轨道车辆零件的自动机械加工和焊接制造技术

一种用于制造和/或检修用于轨道车辆的侧架和承梁的系统和方法，其包括至少一个机器人，该至少一个机器人适用于访问沿着零件的长度上的位置。可由所述机器人上的探针或扫描器获得的零件尺寸图允许处理器确定需要进行焊接和机械加工以满足特定尺寸容差的位置，其中运用零件上新颖的基准表面，而在使用传统计量器时无法运用该零件基准表面。所述机器人可以定位且安装焊接工具和材料去除工具以执行由处理器确定的焊接操作和材料去除操作。

Automatic Machining and Welding of Railway Vehicle Parts

A system and method for manufacturing and/or overhauling side frames and beams for rail vehicles includes at least one robot adapted to access positions along the length of parts. The part dimension diagram obtained by the probe or scanner on the robot allows the processor to determine the position where welding and mechanical processing are needed to meet the tolerance of a particular size, in which a novel reference surface on the part is used, while the reference surface of the part cannot be used when using the traditional metering device. The robot can locate and install welding tools and material removal tools to perform welding operations and material removal operations determined by the processor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】轨道车辆零件的自动机械加工和焊接
本专利技术涉及一种用于轨道车辆零件的自动机械加工和焊接的装置和方法，所述轨道车辆零件包括侧架和承梁，该装置和方法用于这类零件的制造和检修。
技术介绍
当前用于制造和检修货运车辆侧架和承梁的过程涉及加强的人工劳动输入。使用由精密钢制成的传统“硬”计量器确定零件与预期尺寸的差异，以及专业训练的工作人员手动地将浇铸零件焊接并磨削为预期的最终大小和尺寸。传统计量器使用宽的容差，并相反地产生具有最小尺寸精度的轨道零件，导致差的转向架总成性能。此外，手动工作呈现出对于工作人员的高伤害风险和对于雇主的高开销，这些雇主不得不维持培训的职工队伍并为有风险的活动和/或可能的伤害提供补偿。此外，重新制造侧架和承梁涉及将专用设备和专业技能人员集中在单一地点。因此，将重的轨道车辆转向架零件运送到单一地点的运输成本使商业检修过程在经济上不可行。因此，需要一种用于这些目的的便携系统。然而，传统机械加工(这在本文中指的是利用工具切割金属，从而相比于磨削提供更大的尺寸精度)通常需要将非常大且重的机械固定安装到地面以控制振动。因此，设计一种通过计算机控制的机器人机械用于加工大的、重的零件的便携系统构成重大挑战。进一步，使用物理计量器使轨道车辆零件的一个表面与另一个表面相比较并使它们相一致使得这种比较被限制到彼此靠近的表面。需要的是运用轨道车辆零件(诸如侧架或承梁)上的不同尺寸的参考点以比较彼此较远的表面并使其一致的能力。通过引用并入本文的美国专利第4,187,600号教导了一种用于机械加工轨道转向架承梁的装置，该装置包括运作在承梁上时用于支撑该承梁的可旋转固定件。同样通过引用并入本文的具有相同专利技术人的美国专利第4,190,390号公开了一种用于机械加工轨道转向架侧架的装置。尽管此前未结合检修轨道车辆转向架零件来使用，但是机器人定位系统是已知的，这些系统使用六个千斤顶使工具围绕六个轴旋转：x轴、y轴、z轴、俯仰轴、翻滚轴和偏航轴。在各个实施方式中，这些定位系统被称为六足机构或史都华(Stewart)平台。示例包括在美国专利第6,071,031号和美国专利第6,240,799号中所公开的技术，这两个美国专利通过引用并入本文。此前还未将六腿机构或类似装置与大且重的浇铸零件(诸如轨道车辆侧架)的焊接和机械加工组合使用。同样通过引用并入本文的美国专利申请公开第US/2004/0014405号描述了一种便携机械加工设备，该设备用于通过车床加工、拉销、铣削、车铣、磨削和深滚压操作加工车轮的外表而不将车轮从轨道车辆拆下。同样通过引用并入本文的US2015/0034607和US2010/161123公开了机器人以及用于控制机器人的系统，其可以适用于特定焊接应用。同样通过引用并入本文的US2011/0174793描述了一种具有定位器的机器人系统，该定位器允许移动性和减小的占地面积。同样通过引用并入本文的美国专利第5,783,921号描述了一种适用于简化安装和操作的焊接机器人。现有技术未教导用于针对轨道车辆转向架零件的初始检查、焊接、材料去除和最终零件检查的自动系统，该自动系统使用在轨道系统上的六足机器人，或可以将该自动系统从一个安装位置运输到另一个安装位置，或该自动系统运用新颖的在零件上的尺寸的基准表面来改善整体容差和转向架性能。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术旨在一种用于轨道车辆转向架零件的自动初始检查、焊接、材料去除和最终零件检查系统，其可以在标准封闭式卡车中从一个安装位置运输到另一个安装位置。在本专利技术的另一方面中，在六足机器人上支撑材料去除工具，该六足机器人被安装在轨道上以沿着侧架或承梁的长度访问不同区域。该六足机器人可以适用于定位且安装测量工具、一个或多个焊接工具、和一个或多个材料去除工具。可替选地，将用于安装焊接工具的单独的焊接机器人结合支撑材料去除工具的六足机器人一起使用。标准焊接机器人臂具有比六足机器人更长的到达范围，且焊接机器人无需被安装在轨道上。根据本专利技术的一些实施方式的优势是，在轨道上线性地运输六足机器人以获得零件尺寸，从而可以相对于零件而非相对于机器人位置建立用于焊接操作和机械加工操作的x坐标、y坐标和z坐标。大多数机器人设有固定坐标系统，从而需要在严格容差内相对于机器人仔细地登记工件以确保适当的对准。在机械加工侧架和承梁的背景下对六足机构的使用是新颖的，因为达到的目标容差为传统磨削和传统机械加工的中间容差。典型的机械加工应用将容差保持在千分之几英寸以下的范围内，这要求机器为非常坚硬的且无法容忍振动。根据本专利技术将六足机器人用于在高振动环境中的机械加工实现稍微较低的容差，根据特征在±.010和±.060之间，但是仍比使用磨削可达到的容差严格很多的容差。在实施方式中，本专利技术为一种用于制造和/或检修轨道车辆零件的装置，所述装置包括：材料去除机器人，所述材料去除机器人具有适用于安装工具的头部；工具变换器，所述工具变换器包括适用于安装在所述头部上的多个工具，所述多个工具包括至少一个材料去除工具；零件定位设备，所述零件定位设备适用于支撑轨道车辆零件且使所述零件围绕所述零件的纵轴线旋转；以及导轨，所述导轨适用于使所述材料去除机器人(或所述零件定位设备)沿着所述零件的所述纵轴线平移，以将所述工具定位在沿着所述零件的整个长度的多个位置上。所述装置包括：用户界面，所述用户界面适用于由用户操纵；以及计算机可读介质，所述计算机可读介质适用于包含所述零件的尺寸的数字图。处理器适用于从所述用户界面和从所述数字图接收信号，且适用于确定一系列材料去除操作并将指令提供给所述材料去除机器人以在沿着所述零件的长度的多个位置上执行所述材料去除操作。在特定实施方式中，通过利用安装在材料去除机器人或其它机器人上的测量工具扫描零件来获得零件尺寸的数字图，从而用户界面、包含零件尺寸的计算机可读介质和确定一系列材料去除操作的处理器全部为同一设备的部分。然而，在一些实例中，可行的是利用单独装置获得零件尺寸图，并提供在计算机可读介质上的零件尺寸，以用于制造或检修的装置使用。在特定实施方式中，该装置设有焊接工具，该焊接工具可以被安装在与材料去除机器人分离的焊接机器人上，或作为单独工具被安装在材料去除机器人的头部上。在另一方面中，本专利技术为一种用于检修轨道车辆侧架或承梁的方法，所述方法包括：将轨道车辆侧架或承梁装载到自动零件定位设备上，所述自动零件定位设备设置成为安装在一个或多个机器人上的焊接工具头部和材料去除工具头部提供沿着所述侧架或承梁的长度的访问；通过安装在所述一个或多个机器人上的自动测量工具测量所述侧架或承梁，以及使用处理器将从所述测量获得的尺寸存储在存储器中；确定待执行的一系列焊接操作和材料去除操作；沿着所述侧架或承梁的长度设置定位所述材料去除工具头部；以及在沿着所述侧架或承梁的长度的多个不同位置上执行焊接操作。在本专利技术的另一方面中，通过使用无法从计量器获得的参考测量改进自动机械加工和焊接系统，以精确地控制焊接和切割位置，从而确保更严格的容差和改善的整体转向架总成性能。在本专利技术的又一方面中，该系统和方法适用于翻新侧架-承梁组合，从而可以将根据美国专利第8,474,393号(其通过引用并入本文)的横梁栓接和/或焊接在现有侧架上。根据本专利技术的系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造或检修轨道车辆零件的装置，所述装置包括：材料去除机器人，所述材料去除机器人具有适用于安装工具的头部；工具变换器，所述工具变换器包括适用于安装在所述头部上的多个工具，所述多个工具至少包括材料去除工具；零件定位设备，所述零件定位设备适用于支撑轨道车辆零件且使所述零件围绕所述零件的纵轴线旋转；导轨，所述导轨适用于使所述材料去除机器人或所述零件定位设备沿着所述零件的所述纵轴线平移，以将所述工具定位在沿着所述零件的整个长度上的多个位置处；用户界面，所述用户界面适用于由用户操纵；计算机可读介质，所述计算机可读介质适用于包含所述零件的尺寸的数字图；以及处理器，所述处理器适用于从所述用户界面和所述数字图接收信号，且适用于确定一系列测量操作和材料去除操作，并将指令提供给所述材料去除机器人以在沿着所述零件的所述长度上的多个位置执行所述材料去除操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.22 US 15/243,3281.一种用于制造或检修轨道车辆零件的装置，所述装置包括：材料去除机器人，所述材料去除机器人具有适用于安装工具的头部；工具变换器，所述工具变换器包括适用于安装在所述头部上的多个工具，所述多个工具至少包括材料去除工具；零件定位设备，所述零件定位设备适用于支撑轨道车辆零件且使所述零件围绕所述零件的纵轴线旋转；导轨，所述导轨适用于使所述材料去除机器人或所述零件定位设备沿着所述零件的所述纵轴线平移，以将所述工具定位在沿着所述零件的整个长度上的多个位置处；用户界面，所述用户界面适用于由用户操纵；计算机可读介质，所述计算机可读介质适用于包含所述零件的尺寸的数字图；以及处理器，所述处理器适用于从所述用户界面和所述数字图接收信号，且适用于确定一系列测量操作和材料去除操作，并将指令提供给所述材料去除机器人以在沿着所述零件的所述长度上的多个位置执行所述材料去除操作。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述工具变换器包括至少一个测量工具和至少一个材料去除工具，所述测量工具和所述至少一个材料去除工具均适用于由所述材料去除机器人定位且安装在所述材料去除机器人的所述头部上，且其中，所述零件的尺寸的所述数字图从来自所述测量工具的信号获得且被保留在所述计算机可读介质上。3.根据权利要求2所述的装置，其中：所述工具变换器包括至少一个焊接工具；所述材料去除机器人上的所述头部为主轴头，所述主轴头适用于安装焊接工具、测量工具和所述至少一个材料去除工具；且其中：所述处理器适用于确定一系列测量操作、材料去除操作和焊接操作,并将指令提供给所述材料去除机器人以在沿着所述零件的所述长度上的多个位置执行所述测量操作、材料去除操作和焊接操作。4.根据权利要求1所述的装置，还包括焊接机器人，所述焊接机器人与所述材料去除机器人分离且适用于支撑焊接工具，且其中，所述处理器适用于确定一系列测量操作、材料去除操作和焊接操作，以及适用于将指令传送到所述材料去除机器人以执行所述材料去除操作、传送到所述焊接机器人以执行所述焊接操作。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述材料去除机器人包括基底和六个长度可变的致动器，每个所述长度可变的致动器在第一端附接到所述基底，且在与所述第一端相反的一端附接到可移动平台，所述可移动平台为所述头部提供围绕x轴、y轴、z轴、俯仰轴、偏航轴和翻滚轴旋转的自由度。6.根据权利要求4所述的装置，其进一步包括一个或多个框架，所述一个或多个框架适用于支撑所述焊接机器人、所述材料去除机器人和所述导轨，且其中，所述一个或多个框架均具有宽度为83英寸以下且长度为166英寸以下的占地面积，以及所述装置能够在标准卡车集装箱内搬运。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述零件为轨道车辆侧架或承梁。8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述侧架或承梁具有识别标记，并且所述装置还包括适用于读取所述识别标记的识别标记读取器和适用于写入识别标记的识别标记写入器；其中，所述处理器适用于：将所述侧架或承梁的尺寸记录在存储器中并使所述尺寸与所述识别标记相关联；以及在执行所述焊接操作和所述材料去除操作之后更新识别标记，以及写入更新的识别标记。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述识别标记在贴在所述侧架或承梁的标签上，以及所述识别标记写入器为适用于将标记应用在标签上的打印机。10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述识别标记被存储在所述计算机可读介质上。11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述用户界面还包括触摸屏或计算机屏幕显示器。12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述轨道车辆零件为...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·R·博格，C·J·克拉克，T·J·海登，K·P·麦加维，M·福蒂埃，
申请(专利权)人：思创通公司，
类型：发明
国别省市：美国,US