夏武強(qiáng)

摘 要：高錳鋼轍叉的人工修磨環(huán)境差，人工強(qiáng)度高，生產(chǎn)率低下，由于高錳鋼轍叉本身變形和偏差，一致性很差，如何實(shí)現(xiàn)高錳鋼轍叉的自動(dòng)化修磨是一件值得去探索和研究的課題。本文首先分析各種問題和難點(diǎn)，然后結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的一些新技術(shù)手段，利用工業(yè)六軸機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過專用修磨工具與機(jī)器人柔性設(shè)備的結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)轍叉自動(dòng)化修磨。

關(guān)鍵詞：高錳鋼轍叉;機(jī)器人;自動(dòng)化;修行磨削

前言：

高錳鋼轍叉是鐵路車輛車輪變軌系統(tǒng)中的一個(gè)重要工件，轍叉經(jīng)鑄造形成毛坯件，再進(jìn)行機(jī)床加工，轍叉鑄件機(jī)加工過程中需要多次人工定位和裝夾，在機(jī)加工過程中會(huì)出現(xiàn)較大的加工變形，這樣就造成轍叉機(jī)加產(chǎn)品在形位上的一致性不好，成品校驗(yàn)前還需要修磨和試裝的方法達(dá)到成品要求。目前國(guó)內(nèi)外大部分廠家都是采用人工打磨的方式進(jìn)行修形磨削（簡(jiǎn)稱：修磨），轍叉校驗(yàn)前的修磨屬于技術(shù)性很強(qiáng)的作業(yè)，修磨工人一般需要2-3年的專業(yè)培養(yǎng)和練習(xí)才能熟練掌握修磨的方法。

一、高錳鋼轍叉機(jī)器人自動(dòng)化修形磨削應(yīng)用的現(xiàn)狀：

對(duì)于工件的修形磨削國(guó)內(nèi)外主要是用5軸數(shù)控磨床對(duì)工件的形狀進(jìn)行磨削成形，例如齒輪齒面輪廓的修形，國(guó)內(nèi)外都有許多公司和科研結(jié)構(gòu)做了大量的應(yīng)用和實(shí)踐，取得了很好的效果，但是數(shù)控機(jī)床加工工件，需要工件的裝夾定位的一致性必須非常好。目前利用六軸關(guān)節(jié)式機(jī)器人對(duì)大型零件做修形磨削的應(yīng)用卻很少，北京航空航天大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)曾經(jīng)做過機(jī)器人對(duì)航空零件做修形磨削的研究，也取得一些成果?，F(xiàn)對(duì)于高錳鋼轍叉這種大型工件的機(jī)器人修形磨削目前還沒有成熟的應(yīng)用。

二、高錳鋼轍叉機(jī)器人自動(dòng)化修形磨削存在的問題和難點(diǎn)：

1，高錳鋼轍叉工件的尺寸大，品種多，產(chǎn)品的外形一致性差，每個(gè)工件變形量不一致。

1）轍叉外形尺寸范圍（長(zhǎng)X寬X高）：3251～4737×625～738×168～218mm

2）成品公差：長(zhǎng)度公差+/-5mm，高度公差：-0.8—+0.6mm.寬度公差+/-1.6mm.

3）工件修磨部位相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)存在偏差，每一個(gè)工件變形量都不一樣，相對(duì)于檢測(cè)基準(zhǔn)的翹曲和偏擺量都不一樣，如果尺寸偏差超過2mm，工件即使修磨也無(wú)法達(dá)到要求，需要人工補(bǔ)焊后再修磨。

2.轍叉裝配部位的修形磨削精度要求高

轍叉修磨精度和檢測(cè)要求：允許試裝軌軌頂與轍叉軌頂錯(cuò)牙≤0.5mm/m，試裝軌工作邊錯(cuò)口≤0.5mm/m（16mm線處），試裝軌軌底橫向不平度<2mm。因?yàn)樾弈ゲ课皇?：4斜面，如果側(cè)面要求精度小于0.5mm.頂面的精度要小于0.125mm（1：4的關(guān)系換算）.對(duì)長(zhǎng)度4米多的工件，其實(shí)加工精度要求是很高的。

3.機(jī)器人的剛性差，修形難度大。

六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人其空件姿態(tài)非常靈活，可以代替人工進(jìn)行打磨作業(yè)，但是由于關(guān)節(jié)式機(jī)器人本身是懸臂結(jié)構(gòu)，機(jī)器人末端受力后整體會(huì)有一定程度的變形，如何讓機(jī)器人克服或者補(bǔ)償受力對(duì)變形的影響也是一個(gè)需要解決的問題。

三、機(jī)器人自動(dòng)化修磨系統(tǒng)實(shí)施的對(duì)策和方法：

針對(duì)以上幾個(gè)難點(diǎn)和問題，結(jié)合自己的技術(shù)知識(shí)，提出了針對(duì)性的解決辦法：

1.對(duì)于工件大，尺寸長(zhǎng)的問題，可以給機(jī)器人加裝移動(dòng)軌道來(lái)擴(kuò)大其加工范圍，同時(shí)給工件加裝變?yōu)檗D(zhuǎn)臺(tái)。

機(jī)器人移動(dòng)軌道由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪、齒條，使得機(jī)器人和滑臺(tái)底座通過滑塊、導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

2.配置機(jī)器人視覺測(cè)量系統(tǒng)提高工件定位的精度

機(jī)器人視覺測(cè)量系統(tǒng)包含一套是激光打點(diǎn)式定位系統(tǒng)，通過非接觸方式采集工件基準(zhǔn)部位的特征點(diǎn)，在工件定位基準(zhǔn)三個(gè)平面上各采集4各點(diǎn)的數(shù)據(jù)，就能確定工件的基準(zhǔn)部位的數(shù)據(jù)，再通過視覺應(yīng)用軟件的開發(fā)和工控機(jī)的計(jì)算，確定工件的位置和偏差，然后引導(dǎo)機(jī)器人修正程序，進(jìn)行自動(dòng)化磨削。

3.采用帶機(jī)械定位機(jī)構(gòu)的砂帶機(jī)解決機(jī)器人剛性不足的問題和視覺系統(tǒng)精度不高的問題。

六軸關(guān)節(jié)機(jī)器人本身的剛性不足，就不能直接利用機(jī)器人的剛性來(lái)修磨工件，需要設(shè)計(jì)一套專用的打磨工具。針對(duì)鐵路轍叉工件結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，在砂帶機(jī)上設(shè)計(jì)一套專用工裝，自動(dòng)夾緊和貼合定位和打磨基準(zhǔn)部位，保證每一次打磨的基準(zhǔn)一致，可靠貼合。專用砂帶機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖4所示

工作原理類似成型銑削，主要采用上、下兩個(gè)母線方向與1：4斜面平行的硬性接觸輪進(jìn)行磨削，砂帶機(jī)定位機(jī)構(gòu)夾緊轍叉后，砂帶電機(jī)啟動(dòng)，絲杠電機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)安裝在滑動(dòng)架上下兩套砂帶機(jī)同步移動(dòng)，完成修形磨削。

四、研究和試驗(yàn)后的結(jié)論：

根據(jù)以上解決方案的實(shí)施，通過工業(yè)機(jī)器人抓取專用打磨工具對(duì)轍叉工件進(jìn)行自動(dòng)修磨測(cè)試，機(jī)器人自動(dòng)修磨后的轍叉工件精度高，而且一致性好，產(chǎn)品表面平整度、光潔度比人工修磨后表面狀況好很多，機(jī)器人修磨效率是人工效率的4倍。這個(gè)研究和試驗(yàn)非常成功。機(jī)器人能自動(dòng)適應(yīng)工件的變形和偏差，保證修磨部位和基準(zhǔn)面保持一致，精度高，效率高，在整個(gè)轍叉修磨行業(yè)里會(huì)起到一定示范作用。見下圖4：