CN102825501A

CN102825501A - 制造轨道车辆车体用长大型材的找正方法

Info

Publication number: CN102825501A
Application number: CN2012103217016A
Authority: CN
Inventors: 黄军军; 王子瑞; 桑弘鹏; 李秀艳; 杨毅; 张学武
Original assignee: Tangshan Railway Vehicle Co Ltd
Current assignee: CRRC Tangshan Co Ltd
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开了一种制造轨道车辆用长大型材的找正方法，该方法包括：1）通过至少一个夹具将工件装夹在数控加工中心的工作台上；2）将雷尼绍测头安装在数控加工中心主轴上；3）通过雷尼绍测头对工件的位置进行测量，获得工件长度方向与数控加工中心水平轴之间的旋转角；4）将该旋转角按照规定的路径附加至数控加工中心编程坐标系的零点程序中，使编程坐标系与工件坐标系一致。通过雷尼绍测头对工件位置进行测量，利用数控系统的功能通过参数赋值的方式进行计算从而获得工件长度方向与加工中心水平轴之间的旋转角，相对现有技术中手工测量工件坐标系的零点，省时省力，并且更加准确。

Description

制造轨道车辆车体用长大型材的找正方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆制造技术，尤其是一种制造轨道车辆车体用长大型材的找正方法。

背景技术

高速动车组车体通常由长度在7米至24米的长大铝合金中空型材组焊形成，在制作过程中，部分长大型材需要焊前加工，其中包括底架边梁、底架弯曲边梁、圆顶边梁、平顶边梁和地板焊前件等五种断面型材，共有二十多种工件；对于该类长大型材，大多采用通用机床配置专用加工工装加工，由于型材断面形状结构、尺寸及加工部位差异很大，工件找正定位夹紧时间很长；不同工件轮番加工时，工装的更换调整时间更长，整体加工效率低，成本高。

现有技术找正该类长大型材的方法如下：

步骤一、制作专用工装，根据型材结构和加工部位特点，大多选用通用长床身数控加工中心，并根据加工中心的结构制作专用加工工装，用专用加工工装对加工件进行定位、装卡。根据加工型材的断面结构尺寸和加工位置，每套工装通常由8～12组定位夹紧单元组成；

步骤二、手动测量工件，加工件在工装定位夹紧后，利用加工中心测量系统对工件实际安装位置进行测量，测量时由一名操作者在机床操作间内操作，另一名操作者在机床操作间外进行指挥测量，来完成工件坐标系零点的建立；采用手动找正方法，将加工中心的主轴移至需测量部位，运行加工中心测量系统对加工件的坐标系零点进行测量，记录各测量数据；

步骤三、将加工件的坐标系零点测量数据输入到编程坐标系的零点程序中使编程坐标系与工件坐标系一致，按照预先编制、调试好的加工程序进行加工。

使用上述找正方法对长大型材进行找正，定位需要的专用工装种类多，成本高：针对每种型材截面制作一套专用加工工装，个别长大型材还有正、反面两次安装加工，因此需正、反面两套加工工装，仅5种截面型材加工就需要十多套加工工装；型材加工属典型小批量轮番生产类型，每批同类型材加工批量较小，大约每月需更换四五次，更换加工工件时，每次需更换8～12组定位夹紧单元，夹具单元在机床上需重新找正定位和固定，更换和找正安装工作量巨大。加工件利用专用加工工装进行定位夹紧，工件找正时间长，效率低；设备成本增加：十多套专用加工工装需要安装在设备工作台上，如此多的工装至少需要两台60M的加工中心；采用手工测量找正工件建立零点坐标系的方式，测量辅助时间大大增加，占用大量机床时间，影响加工效率，并且人工记录、输入测量数据存在因疏忽导致的数据记录错误、误输入现象，将可能导致工件的返工或报废。导致设备有效利用率低。

发明内容

本发明涉及一种制造轨道车辆车体用长大型材的找正方法，用于克服现有技术中的缺陷，实现长大型材在加工前的精准快速找正。

本发明提供的制造轨道车辆用长大型材的找正方法包括以下步骤：

1）通过夹具将工件装夹在数控加工中心的工作台上；

2）将雷尼绍测头安装在数控加工中心主轴上；

3）手动移动雷尼绍测头将其置于工件端部上方，并以雷尼绍测头的当前位置定义为测量子程序坐标系零点；

4）运行测量子程序，通过雷尼绍测头对工件的位置进行测量，获得工件长度方向与数控加工中心水平轴之间的旋转角及工件坐标系零点坐标；

5）将该工件坐标系零点坐标按照规定的方法补偿至数控加工中心编程坐标系的零点程序中，使编程坐标系与工件坐标系一致。

本发明提供的制造轨道车辆用长大型材的找正方法，通过雷尼绍测头对工件位置进行测量，利用数控加工中心测量系统的功能通过参数赋值的方式进行计算从而获得工件长度方向与加工中心水平轴之间的旋转角，进而获得工件坐标系零点坐标，相对现有技术中手工测量工件坐标系的零点，省时省力，并且更加准确。

附图说明

图1为本发明提供的找正方法的实施例一的流程图；

图2为本发明提供的找正方法的实施例二的流程图；

图3为实施例二中工件旋转角计算的原理示意图；

图4为本发明提供的找正方法的实施例三的流程图；

图5为地板焊前件加工装卡的断面图；

图6为底架边梁加工装卡的断面图；

图7为圆边顶加工装卡的断面图；

图8为本实施例三中雷尼绍测头移动位置示意图；

图9为实施例三中执行加工程序流程图。

具体实施方式

实施例一，如图1所示，本实施例提供一种制造轨道车辆用长大型材的找正方法，该找正方法包括以下步骤：

S1：通过夹具将工件装夹在数控加工中心的工作台上；

S2：将雷尼绍测头安装在数控加工中心主轴上；

S3：手动移动雷尼绍测头将其置于工件端部上方，并以雷尼绍测头的当前位置定义为测量子程序坐标系零点；

S4：运行测量子程序，通过雷尼绍测头对工件的位置进行测量，获得工件长度方向与数控加工中心水平轴之间的旋转角及工件坐标系零点坐标；

S5：将该工件坐标系零点坐标按照规定的方法补偿至数控加工中心编程坐标系的零点程序中，使编程坐标系与工件坐标系一致。

本发明提供的制造轨道车辆用长大型材的找正方法，通过雷尼绍测头对工件的位置进行测量，通过数控加工中心测量系统内设置数学计算公式计算出工件长度方向与数控加工中心水平轴之间的旋转角，进而获得工件坐标系零点坐标，相对现有技术中手工测量工件坐标系的零点，省时省力，并且更加准确。降低操作者劳动强度，杜绝了人为零点数据误输入的现象，保证了产品加工质量。

步骤1）中的夹具可以采用通用夹具，工件在数控加工中心的工作台上绕垂直轴转动的自由度通过长大型材与夹具之间的摩擦力矩进行限定，在加工过程中刀具施加给长大型材的作用力矩通常不能克服长大型材与夹具之间的摩擦力矩，因此在加工的过程中长大型材并不会在刀具作用下而绕垂直轴产生转动；这样，可以采用一种通用工装加工多种型材件，大大降低了工装、设备成本，提高设备的利用率。

实施例二，作为上述实施例的具体实施方式，如图2所示，步骤S3:包括：

S31：定义测量子程序坐标系零点存储路径；

S32：通过数控加工中心的记录获得雷尼绍测头当前位置坐标，假设（X0，Y0，Z0）；

S33：把获得的雷尼绍测头当前位置坐标按照所述存储路径附加至测量子程序中作为坐标系零点。

步骤S4包括：

S41：在测量子程序中设定一参数△L，雷尼绍测头采集工件上沿长度方向的两点的位置坐标，该两点之间的水平距离为该参数△L；

如图3所示，通过雷尼绍测头对工件上沿长度方向点Y1和点Y2的位置坐标进行测量，该两点之间的水平距离为一设定参数△L，获得该点Y1和点Y2的位置坐标：其中点Y1测量的位置坐标为（x，y），点Y2测量的位置坐标为[（x+△L）,（y+△Y）]；

S42：运行测量子程序获得工件长度方向与加工中心水平轴之间的旋转角∮及工件坐标系零点坐标；∮=arctan△Y/△L；工件坐标系零点坐标可以用X₀，Y₀，Z₀及∮的关系式表示。

雷尼绍测头到工件上表面之间的距离以及工件上待测量的两点之间的水平距离△L满足雷尼绍测头的测量范围。本实施例中雷尼绍测头到工件上表面之间的距离为20mm，△L为2m~3m。

作为本发明提供的另一具体实施例，如图4所示，若步骤S1中为两个工件，且对称装夹在数控加工中心工作台上的左加工区域和右加工区域，则在步骤S2与步骤S3之间运行以下步骤：

S2’：定义测量程序初始位置，通过运行测量程序判断工件所在的区域并根据其所在区域选择测量子程序；

S3’在两个工件上分别执行步骤S3~步骤S5，使左区域编程坐标系与位于左加工区域的工件坐标系一致，使右区域编程坐标系与位于右加工区域的工件坐标系一致。

实施例三，如图4-8所示，以地板焊前件加工为例对上述两个工件同时加工进行阐述，地板焊前件主要加工端部C形槽、锯铣两端去长短、铣加工端部焊接垫板槽。将雷尼绍测头1安装在在加工中心的的主轴上，用倒L形拐臂A1对工件进行压紧,在加工中心左、右两个工位同时放置一个工件A2，通过通用夹具A3对工件进行装卡和支撑定位，分别对两个工件进行测量和加工。图5为地板焊前件加工装卡的断面图，图6为底架边梁加工装卡的断面图，图7为圆边顶加工装卡的断面图。

按工件具有C形槽的面朝上进行压夹，将安装在主轴上的雷尼绍测头手动移至工件端部上平面20mm处，这里的Z₀=20mm，雷尼绍测头移动的位置如图8所示，然后运行零点找正程序找正工件即上述步骤2’），该测量程序将根据当前主轴所在位置进行判断，利用高级编程功能中的逻辑关系进行判断实现对工件所在区域（位于左加工区域或是右加工区域，左加工区域与右加工区域以加工中心Y轴的中心线为界）进行识别，从而实现了测量子程序的自动选择。

程序上的操作如下：在加工中心装夹长大型材左工件、右工件，分别装夹在相对应的通用加工工装上，将探头手动移至其中一个工件端部上方20mm左右，此过程即流程图4中（定义初始位置）过程，然后执行测量程序，测量程序中定义好相关参数，通过对参数的判断确定工件（即确定产品是左工件还是右工件），在这是通过采用对机床坐标系Y轴的中心进行判断的方法，确定Y中心左右的工件，假定机床Y轴中心机床坐标系为：Y=-2250，通过判定当前探头位置坐标是大于还是小于该值（Y=-2250）来判定工件，确定工件后自动调用相对应工件的测量子程序进行测量，测量完成以后返回至安全高度；然后再次返回执行上述过程，手动移至另一工件端部上方20mm处，同样再次执行该程序，再同样执行上述过程，直至测量程序结束；

手动将探头移至左工件端部上方＞执行测量程序＞执行左区域编程测量子程序＞自动计算测量数据＞精准零点自动写入指定文件一内＞左工件找正结束＞＞手动将探头移至右工件端部上方＞执行测量程序＞执行右区域编程测量子程序＞自动计算测量数据＞精准零点自动写入指定文件二内＞右工件测量结束。工件测量无先后顺序，测量完一个再测另一个即可。

以工件上平面为基准测量垂直轴方向坐标即Z值，测量三点，作为后续焊接垫板槽加工的深度补偿（即Z值补偿）；以上面C型槽为基准测量竖直轴方向坐标即Y值，用以计算工件与加工中心水平轴即X轴的平行度。平行度的计算是为了保证工件加工时进行数值补偿与机床X轴平行，这样才能保证工件端部的垂直度。方法是：先测量端部C形槽处的Y值，然后距离端部2～3m的位置对应参数△L再测量一个Y值，两次测量的Y值存在一个差值⊿Y,这样就构成一个三角形，图示所形成的夹角即为工件绕Z轴的旋转角，也为工件的不平行度。计算原理：R1080=ATAN2((R1058-R1059)/3000)；R1080=ATAN2((R1068-R1069)/3000)；两工件A2之间的水平间距△L取3000mm，其中：R1058、R1059为位于左工位的工件A2测量的两个Y值，R1068、R1069为位于右工位的工件A2测量的两个Y值；取不同的R参数（R1058、R1059；R1068、R1069）是为了测量完一个工件（假设为左）之后可以接着测量另一个工件，零点参数不覆盖。运用高级编程的WRITE功能，将精确零点及工件坐标系零点自动写入到规定的路径中去，形成一个子程序，加工时直接调用该子程序即可。

从上述程序中可以看出，零点程序写入时对工件的不行度进行了精确的补偿，工件绕Z轴的旋转补偿到零点程序中，从而确保了工件端部加工的垂直度，当然，当⊿Y值比较大时，对工件进行微调，然后再次运行该测量程序即可。

综上所述过程，零点子程序按预设的路径自动写在各自的文件夹下，运用该找正方法从而实现了工件的快速精准找正，然后按表1程序目录再单独执行自己的加工程序完成工件的加工。

表1为地板焊前件加工程序目录：

先设定工件精准零点子程序的存储位置，精确零点以子程序的形式存放，在加工过程中调用该子程序，这样能便于工件零点的管理，方便存储。将开始手动移动的位置设定为当前工件的初始零点，对工件进行测量，测量Y方向上的不平行度，测量X、Z方向的数值，测量结果存放在R参数中，计算旋转角，计算精确零点偏移，并利用数控系统的高级编程功能将精确零点写入到指定的文件内，以子程序的形式存放；当两个工件（左工件、右工件）都测量完成计算出了自己单独的精确零点以后，按照加工刀具类型分类，依照加工程序即可分别加工相应的加工件。如附图9所示，该找正方法灵活性较高，即可单件测量完成，再单件进行加工；也可以测量完两个加工件（先后测量左右件），再以刀具为单位分别进行加工，以刀具为单位是为了减少换刀时间。

工件放在定位块上方，即限制了Z方向的移动、绕X/Y方向的转动；用垂直的螺杆压头固定以后，即限制了X/Y方向的移动，因此只剩下绕Z的转动一个自由度还未控制，如上程序编程方法即可将工件绕Z旋转的自由度误差补偿至加工程序，从而实现工件的不平行度补偿，上述方法有效的解决了现有技术中存在的各种问题，加工效果良好。

本发明提出了一套工件零点自动测量找正、自动记录零点参数的方法。实现了工件的快速找正、测量的零点数据自动写入，保证了零点参数的准确性，防止因人为因素导致的零点参数记录错误的隐患，保证了产品质量。同时实现了在一台加工设备、一套通用加工工装即可实现各种型材的安装。缩短工件找正时间，提高了加工效率，减少工装成本以及工装占用的设备成本。本发明解决了超长型材工件在工装上无法准确定位，加工件的X轴及Y轴方向基准点的设置方法，该方法通过数控系统可自动完成。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种制造轨道车辆用长大型材的找正方法，其特征在于，该找正方法包括以下步骤：

1）通过夹具将工件装夹在数控加工中心的工作台上；

2）将雷尼绍测头安装在数控加工中心主轴上；

2.根据权利要求1所述的制造轨道车辆用长大型材的找正方法，其特征在于，所述步骤3）包括：31）定义测量子程序坐标系零点存储路径；

32通过数控加工中心的记录获得雷尼绍测头当前位置坐标；

33）把获得的雷尼绍测头当前位置坐标按照所述存储路径附加至测量子程序中作为坐标系零点。

3.根据权利要求2所述的制造轨道车辆用长大型材的找正方法，其特征在于，所述步骤4）包括：

41）在测量子程序中设定一参数，雷尼绍测头采集工件上沿长度方向的两点的位置坐标，该两点之间的水平距离为该参数；

42）运行测量子程序获得工件长度方向与加工中心水平轴之间的旋转角及工件坐标系零点坐标。

4.根据权利要求1-3任一所述的制造轨道车辆用长大型材的找正方法，其特征在于，若步骤1）中为两个工件，且对称装夹在数控加工中心工作台上的左加工区域和右加工区域，则在所述步骤2）与步骤3）之间运行以下步骤：

2’）定义测量程序初始位置，通过运行测量程序判断工件所在的区域并根据其所在区域选择测量子程序；

3’）在两个工件上分别执行步骤3）-步骤5），使左区域编程坐标系与位于左加工区域的工件坐标系一致，使右区域编程坐标系与位于右加工区域的工件坐标系一致。

5.根据权利要求4所述的制造轨道车辆用长大型材的找正方法，其特征在于，所述雷尼绍测头到工件上表面之间的距离以及工件上待测量的两点之间的水平距离满足雷尼绍测头的测量范围。

6.根据权利要求1-5任一所述的制造轨道车辆用长大型材的找正方法，其特征在于，步骤1）中的夹具为通用夹具，工件在数控加工中心的工作台上能绕垂直轴转动。