一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备及制造方法与流程

1.本发明属于列车侧墙生产技术领域，更具体地说，是涉及一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备及制造方法。


背景技术：

2.传统的司机室侧墙焊接为手工电弧焊，由于电弧焊对间隙适应性较高，这在一定程度上降低结构件装配过程精度。
3.动车司机室多采用“流线型”设计方案，轮廓尺寸精度要求较高，由于其是三维曲面结构，导致焊后调修困难。传统弧焊方法焊后变形量大，使其难以设计为长大焊缝，同时要求配置复杂工装抑制焊后变形，复杂的工装会导致产生干涉较多，焊接效率低。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备，旨在解决传统弧焊方法焊后变形量大，使其难以设计为长大焊缝，同时要求配置复杂工装抑制焊后变形，复杂的工装会导致产生干涉较多，焊接效率低的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备，包括：
6.底座，所述底座的上方分别设置有用于分别承托司机室曲面侧墙构件的第一胎位系统和第二胎位系统，所述第一胎位系统和所述第二胎位系统沿所述底座的宽度方向依次排布，所述第一胎位系统沿所述底座宽度方向滑动设置；
7.轨道控制系统，设于所述底座的上端面，用于驱动所述第一胎位系统靠近或远离所述第二胎位系统；
8.多个浮动真空吸盘，沿所述底座长度及宽度方向分别设在所述第一胎位系统和所述第二胎位系统上，多个所述浮动真空吸盘自行调整用于匹配不同的侧墙轮廓；
9.多个顶紧机构，设于所述底座上，且沿底座的长度方向间隔设置，多个顶紧机构用于将所述第一胎位系统顶靠在所述第二胎位系统的一侧；
10.多个压紧机构，分别设于所述第一胎位系统和所述第二胎位系统上，用于将所述司机室曲面侧墙构件分别压紧在所述第一胎位系统和第二胎位系统上；
11.焊接设备，用于加工及焊接分别压紧在所述第一胎位系统和第二胎位系统上的所述司机室曲面侧墙构件的相对焊缝。
12.作为本技术另一实施例，所述焊接设备为搅拌摩擦焊设备，所述搅拌摩擦焊设备包括与主轴连接的安装座，所述安装座可切换安装铣削刀头、打磨刀具或搅拌头。
13.作为本技术另一实施例，所述第一胎位系统和所述第二胎位系统上还设置有可升降的定位插销，所述定位插销用于与所述司机室曲面侧墙构件上的定位孔插接配合。
14.作为本技术另一实施例，所述顶紧机构包括多个纵向设置的支撑杆，所述支撑杆的上端设有螺纹套，所述螺纹套轴向与所述支撑杆轴向垂直，所述螺纹套内螺纹连接有螺
纹顶杆。
15.作为本技术另一实施例，所述压紧机构包括连接基座、连接臂、压爪和驱动杆，所述连接基座固设于所述底座上，所述连接臂的中部铰接设于所述连接基座的上端，所述驱动杆铰接于所述连接臂的一端，所述压爪设于所述连接臂的另一端。
16.作为本技术另一实施例，所述连接臂包括依次连接的连接长臂和连接短臂，所述连接短臂的中部铰接于所述连接基座的上端，所述压爪设于所述连接长臂的端部，所述驱动杆铰接在所述连接短臂上。
17.本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备，将两个待焊接的司机室曲面侧墙构件分别安装在第一胎位系统上和第二胎位系统上，并通过多个浮动真空吸盘和多个压紧机构分别将多个司机室曲面侧墙构件吸附并压紧在第一胎位系统上和第二胎位系统上，使用轨道控制系统控制第一胎位系统向第二胎位系统靠近，使第一胎位系统上的司机室曲面侧墙构件和第二胎位系统上的司机室曲面侧墙构件相互贴合，并通过多个顶紧机构将司机室曲面侧墙构件固定，使用焊接设备对该相互贴合的区域进行焊接，以构成长焊缝。能够确保司机室曲面侧墙构件在焊接时不会发生大幅变形，且结构简单，提高了焊接的效率。
18.本发明还提供了一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造方法，包括以下步骤：
19.s1：输入两个司机室曲面侧墙构件的三维模型，运行浮动真空吸盘的液压缸实现整体浮动真空吸盘的仿形功能，使其形成与侧墙板相同的曲面；
20.s2：将两个司机室曲面侧墙构件吊装至所述曲面上，使用定位插销放置进入构件上的定位孔中，并通过运行浮动真空吸盘和压紧机构将两个司机室曲面侧墙构件分别吸附并压紧在第一胎位系统和第二胎位系统上，并使用顶紧机构固定，铣削两个司机室曲面侧墙构件相对的待焊接部位；
21.s3：将第一胎位系统连同其上部的司机室曲面侧墙构件移动至两个司机室曲面侧墙构件的待焊接部位对接贴合，对待焊接部位进行施焊；
22.s4：对两个司机室曲面侧墙构件的焊接区域进行打磨处理；
23.s5：撤销定位插销，关闭浮动真空吸盘并撤销压紧机构后，吊运司机室曲面侧墙构件将其移出第一胎位系统和第二胎位系统。
24.作为本技术另一实施例，通过控制系统控制搅拌摩擦焊设备切换铣削刀具，搅拌头和打磨刀具，完成铣削、焊接和打磨处理，其中，第一胎位系统和第二胎位系统通过浮动真空吸盘仿形匹配不同结构的司机室曲面侧墙，用于对应匹配不同工序的加工和焊接要求。
25.本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造方法，可有效解决司机室曲面侧墙制造工艺复杂和成品率低问题，通过铣削-焊接-打磨制造过程，从而避免换胎吊装引起的墙板变形与组配精度低等问题，极大降低了机加抖动与焊接变形，保证构件轮廓尺寸精度和成品合格率，最终获得低变形、高稳定性的司机室曲面侧墙结构件。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述
中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的结构示意图；
28.图2为图1中a处的局部放大图；
29.图3为图1中b处的局部放大图；
30.图4为图1中c处的局部放大图；
31.图5为本发明实施例提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的整体及相关控制系统的结构示意图。
32.图中：100、底座；110、轨道；200、第一胎位系统；300、第二胎位系统；400、顶紧机构；410、支撑杆；420、螺纹套；430、螺纹顶杆；500、压紧机构；510、连接基座；520、连接臂；521、连接长臂；522、连接短臂；530、压爪；540、驱动杆；600、定位插销；700、焊接设备；800、浮动真空吸盘；900、轨道控制系统。
具体实施方式
33.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.请参阅图1至图5，现对本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备进行说明。一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备，包括底座100、第一胎位系统200、第二胎位系统300、轨道控制系统900、浮动真空吸盘800、顶紧机构400、压紧机构500和焊接设备700。
35.底座100的上方分别设置有用于分别承托司机室曲面侧墙构件的第一胎位系统200和第二胎位系统300，第一胎位系统200和第二胎位系统300沿底座100的宽度方向依次排布，第一胎位系统200沿底座100宽度方向滑动设置；轨道控制系统900设于底座100的上端面，用于驱动第一胎位系统200靠近或远离第二胎位系统300；多个浮动真空吸盘800沿底座100长度及宽度方向分别设在第一胎位系统200和第二胎位系统300上，多个浮动真空吸盘800自行调整用于匹配不同的侧墙轮廓；多个顶紧机构400设于底座100上，且沿底座100的长度方向间隔设置，多个顶紧机构400用于将第一胎位系统100顶靠在第二胎位系统200的一侧；多个压紧机构500分别设于第一胎位系统200和第二胎位系统300上，用于将司机室曲面侧墙构件分别压紧在第一胎位系统200和第二胎位系统300上；焊接设备700用于焊接分别压紧在第一胎位系统200和第二胎位系统300上的司机室曲面侧墙构件的相对焊缝。
36.本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备，与现有技术相比，将两个待焊接的司机室曲面侧墙构件分别安装在第一胎位系统200上和第二胎位系统300上，并通过多个浮动真空吸盘800和多个压紧机构500分别将多个司机室曲面侧墙构件吸附并压紧在第一胎位系统200上和第二胎位系统300上，使用轨道控制系统900控制第一胎位系统200向第二胎位系统300靠近，使第一胎位系统200上的司机室曲面侧墙构件和第二胎位系统300上的司机室曲面侧墙构件相互贴合，并通过多个顶紧机构400将司机室曲面侧墙构
件固定，使用焊接设备700对该相互贴合的区域进行焊接，以构成长焊缝。使用压紧机构500和顶紧机构400能够确保司机室曲面侧墙构件在焊接时不会发生大幅变形，且结构简单，提高了焊接的效率。
37.轨道控制系统900包括多条轨道110，多条轨道110间隔设置在底座100的上端面，第一胎位系统200的下部连接有多个导滑板，导滑板和所述轨道110对应设置，导滑板和轨道110的数量和位置可适当调整，以确保不同尺寸的第一胎位系统200的稳定运动。轨道控制系统900可实现轨道110和导滑板的控制移动，从而实现第一胎位系统200自动移动至第二胎位系统300一侧，导滑板的下部安装有至少两个承载基座，每个承载基座的下端面均开设有与导轨匹配的滑槽。每个承载基座上有四个固定螺栓孔，且每个承载基座与油压泵及电器柜中的控制系统相连，以实现多套承载基座精准移动，移动精度为0.02mm，能够实现第一胎位系统200的精确移动。优选的，轨道110为三条，分别位于底座100中部和两侧，导滑板与轨道110对应设置也为三个，具体位置和数量可以发生调整。同样的，第二胎位系统300的下部也设置有多个稳固基座，第二胎位系统300直接通过稳固基座与底座100实现连接，稳固基座的数量为3个，分别位于第二胎位系统300的中间与两侧。
38.浮动真空吸盘800安装在胎位基座上，浮动真空吸盘800由多个吸盘单元组成，每个吸盘单元的下部均连接有精准液压缸，置于胎位基座的内部，。多个液压缸将根据司机室侧墙曲面尺寸分别驱动多个吸盘单元升降，使其形成与司机室曲面侧墙相同的曲面，然后，吊装构件至该曲面上，从而使得司机室曲面侧墙的曲面与多个浮动真空吸盘800能够紧密贴合。多个液压缸用以稳固司机室曲面侧墙构件并保持其曲面轮廓尺寸要求。因司机室上下侧墙长度不同，第一胎位系统200和第二胎位系统300的长度不同，两者长度方向相差2000mm。真空吸盘面积为100mm
×
100mm，内嵌有“回”字形凹槽，凹槽边缘有橡胶密封圈，凹槽内空气经真空抽离后，可获得3500n吸力，多个液压缸可实现真空吸盘沿z方向上下移动，行程为400mm。第一胎位系统200的胎位基座尺寸为7000mm
×
600mm，上面均匀分布真空吸盘，沿宽度方向分布3排，每排间隔100mm，距离胎位基座边缘50mm，沿长度方向分布23排，每排间隔200mm，距离胎位基座边缘150mm。
39.作为本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的一种具体实施方式，焊接设备700为搅拌摩擦焊设备，搅拌摩擦焊设备包括与主轴连接的安装座，安装座可切换安装铣削刀头、打磨刀具或搅拌头。本实施例中，搅拌摩擦焊设备包括保护壳、主轴、安装座、设备控制系统以及程序控制系统，主轴可实现x方向和y方向转动，可前后、左右摆动，前后摆动角度
±
30
°
、左右摆动角度
±
45
°
，主轴可提供0-14000r/min的转速，满足搅拌摩擦焊接、铣削加工和打磨的要求，安装座固定于主轴上，两者保持同一中心轴线，安装座露出主轴端面200mm，中心开有孔槽及固定螺丝，孔槽尺寸与搅拌头、铣削刀头和打磨刀具的刀柄尺寸相配，经固定螺丝旋紧后，搅拌头、铣削刀头和打磨刀具固定于安装座上。同样，搅拌头、铣削刀头和打磨刀具的中心轴线与主轴同轴，搅拌摩擦焊设备移动过程中，x、y方向每米直线度偏差≤0.02mm，z方向每米偏差不超过0.01mm。
40.程序控制系统内输入铣削程序，通过设备控制系统控制搅拌摩擦焊设备，自动前往刀具库装备铣削刀具，并执行铣削动作。
41.程序控制系统内输入焊接程序，通过设备控制系统控制搅拌摩擦焊设备，自动前往刀具库执行换刀动作，将铣削刀具更换为搅拌头，并执行焊接动作。
42.程序控制系统内输入铣削程序，通过设备控制系统控制搅拌摩擦焊设备，自动前往刀具库执行换刀动作，将搅拌头更换为打磨刀具，并执行打磨动作。
43.作为本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的一种具体实施方式，请参阅图1和图4，第一胎位系统200和第二胎位系统300上还设置有可升降的定位插销600，定位插销600用于与司机室曲面侧墙构件上的定位孔插接配合。本实施例中，定位插销600的上部设有定位杆，当吊装司机室曲面侧墙构件至第一胎位系统200和第二胎位系统300上时，定位插销600的定位杆通过升降机构(气缸或电动推杆)对应插入到司机室曲面侧墙构件上的定位孔中(定位孔在出胎后切削去掉)实现定位。定位杆的直径为20mm，数量为2个，定位插销600在安装时，需要避开多个压紧机构500。同样的，胎位基座的边缘分布定位销，定位销的数量可以发生调整，用以对司机室曲面侧墙定位。
44.作为本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的一种具体实施方式，请参阅图1和图3，顶紧机构400包括多个纵向设置的支撑杆410，支撑杆410的上端设有螺纹套420，螺纹套420轴向与支撑杆410轴向垂直，螺纹套420内螺纹连接有螺纹顶杆430。本实施例中，螺纹顶杆430靠近第一胎位系统200的一端设有弹性端头，另一端设有握持块。当第一胎位系统200滑动到位后，通过手持握持块正向转动，使得弹性端头逐渐抵靠在第一胎位系统200一侧，使第一胎位系统200和第二胎位系统300上的司机室曲面侧墙构件紧密贴合，顶紧机构400可以保证司机室曲面侧墙构件在焊接过程中第一胎位系统200不会发生偏移。当第一胎位系统200需要向外滑出时，通过手持握持块反向转动，使得弹性端头逐渐离开第一胎位系统200一侧，不再压紧第一胎位系统200，之后，第一胎位系统200可顺利滑出，远离第二胎位系统300。
45.作为本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的一种具体实施方式，请参阅图1和图4，压紧机构500包括连接基座510、连接臂520、压爪530和驱动杆540，连接基座510固设于底座100上，连接臂520的中部铰接设于连接基座510的上端，驱动杆540铰接于连接臂520的一端，压爪530设于连接臂520的另一端。本实施例中，压紧机构500为联动机构，驱动杆540为油压推杆，油压推杆在油压缸推力作用下不断缓慢抬起，油压推杆带动连接臂520的一端升起，借助连接臂520中部与连接基座510的铰接方式，使连接臂520另一端的压爪530下降，压爪530为弯月形状，下端采用耐高温的pvc材料，用以保护司机室曲面侧墙构件的表面，避免划伤现象发生。工作状态下，油压缸可以为压紧机构500提供足够的推力，以保证压爪530位置拥有足够压力。在非工作状态下，油压缸带动油压推杆收缩，使连接臂520的压爪530抬起，连接臂520可与胎位基座成90
°
，以便焊后司机室曲面侧墙取出。
46.连接基座510的宽度为200mm，相邻两个连接基座510的中心距为300mm，数量为23个(单侧)，其中，连接基座510的数量及间隙可以发生调整，用以保证不同尺寸的司机室曲面侧墙的加工与焊接。
47.作为本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的一种具体实施方式，连接臂520包括依次连接的连接长臂521和连接短臂522，连接短臂522的中部铰接于连接基座510的上端，压爪530设于连接长臂521的端部，驱动杆540铰接在连接短臂522上。本实施例中，连接短臂522位于靠近驱动杆540的一侧，连接长臂521的长度为500mm，连接短臂522长度为350mm，二者的搭接位置通过四个螺栓连接，搭接长度为100mm，连接短臂522铰接在连接基座510的上端的转动轴上。利用杠杆原理，带动连接长臂521端部的压爪530压紧
或松开司机室曲面侧墙构件。优选的，油压缸可以为连接短臂522提供3500n向上的推力，经测量连接长臂521端部的压爪530可提供的压力约为3700n。
48.本发明还提供了一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造方法，包括以下步骤：
49.s1：输入两个司机室曲面侧墙构件的三维模型，运行浮动真空吸盘800的液压缸实现整体浮动真空吸盘800的仿形功能，使其形成与侧墙板相同的曲面；
50.s2：将两个司机室曲面侧墙构件吊装至曲面上，使用定位插销600放置进入构件上的定位孔中，并通过运行浮动真空吸盘800和压紧机构500将两个司机室曲面侧墙构件分别固定在第一胎位系统200和第二胎位系统300上，并使用顶紧机构400固定，铣削两个司机室曲面侧墙构件相对的待焊接部位；
51.s3：将第一胎位系统200连同其上部的司机室曲面侧墙构件移动至两个司机室曲面侧墙构件的待焊接部位对接贴合，对待焊接部位进行施焊；
52.s4：对两个司机室曲面侧墙构件的焊接区域进行打磨处理；
53.s5：撤销定位插销600，关闭浮动真空吸盘800并撤销压紧机构500后，吊运司机室曲面侧墙构件将其移出第一胎位系统200和第二胎位系统300。
54.作为本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造装备的一种具体实施方式，通过控制系统控制搅拌摩擦焊设备切换铣削刀具，搅拌头和打磨刀具，完成铣削、焊接和打磨处理，其中，第一胎位系统200和第二胎位系统300通过浮动真空吸盘800仿形匹配不同结构的司机室曲面侧墙，用于对应匹配不同工序的加工和焊接要求。
55.采用所述的一种用于动车司机室曲面侧墙的制造方法，进行动车司机室曲面侧墙的制造方法具体如下：
56.首先，将构件三维模型输入电器柜上的终端电脑系统后，启动轨道控制系统900，三滑轨同时联动，缓慢移动第一胎位系统200的胎位基座，当第一胎位系统200和第二胎位系统300相对端的间距达到500mm后，第一胎位系统200不再移动，运行浮动真空吸盘800下部的精准液压缸，精准液压缸将根据司机室侧墙曲面尺寸升降浮动真空吸盘800形成与两个司机室侧墙曲面构件的仿形曲面，使其形成与侧墙板相同的曲面，然后，吊装司机室曲面侧墙构件至该曲面上，使定位插销600放置进入构件上的定位孔中(定位孔在出胎后切削去掉)，从一侧推动待焊构件，使其与另一边定位插销600贴合。抽掉浮动真空吸盘800内的空气，使构件与浮动真空吸盘800紧密贴合，缓慢放下多个压紧机构500，(非工作状态下，压紧机构500与胎位基座成90
°
夹角)，压爪530将构件压紧至浮动真空吸盘800上。
57.由程序控制系统输入机加程序，并传输至设备控制系统后，多功能的搅拌摩擦焊设备启动，设备将自动前往刀具库装备机加刀具，然后，移动至第一胎位系统200的待焊母材边缘，对待焊母材进行铣削加工，其中，主轴转速为6000r/min，行进速度为2000mm/min，主轴随曲面变化而进行角度调整，调整程度由机加程序控制，沿第一胎位系统200长度方向，搅拌摩擦焊设备反复移动三次，对待焊母材上、下与侧边进行铣削加工，上、下面铣削宽度为20mm，同样，搅拌摩擦焊设备随后移动至第二胎位系统300上的待焊母材边缘，分别对待焊母材上、下与侧边进行铣削加工。
58.机加完成后，再次启动轨道控制系统900，三滑轨同时联动，缓慢移动第一胎位系统200的胎位基座，将两件待焊母材断面对接至无缝状态，关闭高精度轨道控制系统900并旋紧顶紧机构400。随后，由程序控制系统输入焊接程序，并传输至设备控制系统，多功能的
搅拌摩擦焊设备再次启动，首先执行换刀动作，前往刀具库更替搅拌头，随后移动回至焊缝中心位置，进行施焊。焊接初期，搅拌头转速为400r/min，进刀距离为100mm，焊接速度从0提升至400mm/min，当搅拌针完全进入焊缝内部后，以焊接速度400mm/min、主轴转速400r/min的焊接参数完成焊接，主轴随曲面变化而进行角度调整，调整程度由机加程序控制，焊接完成后，主机停止转动并抬起，复位至搅拌摩擦焊设备起始点。
59.焊接完成后，由程序控制系统输入打磨程序，并传输至设备控制系统，多功能的搅拌摩擦焊设备启动，前往刀具库更替精细的打磨刀具，刀片直径为165mm,刀具可以实现宽度为30mm精细打磨，随后搅拌摩擦焊设备移动至焊缝中心位置，主轴发生转动，转速为10000r/min，进给速度为2100mm/min，沿焊缝对其表面进行打磨，打磨完成后，搅拌摩擦焊设备停止转动并复位。
60.最后，先缓慢将定位插销600移出定位孔，待定位插销600完全移出后，通过控制电器柜使多个压紧机构500缓慢抬起至与水平面成90
°
夹角后，打开进气阀，待空气填充真空吸盘上的凹槽后，利用天车完成司机室曲面侧墙出胎。
61.本发明提供的一种适用于动车司机室曲面侧墙的制造方法，可有效解决司机室曲面侧墙制造工艺复杂和成品率低问题，借助“加工-焊接-打磨”一体化设备简化制造过程，从而避免换胎吊装引起的墙板变形与组配精度低等问题，第一胎位系统200和第二胎位系统300配合多个顶紧机构400和多个压紧机构500极大降低了机加抖动与焊接变形，保证构件轮廓尺寸精度和成品合格率，最终获得低变形、高稳定性的司机室曲面侧墙结构件。
62.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。