牵引梁板材件a1组装到位。而后焊接机器人e携带激光寻位设备按照图14检测位置对部件进行检测。检测结束后清理、预热、清根机器人f携带激光清洗设备将装件面(图示面)焊缝焊接区域铝合金表面的氧化层清除干净、携带火焰预热设备将焊接区域预热至60-80℃。预热完成后焊接机器人开始装件面焊缝焊接作业，焊接作业间隙清理、预热、清根机器人f携带激光清洗设备将装件面焊缝层间焊缝表面黑灰清理干净。直至完成所有装件面内焊缝的焊接作业。最后变位机顺时针旋转180
°
(见图12)，即装件面反面向上，清理、预热、清根机器人f携带清根设备将对焊缝进行清根作业，清根深度3mm(清根深度根据激光寻位检测数据自动调节)。清根完成后依照装件面焊接流程完成清根面焊缝的焊接。
[0067]
三种类型的焊接工装全部采用液压缸压紧，与设备plc关联具备全自动分批次压紧能力，该技术可实现一次装夹完成定位和焊接的功能(以往是人工依据部件大概位置进行定位再进行焊接一致性差、产品尺寸偏差严重，目前设计的焊接设备可以实现定位、焊接在同一工装上完成)，既可以确保定位准确又不限制焊接，同时节省了大量时间可提高生产效率。
[0068]
整个装备的工作流程：
①
人工将零件或部件放置在工装对应位置上，通过按钮启动设备；
②
设备启动后零件或部件先被液压缸压紧，而后焊接机器人e携带激光寻位装置对零件或部件进行位置检查并计算偏差量(该偏差量会在后续焊接过程中自动进行修正)；
③
焊前零件或部件位置检测完成后，清理、预热、清根机器人f携带激光清理设备(清理铝合金表面氧化层)对零件或部件的焊接区域进行全面清理工作；
④
清理完成后清理、预热、清根机器人f通过快换装置将激光清理设备更换成火焰预热装置，使用火焰预热装置对零件或
部件进行整体预热，预热后设备会使用红外测温仪进行预热温度测量，达到工艺要求时才会执行焊接命令，如预热温度未达标则会继续实施预热程序，直至预热温度满足要求。达到工艺要求后则焊接机器人e开始执行焊接程序，首先对装件面内的焊缝进行焊接而后翻转变位机在完成清根后焊接清根侧焊缝(如双面焊类型的牵引梁产品)；
⑤
由于牵引梁部件为厚板焊接存在层间清理流程，每焊接完一条焊缝后清理、预热、清根机器人都会携带激光清理设备对焊接的焊缝进行层间清理工作；
⑥
需要背面清根的牵引梁部件则随着变位机旋转翻转至焊接操作侧，由清理、预热、清根机器人携带清根设备先进行清根处理后，按照第
③
至第
⑤
步完成清根侧焊缝的焊接；
⑦
由于为双工位模式的设备，两个机器人可在同一工位进行协同工作或分别在不同工位同时工作，进一步的提高生产效率。
[0069]
以上所述仅为本实用新型的优选例实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。