高速铁路钢轨扣件铸件打磨生产系统及其打磨方法与流程

本发明涉及高速铁路钢轨扣件铸件打磨生产系统及其打磨方法，主要应用在铁路设备的技术领域。

背景技术：

高速铁路扣件系统是在建设高速铁路线路的过程中，把高铁钢轨固定于道床上并使钢轨在垂向、横向和纵向可以进行必要运动的部件。由于高速铁路车辆轴重较大，运营速度快，同时对轨道的运行平顺性和安全性有很高的要求，这些都对固定钢轨的扣件系统提出了非常高的要求。扣件系统中的铸件，包括铁垫板和预埋铁座作为扣件的重要零部件，在其生产过程中的各个环节，都提出了很高的要求。

铸件的生产过程中，清理、打磨由合模产生的分模线披缝、毛刺是生产中的重要一环，如果打磨的不好，会直接影响产品的生产质量，打磨多了影响成品尺寸，打磨少了，残留的毛刺会对其他部件造成损伤，可能在运行过程中造成零部件的疲劳断裂、失效，直接危害行车安全。

传统的生产过程中，由于铸件的外形复杂，毛刺一致性差，铸件的清理工序只能采用人工打磨，这造成的缺点是显而易见的，如：

1、打磨质量不稳定，打磨效果差，更多的依赖工人的技术水平和责任心，容易出现各种打磨的质量问题。

2、操作环境差，人员操作风险大，容易引发安全事故。

3、打磨效率不高，特别对于一些难于打磨的毛刺，人工打磨效率非常低。

由于人工打磨存在的问题，愿意从事打磨工序的工人也越来越少，人力成本大幅提高，导致铸件产品的成本上升，市场竞争力下降，必须采取适当方法进行改进。

近年来，随着工业机器人技术的不断成熟，“机器换人”从事环境恶劣的工作，提高生产效率已经成为了一个发展趋势。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高速铁路钢轨扣件铸件打磨生产系统及其打磨方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种高速铁路钢轨扣件铸件打磨生产系统，包括：

上料辊道，用于输送代加工的工件；

出料辊道，用于输送加工完的工件；

定位工装台，分别配置在上述上料辊道以及上述下料辊道；

打磨机器人，其设置有抓手，将工件由上述上料辊道的定位工装台抓起，经打磨后将工件放入上述下料辊道的定位工装台；

打磨电主轴，设置在上述打磨机器人转动工件移动的范围内，其包括电主轴、金刚石磨头、刀柄、双工位气缸，上述电主轴的底部连接上述双工位气缸，并且其末端装配上述金刚石磨头以及上述刀柄；

打磨机，设置在上述打磨机器人转动工件移动的范围内，其包括旋转轴、金刚石切割片、金刚石砂轮、浮动气缸、电机，上述旋转轴横向设置并由上述电机驱动，其一端装配上述金刚石切割片，另一端装配上述金刚石砂轮，上述旋转轴底部连接上述浮动气缸。

进一步地，上述上料辊道以及上述下料辊道处均设置有视觉识别机器人，上述视觉识别机器人能对工件照相以识别产品的类别和抓取点，并将工件放到定位工装台上进行精定位。

进一步地，上述定位工装台包括工作台、支架、定位块、导向板、关电对射开关，上述工作台由上述支架支撑，其表面固定有上述定位块，上述定位块固定设置上述导向板用以定位工件，上述定位块设置上述关电对射开关用以检测是否有工件。

进一步地，上述定位工装台装配有三个触发开关。

进一步地，上述打磨电主轴的底部设置有接料小车，其设置在上述金刚石磨头的正下方。

进一步地，上述打磨机的金刚石砂轮以及金刚石切割片均装配设置有防护罩，上述打磨机设置有基座，上述浮动气缸、上述旋转轴以及上述电机均设置在上述基座上。

进一步地，上述打磨机器人的抓手设置有两个夹持手指，两个上述夹持手指的最外端面为定位面，两个上述夹持手指通过装配的气缸进行开合。

进一步地，上述打磨机器人的抓手设置有三个夹持手指，并分别由夹持气缸驱动。

一种高速铁路钢轨扣件铸件打磨方法，其步骤包括：

(1)上料辊道的视觉识别机器人通过对由上料辊道输送来的工件照相，识别工件的类别和抓取点，并将工件放到定位工装台上进行精定位；

(2)打磨机器人从定位工装台上抓取精定位后的工件送至打磨电主轴的加工范围，由装配有金刚石磨头的电主轴进行打磨；

(3)打磨机器人将工件送至打磨机的加工范围内，分别由金刚石切割片以及金刚石砂轮分别进行打磨；

(4)打磨机器人将加工好的工件送至下料辊道的定位工装台上；

(5)下料辊道的视觉识别机器人将加工好的位于定位工装台上的工件抓取，并送至下料辊道。

进一步地，对于工件为铁垫板，由定位工装台上的三个触发开关进行判断，触发开关的位置和铁垫板上的浇口可能的三个位置一致，当第一次放置铁垫板并触发了其中的一个开关，则可以判断铁垫板上的浇口位置，如果三个开关都未触发，视觉识别机器人将产品旋转180度，再次置于定位工装台上，必然触发其中的一个开关，则可以判断铁垫板上的浇口位置。

本发明的有益效果：

1、实现了对产品的自动识别和自动打磨，大大提高了产品的打磨质量，提高了产品的质量水平。

2、由于采用了封闭式车间自动上下料，可以实现封闭式的除尘，大大改善了打磨的环境和人员的安全性。

3、生产效率高，降低了产品成本，提高了产品的市场竞争力。

4、系统操作简单，通用性好，可以实现多种产品的快速切换。

附图说明

图1为本发明高速铁路钢轨扣件铸件打磨生产系统的俯视示意图；

图2为本发明定位工装台的结构示意图；

图3为本发明打磨电主轴的结构示意图；

图4为本发明打磨机的结构示意图；

图5为本发明打磨机器人的结构示意图；

图6为本发明视觉识别机器人的结构示意图；

图7为本发明打磨机器人对于工件为铁垫板的抓手的结构示意图一；

图8为本发明打磨机器人对于工件为铁垫板的抓手的结构示意图二；

图9为本发明打磨机器人对于工件为预埋铁座的抓手的结构示意图一；

图10为本发明打磨机器人对于工件为预埋铁座的抓手的结构示意图二；

图11为铁垫板的毛刺结构示意图；

图12为预埋铁座的毛刺结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施案例1：

图1为本发明高速铁路钢轨扣件铸件打磨生产系统的俯视示意图，参照图1，本发明，高速铁路钢轨扣件铸件打磨生产系统，包括：上料辊道1、下料辊道2、分别设置在上料辊道1以及下料辊道2的定位工装台3、分别设置在上料辊道1以及下料辊道2的视觉识别机器人4、打磨机器人5、打磨电主轴6、打磨机7，其中打磨机器人5、打磨电主轴6、打磨机7均设置有2个，即整个系统拥有2个加工工序。

打磨机器人5均设置在两个定位工装台3之间，打磨电主轴6、打磨机7均设置在打磨机器人5移动工件的范围内。

图6为本发明视觉识别机器人的结构示意图，参照图6，视觉识别机器人4能对工件照相以识别产品的类别和抓取点，并将工件放到定位工装台3上进行精定位。

在此实施案例中，采用efort，50kg机器人，机器人6轴上带有一套视觉系统，视觉系统用于定位来料托盘上人工随意码垛的工件，气缸的作用用于检测来料时的高度，防止碰撞相机及光源，抓件抓手气缸为schunk品牌，具有夹持力大，动作灵敏，且具有防尘功能；抓手气缸上连有机加非标件，可以精确的抓取工件到定位工装台上。

对于上料辊道1，其用于输送代加工的工件，出料辊道2，用于输送加工完的工件。

图2为本发明定位工装台的结构示意图，参照图2对于定位工装台3，即分别配置在上料辊道1以及下料辊道2，定位工装台包括工作台2-1、支架2-2、定位块2-3、导向板2-4、关电对射开关2-5，工作台2-1由支架2-2支撑，其表面固定有定位块2-3，定位块2-3固定设置导向板2-4用以定位工件，定位块2-3设置关电对射开关2-5用以检测是否有工件，定位工装台装配有三个触发开关(图中未显示)，其主要为了工件为预埋铁座的应用。

定位工装台3用于工件100的定位，具有定位准确功能，且在此工装台上可以检测到工件冒口的位置。

图5为本发明打磨机器人的结构示意图，参照图5，打磨机器人5，其设置有抓手5-1，将工件由上料辊道的定位工装台抓起，经打磨后将工件放入上述下料辊道的定位工装台。

在本实施案例中，打磨机器人选用abb品牌，型号为：irb6700-200-2600，抓手气缸为schunk品牌，具有夹持力大，动作灵敏，且具有防尘功能；气缸上连有机加非标件，可以精确的抓取工件到打磨机上去打磨。

图11为铁垫板的毛刺结构示意图，图7为本发明打磨机器人对于工件为铁垫板的抓手的结构示意图一，图8为本发明打磨机器人对于工件为铁垫板的抓手的结构示意图二；，参照图7、8、图11，打磨机器人的抓手设置有两个夹持手指5-11，两个夹持手指5-11的最外端面为定位面5-12，两个夹持手指5-11通过装配的气缸进行开合。

铁垫板类产品需打磨的毛刺8-1主要位于底面四周，同时铸件的浇口位置8-2有凸出约5mm左右的残留(铁垫板的浇口每块只有一个，位于铁垫板的长边一侧，位置固定，为图示的三个位置的其中任意一个)。铁垫板的安装孔8-3中有一些小的毛刺，由冲压工序处理干净，作为打磨的抓取位置。

两个夹持手指5-11在抓取铁垫板时手指伸入铁垫板的两个安装孔中，抓手的定位面5-12靠紧铁垫板的底面，然后手指张开，抓紧铁垫板进行打磨。

图9为本发明打磨机器人对于工件为预埋铁座的抓手的结构示意图一，图10为本发明打磨机器人对于工件为预埋铁座的抓手的结构示意图二，图12为预埋铁座的毛刺结构示意图，参照图9、10、图12，打磨机器人的抓手设置有三个夹持手指5-13，并分别由夹持气缸5-14驱动。

预埋铁座类产品需打磨的毛刺9-1主要位于头部9-2的t型槽的周边和中部的合模线9-3处，其中由于中部的合模线9-3处的毛刺9-1位于铸件的最大轮廓线上，易于清理，为提高机器人的打磨效率，该处毛刺由冲压工序处理干净，主要打磨t型槽周边的毛刺，这样可以在一次抓取中完成打磨。

而三个夹持手指5-13组成一个大的抓取机构，目的主要是针对预埋铁座类零件尺寸小，批量大的特点，为提高打磨工效而设计。抓取时以预埋铁座产品一体成型的头部定位面定位，三个夹持手指5-13同时抓紧，对于要求较低的柄部9-4，由于基本可以不做处理，抓手完全让开，提高了抓取的适应性。

图3为本发明打磨电主轴的结构示意图，参照图3，打磨电主轴6，设置在打磨机器人5转动工件移动的范围内，其包括电主轴6-1、金刚石磨头6-2、刀柄6-3、双工位气缸6-4，电主轴6-1的底部连接上述双工位气缸6-4，并且其末端装配金刚石磨头6-2以及刀柄6-3，打磨电主轴的底部设置有接料小车6-5，其设置在金刚石磨头6-2的正下方。

根据不同的打磨工艺以及打磨工件，可以更换不同的金刚石磨头，主要用于零件内控或者内控中毛刺的去除，双工位气缸的压力可根据前端的精密调压阀的气压值来设置，但打磨的力偏大时，此电主轴可以相对应的浮动，以保护设备，也防止过磨工件。

图4为本发明打磨机的结构示意图，参照图4，打磨机7，设置在打磨机器人5转动工件移动的范围内，其包括旋转轴7-1、金刚石切割片7-2、金刚石砂轮7-3、浮动气缸7-4、电机7-5，旋转轴7-1横向设置并由电机7-5驱动，其一端装配金刚石切割片7-2，另一端装配金刚石砂轮7-3，旋转轴7-1底部连接浮动气缸7-4，打磨机的金刚石砂轮7-3以及金刚石切割片7-2均装配设置有防护罩7-6，打磨机设置有基座7-7，浮动气缸7-4、旋转轴7-1以及电机7-5均设置在基座7-7上。

金刚石砂轮7-3用于工件小毛刺飞边的研磨，金刚石切割片7-2用于浇冒口和大毛刺的切除，浮动气缸用于打磨机的浮动，此数值可以根据精密调压阀来调节，一旦打磨力大于设置的浮动力时，整个设备除基座外均绕着摆动轴旋转，可以减少对设备的损坏以及防止零件的去毛刺的过磨，同时设置压力传感器实现力补偿，更好的保证了打磨产品的精度，电机带动同步轮与同步带使得旋转轴转动，使得此套设备运行平稳，噪音小。

实施案例2：

一种高速铁路钢轨扣件铸件打磨方法，其步骤包括：

(1)上料辊道的视觉识别机器人通过对由上料辊道输送来的工件照相，识别工件的类别和抓取点，并将工件放到定位工装台上进行精定位；

(2)打磨机器人从定位工装台上抓取精定位后的工件送至打磨电主轴的加工范围，由装配有金刚石磨头的电主轴进行打磨；

(3)打磨机器人将工件送至打磨机的加工范围内，分别由金刚石切割片以及金刚石砂轮分别进行打磨；

(4)打磨机器人将加工好的工件送至下料辊道的定位工装台上；

(5)下料辊道的视觉识别机器人将加工好的位于定位工装台上的工件抓取，并送至下料辊道。

其中还，对于工件为铁垫板，由定位工装台上的三个触发开关进行判断，触发开关的位置和铁垫板上的浇口可能的三个位置一致，当第一次放置铁垫板并触发了其中的一个开关，则可以判断铁垫板上的浇口位置，如果三个开关都未触发，视觉识别机器人将产品旋转180度，再次置于定位工装台上，必然触发其中的一个开关，则可以判断铁垫板上的浇口位置。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。