高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統

《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》是安徽省巢湖鑄造廠有限責任公司於2017年4月17日申請的發明專利，該專利申請號為2017204011381，公布號為CN206677674U，專利公布日為2017年11月28日，發明人是吳恆志、李一兵、卜英明、張磊、洪傳發。

《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》包括：上料輥道，用於輸送代加工的工件；出料輥道，用於輸送加工完的工件；定位工裝台，分別配置在上料輥道以及下料輥道；打磨機器人，將工件由上料輥道的定位工裝台抓起，經打磨後將工件放入下料輥道的定位工裝台；打磨電主軸，設定在打磨機器人轉動工件移動的範圍內；打磨機，設定在打磨機器人轉動工件移動的範圍內。該發明的有益效果在於實現了對產品的自動識別和自動打磨，大大提高了產品的打磨質量，提高了產品的質量水平。

2020年7月17日，《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。

（概述圖為《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統
• 公布號：CN206677674U
• 公布日：2017年11月28日
• 申請號：2017204011381
• 申請日：2017年4月17日
• 申請人：安徽省巢湖鑄造廠有限責任公司
• 地址：安徽省巢湖市長江西路2號
• 發明人：吳恆志、李一兵、卜英明、張磊、洪傳發
• Int.Cl.：B24B1/00(2006.01)I、B24B19/00(2006.01)I、B24B41/00(2006.01)I、B24B55/06(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

高速鐵路扣件系統是在建設高速鐵路線路的過程中，把高鐵鋼軌固定於道床上並使鋼軌在垂向、橫向和縱向可以進行必要運動的部件。由於高速鐵路車輛軸重較大，運營速度快，同時對軌道的運行平順性和安全性有很高的要求，這些都對固定鋼軌的扣件系統提出了非常高的要求。扣件系統中的鑄件，包括鐵墊板和預埋鐵座作為扣件的重要零部件，在其生產過程中的各個環節，都提出了很高的要求。

鑄件的生產過程中，清理、打磨由合模產生的分模線披縫、毛刺是生產中的重要一環，如果打磨的不好，會直接影響產品的生產質量，打磨多了影響成品尺寸，打磨少了，殘留的毛刺會對其他部件造成損傷，可能在運行過程中造成零部件的疲勞斷裂、失效，直接危害行車安全。傳統的生產過程中，由於鑄件的外形複雜，毛刺一致性差，鑄件的清理工序只能採用人工打磨，這造成的缺點是顯而易見的，如：

1、打磨質量不穩定，打磨效果差，更多的依賴工人的技術水平和責任心，容易出現各種打磨的質量問題。

2、操作環境差，人員操作風險大，容易引發安全事故。

3、打磨效率不高，特別對於一些難於打磨的毛刺，人工打磨效率非常低。

由於人工打磨存在的問題，願意從事打磨工序的工人也越來越少，人力成本大幅提高，導致鑄件產品的成本上升，市場競爭力下降，必須採取適當方法進行改進。近年來，隨著工業機器人技術的不斷成熟，“機器換人”從事環境惡劣的工作，提高生產效率已經成為了一個發展趨勢。

發明內容

專利目的

《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》解決的技術問題是提供一種高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統。

技術方案

《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》包括：上料輥道，用於輸送代加工的工件；下料輥道，用於輸送加工完的工件；定位工裝台，分別配置在上述上料輥道以及上述下料輥道；打磨機器人，其設定有抓手，將工件由上述上料輥道的定位工裝台抓起，經打磨後將工件放入上述下料輥道的定位工裝台；打磨電主軸，設定在上述打磨機器人轉動工件移動的範圍內，其包括電主軸、金剛石磨頭、刀柄、雙工位氣缸，上述電主軸的底部連線上述雙工位氣缸，並且其末端裝配上述金剛石磨頭以及上述刀柄；打磨機，設定在上述打磨機器人轉動工件移動的範圍內，其包括旋轉軸、金剛石切割片、金剛石砂輪、浮動氣缸、電機，上述旋轉軸橫向設定並由上述電機驅動，其一端裝配上述金剛石切割片，另一端裝配上述金剛石砂輪，上述旋轉軸底部連線上述浮動氣缸。 進一步地，上述上料輥道以及上述下料輥道處均設定有視覺識別機器人，上述視覺識別機器人能對工件照相以識別產品的類別和抓取點，並將工件放到定位工裝台上進行精定位。

進一步地，上述定位工裝台包括工作檯、支架、定位塊、導向板、關電對射開關，上述工作檯由上述支架支撐，其表面固定有上述定位塊，上述定位塊固定設定上述導向板用以定位工件，上述定位塊設定上述關電對射開關用以檢測是否有工件。進一步地，上述定位工裝台裝配有三個觸發開關。進一步地，上述打磨電主軸的底部設定有接料小車，其設定在上述金剛石磨頭的正下方。進一步地，上述打磨機的金剛石砂輪以及金剛石切割片均裝配設定有防護罩，上述打磨機設定有基座，上述浮動氣缸、上述旋轉軸以及上述電機均設定在上述基座上。 進一步地，上述打磨機器人的抓手設定有兩個夾持手指，兩個上述夾持手指的最外端面為定位面，兩個上述夾持手指通過裝配的氣缸進行開合。進一步地，上述打磨機器人的抓手設定有三個夾持手指，並分別由夾持氣缸驅動。

改善效果

1、實現了對產品的自動識別和自動打磨，大大提高了產品的打磨質量，提高了產品的質量水平。

2、由於採用了封閉式車間自動上下料，可以實現封閉式的除塵，大大改善了打磨的環境和人員的安全性。

3、生產效率高，降低了產品成本，提高了產品的市場競爭力。

4、系統操作簡單，通用性好，可以實現多種產品的快速切換。

附圖說明

圖1為《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統的俯視示意圖；

圖2為該發明定位工裝台的結構示意圖；

圖3為該發明打磨電主軸的結構示意圖；

圖4為該發明打磨機的結構示意圖；

圖5為該發明打磨機器人的結構示意圖；

圖6為該發明視覺識別機器人的結構示意圖；

圖7為該發明打磨機器人對於工件為鐵墊板的抓手的結構示意圖一；

圖8為該發明打磨機器人對於工件為鐵墊板的抓手的結構示意圖二；

圖9為該發明打磨機器人對於工件為預埋鐵座的抓手的結構示意圖一；

圖10為該發明打磨機器人對於工件為預埋鐵座的抓手的結構示意圖二；

圖11為鐵墊板的毛刺結構示意圖；

圖12為預埋鐵座的毛刺結構示意圖。

技術領域

《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》涉及高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，主要套用在鐵路設備的技術領域。

權利要求

1.《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》包括：上料輥道，用於輸送代加工的工件；下料輥道，用於輸送加工完的工件；定位工裝台，分別配置在所述上料輥道以及所述下料輥道；打磨機器人，其設定有抓手，將工件由所述上料輥道的定位工裝台抓起，經打磨後將工件放入所述下料輥道的定位工裝台；打磨電主軸，設定在所述打磨機器人轉動工件移動的範圍內，其包括電主軸、金剛石磨頭、刀柄、雙工位氣缸，所述電主軸的底部連線所述雙工位氣缸，並且其末端裝配所述金剛石磨頭以及所述刀柄；打磨機，設定在所述打磨機器人轉動工件移動的範圍內，其包括旋轉軸、金剛石切割片、金剛石砂輪、浮動氣缸、電機，所述旋轉軸橫向設定並由所述電機驅動，其一端裝配所述金剛石切割片，另一端裝配所述金剛石砂輪，所述旋轉軸底部連線所述浮動氣缸。

2.根據權利要求1所述的高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，其特徵在於，所述上料輥道以及所述下料輥道處均設定有視覺識別機器人，所述視覺識別機器人能對工件照相以識別產品的類別和抓取點，並將工件放到定位工裝台上進行精定位。

3.根據權利要求1所述的高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，其特徵在於，所述定位工裝台包括工作檯、支架、定位塊、導向板、關電對射開關，所述工作檯由所述支架支撐，其表面固定有所述定位塊，所述定位塊固定設定所述導向板用以定位工件，所述定位塊設定所述關電對射開關用以檢測是否有工件。

4.根據權利要求3所述的高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，其特徵在於，所述定位工裝台裝配有三個觸發開關。

5.根據權利要求1所述的高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，其特徵在於，所述打磨電主軸的底部設定有接料小車，其設定在所述金剛石磨頭的正下方。

6.根據權利要求1所述的高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，其特徵在於，所述打磨機的金剛石砂輪以及金剛石切割片均裝配設定有防護罩，所述打磨機設定有基座，所述浮動氣缸、所述旋轉軸以及所述電機均設定在所述基座上。

7.根據權利要求1所述的高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，其特徵在於，所述打磨機器人的抓手設定有兩個夾持手指，兩個所述夾持手指的最外端面為定位面，兩個所述夾持手指通過裝配的氣缸進行開合。

8.根據權利要求1所述的高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，其特徵在於，所述打磨機器人的抓手設定有三個夾持手指，並分別由夾持氣缸驅動。

實施方式

參照圖1，《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》包括：上料輥道1、下料輥道2、分別設定在上料輥道1以及下料輥道2的定位工裝台3、分別設定在上料輥道1以及下料輥道2的視覺識別機器人4、打磨機器人5、打磨電主軸6、打磨機7，其中打磨機器人5、打磨電主軸6、打磨機7均設定有2個，即整個系統擁有2個加工工序。打磨機器人5均設定在兩個定位工裝台3之間，打磨電主軸6、打磨機7均設定在打磨機器人5移動工件的範圍內。圖6為該發明視覺識別機器人的結構示意圖，參照圖6，視覺識別機器人4能對工件照相以識別產品的類別和抓取點，並將工件放到定位工裝台3上進行精定位。在此實施案例中，採用EFORT，50千克機器人，機器人6軸上帶有一套視覺系統，視覺系統用於定位來料托盤上人工隨意碼垛的工件，氣缸的作用用於檢測來料時的高度，防止碰撞相機及光源，抓件抓手氣缸為SCHUNK品牌，具有夾持力大，動作靈敏，且具有防塵功能；抓手氣缸上連有機加非標件，可以精確的抓取工件到定位工裝台上。對於上料輥道1，其用於輸送代加工的工件，下料輥道2，用於輸送加工完的工件。

圖2為該發明定位工裝台的結構示意圖，參照圖2對於定位工裝台3，即分別配置在上料輥道1以及下料輥道2，定位工裝台包括工作檯2-1、支架2-2、定位塊2-3、導向板2-4、關電對射開關2-5，工作檯2-1由支架2-2支撐，其表面固定有定位塊2-3，定位塊2-3固定設定導向板2-4用以定位工件，定位塊2-3設定關電對射開關2-5用以檢測是否有工件，定位工裝台裝配有三個觸發開關（圖中未顯示），其主要為了工件為預埋鐵座的套用。定位工裝台3用於工件100的定位，具有定位準確功能，且在此工裝台上可以檢測到工件冒口的位置。

圖5為該發明打磨機器人的結構示意圖，參照圖5，打磨機器人5，其設定有抓手5-1，將工件由上料輥道的定位工裝台抓起，經打磨後將工件放入上述下料輥道的定位工裝台。在該實施案例中，打磨機器人選用ABB品牌，型號為：IRB6700-200-2600，抓手氣缸為SCHUNK品牌，具有夾持力大，動作靈敏，且具有防塵功能；氣缸上連有機加非標件，可以精確的抓取工件到打磨機上去打磨。圖11為鐵墊板的毛刺結構示意圖，圖7為該發明打磨機器人對於工件為鐵墊板的抓手的結構示意圖一，圖8為該發明打磨機器人對於工件為鐵墊板的抓手的結構示意圖二；參照圖7、8、圖11，打磨機器人的抓手設定有兩個夾持手指5-11，兩個夾持手指5-11的最外端面為定位面5-12，兩個夾持手指5-11通過裝配的氣缸進行開合。鐵墊板類產品需打磨的毛刺8-1主要位於底面四周，同時鑄件的澆口位置8-2有凸出約5mm左右的殘留（鐵墊板的澆口每塊只有一個，位於鐵墊板的長邊一側，位置固定，為圖示的三個位置的其中任意一個）。鐵墊板的安裝孔8-3中有一些小的毛刺，由衝壓工序處理乾淨，作為打磨的抓取位置。兩個夾持手指5-11在抓取鐵墊板時手指伸入鐵墊板的兩個安裝孔中，抓手的定位面5-12靠緊鐵墊板的底面，然後手指張開，抓緊鐵墊板進行打磨。

圖9為該發明打磨機器人對於工件為預埋鐵座的抓手的結構示意圖一，圖10為該發明打磨機器人對於工件為預埋鐵座的抓手的結構示意圖二，圖12為預埋鐵座的毛刺結構示意圖，參照圖9、10、圖12，打磨機器人的抓手設定有三個夾持手指5-13，並分別由夾持氣缸5-14驅動。預埋鐵座類產品需打磨的毛刺9-1主要位於頭部9-2的T型槽的周邊和中部的合模線9-3處，其中由於中部的合模線9-3處的毛刺9-1位於鑄件的最大輪廓線上，易於清理，為提高機器人的打磨效率，該處毛刺由衝壓工序處理乾淨，主要打磨T型槽周邊的毛刺，這樣可以在一次抓取中完成打磨。而三個夾持手指5-13組成一個大的抓取機構，目的主要是針對預埋鐵座類零件尺寸小，批量大的特點，為提高打磨工效而設計。抓取時以預埋鐵座產品一體成型的頭部定位面定位，三個夾持手指5-13同時抓緊，對於要求較低的柄部9-4，由於基本可以不做處理，抓手完全讓開，提高了抓取的適應性。

圖3為該發明打磨電主軸的結構示意圖，參照圖3，打磨電主軸6，設定在打磨機器人5轉動工件移動的範圍內，其包括電主軸6-1、金剛石磨頭6-2、刀柄6-3、雙工位氣缸6-4，電主軸6-1的底部連線上述雙工位氣缸6-4，並且其末端裝配金剛石磨頭6-2以及刀柄6-3，打磨電主軸的底部設定有接料小車6-5，其設定在金剛石磨頭6-2的正下方。根據不同的打磨工藝以及打磨工件，可以更換不同的金剛石磨頭，主要用於零件內控或者內控中毛刺的去除，雙工位氣缸的壓力可根據前端的精密調壓閥的氣壓值來設定，但打磨的力偏大時，此電主軸可以相對應的浮動，以保護設備，也防止過磨工件。 圖4為該發明打磨機的結構示意圖，參照圖4，打磨機7，設定在打磨機器人5轉動工件移動的範圍內，其包括旋轉軸7-1、金剛石切割片7-2、金剛石砂輪7-3、浮動氣缸7-4、電機7-5，旋轉軸7-1橫向設定並由電機7-5驅動，其一端裝配金剛石切割片7-2，另一端裝配金剛石砂輪7-3，旋轉軸7-1底部連線浮動氣缸7-4，打磨機的金剛石砂輪7-3以及金剛石切割片7-2均裝配設定有防護罩7-6，打磨機設定有基座7-7，浮動氣缸7-4、旋轉軸7-1以及電機7-5均設定在基座7-7上。

金剛石砂輪7-3用於工件小毛刺飛邊的研磨，金剛石切割片7-2用於澆冒口和大毛刺的切除，浮動氣缸用於打磨機的浮動，此數值可以根據精密調壓閥來調節，一旦打磨力大於設定的浮動力時，整個設備除基座外均繞著擺動軸旋轉，可以減少對設備的損壞以及防止零件的去毛刺的過磨，同時設定壓力感測器實現力補償，更好的保證了打磨產品的精度，電機帶動同步輪與同步帶使得旋轉軸轉動，使得此套設備運行平穩，噪音小。該高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統，其具體的打磨方法的步驟包括：

（1）上料輥道的視覺識別機器人通過對由上料輥道輸送來的工件照相，識別工件的類別和抓取點，並將工件放到定位工裝台上進行精定位；

（2）打磨機器人從定位工裝台上抓取精定位後的工件送至打磨電主軸的加工範圍，由裝配有金剛石磨頭的電主軸進行打磨；

（3）打磨機器人將工件送至打磨機的加工範圍內，分別由金剛石切割片以及金剛石砂輪分別進行打磨；

（4）打磨機器人將加工好的工件送至下料輥道的定位工裝台上；

（5）下料輥道的視覺識別機器人將加工好的位於定位工裝台上的工件抓取，並送至下料輥道。

其中還，對於工件為鐵墊板，由定位工裝台上的三個觸發開關進行判斷，觸發開關的位置和鐵墊板上的澆口可能的三個位置一致，當第一次放置鐵墊板並觸發了其中的一個開關，則可以判斷鐵墊板上的澆口位置，如果三個開關都未觸發，視覺識別機器人將產品旋轉180度，再次置於定位工裝台上，必然觸發其中的一個開關，則可以判斷鐵墊板上的澆口位置。

榮譽表彰

2020年7月17日，《高速鐵路鋼軌扣件鑄件打磨生產系統》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。