CN111230361B - 司机室前窗骨架焊接装置、工艺及司机室骨架焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种司机室前窗骨架焊接装置、工艺及司机室骨架焊接工艺，包括焊接平台，前窗骨架放置在焊接平台上，在焊接平台上设置有若干个刚性约束装置，利用所述刚性约束装置对前窗骨架压紧定位，通过所述刚性约束装置对前窗骨架的各约束位置设定反变形量。本发明通过采用模块化的设计理念以及在焊前对前窗骨架不同位置的反变形量进行有针对性的调节，实现有效控制焊接变形，提升焊接精度，保证焊接后的成品质量，同时也大幅提升了工作效率，节约生产成本。

Description

司机室前窗骨架焊接装置、工艺及司机室骨架焊接工艺

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆司机室前窗骨架的焊接工艺，特别涉及一种司机室前窗骨架焊接工艺、装置及司机室骨架焊接工艺，属于轨道车辆车体制造技术领域。

背景技术

高速动车组铝合金车体主要由底架、侧墙、端墙、车顶和司机室组成整体焊接结构。其中司机室不仅是高速动车组提升速度的重要因素，也是动车组速度与美感的完美体现，因此司机室的前窗骨架的制造质量至关重要。

如图1所示，司机室的前窗骨架1为三维不规则结构，采用近Z型的断面型材，型材本身的刚度较大，由于前窗骨架全部为三维曲面结构，并由多根型材拼焊而成，前窗骨架再通过焊接的形式连接至司机室骨架2上。

现有的司机室的前窗骨架1焊接工艺，是将前窗骨架1的各型材在组装模具上拼接，采用点固焊对各型材进行连接固定后，再将前窗骨架1组装到司机室骨架2上，前窗骨架1焊接与司机室骨架2焊接同时进行。

现有的焊接工艺成型难度较大，成型后焊接变形不易控制，前窗骨架1焊接后轮廓变形严重，影响前窗玻璃安装和司机室整体外形，具体如下：

(1)司机室的前窗骨架1由多根型材拼焊而成，焊接热输入量大，焊后前窗骨架1自身变形较大。

(2)司机室骨架2与前窗骨架1组装后同时焊接，司机室骨架2采用板材和型材插接、组装而成，连接接头多，焊接热输入量大，司机室骨架2的焊接收缩(拉应力)导致与其连接的前窗骨架1焊接变形。

(3)前窗骨架1为三维曲面结构，焊接过程缺少有效的刚性约束措施，前窗骨架1焊接完成后轮廓变化无规律，变形较大。

(4)前窗骨架1各模块连接位置为周圈焊接，前窗骨架1与司机室骨架2组装后，车体内侧各模块连接焊缝只能采用仰焊焊接位置，焊接空间有限，施工不便，焊接质量难以保证。

(5)前窗骨架1焊接变形后调修量较大，且规律不统一，严重影响质量和生产效率。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，提供一种可以有效控制焊接变形，提升焊接精度，保证前窗骨架焊接质量和成品质量的司机室前窗骨架焊接装置。

本发明另一个主要解决的技术问题是，提供一种可以有效控制焊接变形，提升焊接精度，保证前窗骨架焊接质量和成品质量的司机室前窗骨架焊接工艺。

本发明另一个主要解决的技术问题是，提供一种可以有效控制焊接变形，提升成品质量的司机室骨架焊接工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种司机室前窗骨架焊接装置，包括焊接平台，前窗骨架放置在焊接平台上，在焊接平台上设置有若干个刚性约束装置，利用所述刚性约束装置对前窗骨架压紧定位，通过所述刚性约束装置对前窗骨架的各约束位置设定反变形量。

进一步，所述焊接平台为环形，所述刚性约束装置沿前窗骨架周圈不均匀设置在焊接平台上，所述前窗骨架各约束位置的反变形量设定值相同或不同。

进一步，所述刚性约束装置包括底座、定位装置、压紧装置和反变形量调节装置，所述压紧装置和反变形量调节装置安装在底座上，所述定位装置安装在反变形量调节装置上，所述底座安装在焊接平台上，所述前窗骨架夹紧安装在定位装置与压紧装置之间，反变形量调节装置用于设定所在约束位置的反变形量。

进一步，所述定位装置包括定位块，所述压紧装置包括压紧块，所述定位块安装在反变形量调节装置上，所述压紧块通过连杆机构安装在底座上，所述定位块上具有与前窗骨架断面外侧轮廓相一致的定位面，所述压紧块具有与前窗骨架断面内侧轮廓相一致的压紧面，所述前窗骨架夹紧安装在定位块与压紧块之间。

进一步，所述反变形量调节装置为水平移动机构，带动定位装置在水平方向上移动，所述定位装置的移动方向与所在约束位置的前窗骨架型材的切线垂直。

进一步，所述反变形量调节装置包括带有刻度的滑轨、丝杠及锁紧螺母，所述滑轨安装在底座上，所述定位装置滑动安装在滑轨上并与丝杠一端连接，所述丝杠螺纹连接在底座上，所述锁紧螺母安装在丝杠上。

进一步，所述连杆机构包括连杆和螺杆，所述连杆的一端可转动安装在底座上，所述连杆的另一端具有安装筒，所述螺杆穿过安装筒内部并与所述安装筒之间螺纹连接，所述压紧块固定在螺杆的底端部。

进一步，还包括升降翻转装置，所述焊接平台安装在升降翻转装置上，所述升降翻转装置包括两个立柱、升降装置及翻转装置，在每个立柱上安装有一组升降装置，翻转装置为两个转盘，两个转盘分别通过升降装置上安装在立柱上，焊接平台位于两个转盘中间并与两侧的转盘固定连接。

本发明的另一个技术方案是：

一种司机室前窗骨架焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：

A1、将组成前窗骨架的各段型材在焊接平台上进行拼接预组，使预组的型材符合三维曲面尺寸的设计要求，并利用若干个刚性约束装置进行约束；

A2、根据前窗骨架各位置点的反变形量调节相应位置的刚性约束装置，调节该位置的反变形量至设定值。

A3、对前窗骨架的各接口进行焊接，形成完整的前窗骨架。

本发明的再一个技术方案是：

一种司机室骨架焊接工艺，包括如下步骤：

S1、在焊接平台上完成前窗骨架的焊接；

S2、将焊接后的前窗骨架移动司机室骨架焊接工位上，将前窗骨架与司机室骨架焊接，形成完整的司机室骨架。

综上内容，本发明所述的一种司机室前窗骨架焊接装置、工艺及司机室骨架焊接工艺，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明采用司机室焊接模块化的设计理念，提前完成前窗骨架高精度的组装、焊接，减少了前窗骨架与司机室骨架同时焊接时引起的前窗骨架轮廓变形，大幅提高了焊接质量，保证了前窗玻璃的标准装配，提升了司机室骨架焊接后成品的美观度。

(2)本发明在焊接过程通过有效的刚性约束措施，在焊前对前窗骨架不同位置的反变形量进行有针对性的调节，实现有效控制焊接变形，提升焊接精度，保证焊接后的成品质量，同时也大幅提升了工作效率，节约生产成本，解决了标准动车组司机室前窗骨架焊接变形严重、调修难度和工作量大的难题。

(3)本发明中压紧装置和定位装置均具与有前窗骨架断面轮廓相匹配的形状，实现前窗组焊过程的高精度压紧，有利于进一步减少前窗骨架焊接变形，提高前窗骨架焊接精度，提升焊接质量。

(4)本发明通过设置升降翻转装置，实现了前窗骨架焊接平台的升降和任意角度翻转，可使前窗骨架调节至最佳的焊接位置和焊接角度，避免空间受限位置及仰焊位置的焊接，大幅提升了焊接质量，同时也降低了施工难度，进一步提升了焊接效率。

附图说明

图1是本发明司机室骨架结构图；

图2是本发明司机室前窗骨架结构图；

图3是本发明组焊装置结构图；

图4是本发明刚性约束装置结构图。

如图1至图4所示，前窗骨架1，司机室骨架2，型材3，焊接平台4，升降翻转装置5，立柱6，升降滑轨7，升降台8，转盘9，安装座10，底板10a，安装板10b，刚性约束装置11，底座12，定位块13，横梁14，刻度15，滑轨16，丝杠17，锁紧螺母18，压紧块19，连杆机构20，连杆20a，螺杆20b，安装筒20c，压紧面21，限位块22，安装座23。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1和图2所示，本实施例中提供的一种司机室的前窗骨架1，焊接在司机室骨架2上，司机室的前窗玻璃安装在前窗骨架1上。前窗骨架1为三维曲面的不规则结构，由七个型材3拼接焊接而成，型材3的断面为近Z型的结构。

如图3所示，本实施例中提供的一种司机室前窗骨架焊接装置，包括焊接平台4及升降翻转装置5，前窗骨架1在焊接前吊装放置在焊接平台4上，在焊接平台4上完成拼接及焊接的全部作业。焊接平台4安装在升降翻转装置5上，利用升降翻转装置5实现焊接平台4的升降和360°任意角度的翻转，使前窗骨架1能够调节至最佳的焊接位置和焊接角度，进而避免空间受限位置及仰焊位置的焊接，有利于大幅提升焊接质量，同时也有利于降低施工难度，提升焊接效率。

升降翻转装置5包括两个立柱6、升降装置及翻转装置，在每个立柱6上安装有一组升降装置，每组升降装置上再安装一组翻转装置，两组翻转装置的中间安装焊接平台4。升降装置及翻转装置通过控制器(图中未示出)控制，操作人员通过控制器控制焊接平台4的升降高度及翻转角度。

升降装置包括驱动装置、传动机构及升降台，驱动装置可以采用电机、气缸、液压缸等，传动机构采用链轮传动、丝杠传动、齿轮传动、皮带传动等，本实施例中，优选驱动装置采用电机驱动，传动机构采用链轮传动机构。在立柱6上设置升降滑轨7，升降台8滑动安装在升降滑动7上，升降台8为一个垂向安装的平板结构，驱动装置和传动机构带动升降台8升降。驱动装置、传动机构也都安装在立柱6上。

翻转装置包括两个转盘9、旋转驱动装置及传动机构，每个转盘9对应安装一组旋转驱动装置及传动机构，旋转驱动装置采用电机驱动，传动机构采用链轮传动、齿轮传动、皮带传动等，本实施例中，优选传动机构采用齿轮传动。在需要翻转时，操作人员可以控制升降装置向上运动，将前窗骨架1抬起，两组旋转驱动装置通过传动机构带动两个转盘9在360°范围内同步转动，进而带动前窗骨架1在360°范围内翻转，且转盘9和前窗骨架1可以停止在任一角度位置，便于操作人员进行焊接等操作。翻转结束后，操作人员还可以控制升降装置向下运动，以利于操作人员进行其它操作。

本实施例中，转盘9由两个相对旋转的圆盘组成，其中一个圆盘通过螺栓固定在升降台8上，焊接平台4通过安装座10固定安装在另一个可转动的圆盘上，该圆盘可在垂直平面内转动。安装座10由底板10a及多块平行的安装板10b组成，多块平行的安装板10b垂直焊接在底板10a上，底板10a通过若干个螺栓固定在可转动的圆盘上。焊接平台4的两侧分别与对应的多个安装板10b焊接连接，也可以通过螺栓固定连接。焊接平台4两侧的转盘9为同轴设置，保证旋转平稳。

该升降翻转装置结构简单，降低了工人的劳动强度，使用安全方便。两个立柱6可以通过螺栓直接固定在地面上，也可以设置成距离可调节的结构，如在立柱6与地面之间设置水平移动的机构，使得该装置的使用范围扩大，可适用于不同外形尺寸的前窗骨架1，提高该装置的通用性。

如图3所示，焊接平台4呈环形结构，与前窗骨架1的形状相匹配，中间焊接有一根或多根横梁14，以提高焊接平台4的整体结构强度。本实施例中，焊接平台4优选采用方钢和钢板组焊而成。

在焊接平台4上设置有若干个刚性约束装置11，若干个刚性约束装置11沿前窗骨架1周圈设置，刚性约束装置11对前窗骨架1进行压紧定位，同时，通过刚性约束装置11对前窗骨架1设定反变形量。

由于前窗骨架1在各点位置的变形量不同，本实施例中，首先选择约束位置，在每个约束位置处安装一个刚性约束装置11，若干个刚性约束装置11根据不同约束位置的焊接变形特点沿前窗骨架1周圈采用不均匀的方式安装在焊接平台4上，前窗骨架1各约束位置的反变形量的设定值可以相同，也可以不同。该装置根据前窗骨架焊后变形尺寸及变形位置对前窗骨架1组装时不同位置的反变形量进行调整，用以有针对性地对前窗骨架1的各约束点位置进行反变形量的精确控制，以提升焊接精度，从而提升焊接质量。约束位置的设定和各约束位置的反变形量的设定，可以根据仿真计算结果而设定，也可以根据以往焊接经验的统计值进行设定。

如图3和图4所示，刚性约束装置11包括底座12、定位装置、压紧装置和反变形量调节装置，定位装置、压紧装置和反变形量调节装置集成安装在底座12上，底座12再固定在焊接平台4上。定位装置与压紧装置一一对应设置，在焊接平台4上设置28组，前窗骨架1夹紧安装在定位装置与压紧装置之间，反变形量调节装置用于设定所在约束位置的反变形量。

其中，定位装置包括定位块13，定位块13大致呈L形结构，定位块13上具有与前窗骨架1断面外侧轮廓相一致的定位面(图中未标示)，用以保证前窗骨架1各型材3组装后的轮廓精度，定位块13安装在反变形量调节装置上。本实施例中。定位块13依据前窗骨架1的三维轮廓采用120mm铝板加工而成，以保证定位面的精确度。定位块13也可以采用尼龙等其它硬质材料制成。

反变形量调节装置采用的是水平移动机构，带动定位块13在水平方向上移动，定位块13的移动方向与所在约束位置的前窗骨架1型材3的切线垂直。本实施例中，优选，反变形量调节装置包括带有刻度15的滑轨16、丝杠17及锁紧螺母18，滑轨16安装在底座12上，定位块13滑动安装在滑轨16上并与丝杠17的一端固定连接，丝杠17穿过底座12并与底座12之间螺纹连接，锁紧螺母18安装在丝杠17上。操作人员通过正反旋转丝杠17，根据该约束位置的反变形量调节定位块13的水平位移距离，通过刻度15观察位移量，调整到位后通过锁紧螺母18锁定。

压紧装置包括压紧块19和连杆机构20，压紧块19通过连杆机构20安装在底座12上，压紧块19呈V形结构，压紧块19具有与前窗骨架1断面内侧轮廓相一致的压紧面21，用以保证前窗骨架1各型材3组装后的轮廓精度，前窗骨架1夹紧安装在定位块13的定位面与压紧块19的压紧面21之间。本实施例中。压紧块19依据前窗骨架1的三维轮廓采用120mm铝板加工而成，以保证定位面的精确度。压紧块19也可以采用尼龙等其它硬质材料制成。

连杆机构20包括连杆20a和螺杆20b，连杆20a的一端可转动安装在底座12的顶部，连杆20a的另一端具有安装筒20c，螺杆20b穿过安装筒20c内部并与安装筒20c之间螺纹连接，压紧块19固定在螺杆20b的底端部。操作人员通过旋转螺杆20b,使压紧块19紧密贴合在前窗骨架1的内侧面。本实施例中，螺杆20b倾斜安装，与水平面之间具有一定夹角，旋转螺杆20b时，通过压紧块19可以对前窗骨架1施加倾斜方向上的压力，与定位块13配合，在起到夹紧固定的作用的同时，调节该约束位置的反变形量。

底座12的顶部安装有一个限位块22，用于限制连杆20a向上翻转的角度，限位块22通过转动销转动连接在底座12上，在底座12上具有限位卡槽，限位块22卡在限位卡槽内固定。

焊接平台4上焊接有多个安装座23，底座12通过螺栓固定在安装座23上。在安装座23上设置有多个长圆孔的安装孔，用于与底座12固定连接，方便调节底座12的安装位置。底座12可以为一体的结构，也可以为分体的结构，通过螺栓固定连接，上半部分用于安装压紧装置，下半部分用于安装反变形量调节装置。为了配合各约束位置的前窗骨架1与焊接平台4之间的相对高度，将底座12设计成可以调节高度的结构，如在底座12与安装座23之间根据前窗骨架1的高度加装不同厚度的垫块(图中未示出)。

本实施例中提供的一种司机室前窗骨架焊接工艺，包括如下步骤：

A1、将组成前窗骨架1的七段型材3在焊接平台4上进行拼接预组，使预组的型材符合三维曲面尺寸的设计要求，根据预先设定的约束位置，将若干个刚性约束装置11安装在焊接平台4上。

A2、根据预先设定好的前窗骨架1各约束位置点的反变形量，调节相应位置的反变形量调节装置，通过正反旋转丝杠17，根据该约束位置的反变形量调节定位块13的水平位移距离，通过刻度15观察位移量，调整到设定值后通过锁紧螺母18锁定。

A3、对前窗骨架1的各型材3接口进行焊接，形成完整的前窗骨架1。

本实施例中还提供了一种司机室骨架焊接工艺，包括如下步骤：

S1、依据以上的步骤在焊接平台4上完成前窗骨架1的焊接。

S2、将焊接后的完整的前窗骨架1吊运至司机室骨架焊接工位上，将前窗骨架1与司机室骨架2焊接，形成完整的司机室骨架。

本发明采用司机室焊接模块化的设计理念，提前完成前窗骨架高精度的组装、焊接，减少了前窗骨架与司机室骨架同时焊接时引起的前窗骨架轮廓变形，大幅提高了焊接质量，保证了前窗玻璃的标准装配，提升了司机室骨架焊接后的美观度。

本发明在焊接过程通过有效的刚性约束措施，在焊前对前窗骨架不同位置的反变形量进行调节，实现有效控制焊接变形，提升焊接精度，保证焊接后的产品质量，同时也大幅提升了工作效率，节约生产成本，解决了标准动车组司机室前窗骨架焊接变形严重、调修难度和工作量大的难题。

本发明通过设置升降翻转装置，实现了前窗骨架焊接平台的升降和任意角度翻转，可使前窗骨架调节至最佳的焊接位置和焊接角度，避免空间受限位置及仰焊位置的焊接，大幅提升了焊接质量，同时也降低了施工难度，进一步提升了焊接效率。

本发明中压紧装置和定位装置均具与有前窗骨架断面轮廓相匹配的形状，实现前窗组焊过程的高精度压紧，有利于进一步减少前窗骨架焊接变形，提高前窗骨架焊接精度，提升焊接质量。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本是发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种司机室骨架焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在焊接装置上按司机室前窗骨架焊接工艺完成前窗骨架的焊接，形成完整的前窗骨架；

S2、将焊接后的前窗骨架移动至司机室骨架焊接工位上，将前窗骨架与司机室骨架焊接，形成完整的司机室骨架；

步骤S1中，所述的司机室前窗骨架焊接工艺包括如下步骤：

A1、将组成前窗骨架的各段型材在环形焊接平台上进行拼接预组，使预组的型材符合三维曲面尺寸的设计要求，根据预先设定的约束位置，将若干个刚性约束装置根据不同约束位置的焊接变形特点沿前窗骨架周圈采用不均匀的方式安装在焊接平台上；

A2、根据前窗骨架各位置点的反变形量调节相应位置的刚性约束装置，调节该位置的反变形量至设定值，正反旋转反变形量调节装置中的丝杠，根据该约束位置的反变形量调节定位装置的水平位移距离，通过刻度观察位移量，调整到设定值后通过锁紧螺母锁定；

A3、对前窗骨架的各接口进行焊接，在焊接平台上完成拼接及焊接的全部作业，形成完整的前窗骨架；

所述的司机室前窗骨架焊接工艺中采用焊接装置，所述焊接装置包括环形焊接平台，前窗骨架放置在所述焊接平台上，在所述焊接平台上设置有若干个刚性约束装置，利用所述刚性约束装置对前窗骨架压紧定位，通过所述刚性约束装置对前窗骨架的各约束位置设定反变形量；

所述刚性约束装置包括底座、定位装置、压紧装置和反变形量调节装置，所述底座安装在焊接平台上，所述前窗骨架夹紧安装在定位装置与压紧装置之间，所述底座为分体的结构，所述压紧装置安装在所述底座的上半部分，所述反变形量调节装置安装在所述底座的下半部分，所述定位装置安装在反变形量调节装置上，所述反变形量调节装置用于设定所在约束位置的反变形量；

所述反变形量调节装置为水平移动机构，带动定位装置在水平方向上移动，所述反变形量调节装置包括带有刻度的滑轨、丝杠及锁紧螺母，所述滑轨安装在底座上，所述定位装置滑动安装在滑轨上并与丝杠一端连接，所述丝杠螺纹连接在底座上，所述锁紧螺母安装在丝杠上；

所述定位装置包括定位块，所述压紧装置包括压紧块，所述定位块安装在反变形量调节装置上，所述压紧块通过连杆机构安装在底座上，所述定位块上具有与前窗骨架断面外侧轮廓相一致的定位面，所述压紧块具有与前窗骨架断面内侧轮廓相一致的压紧面，所述前窗骨架夹紧安装在定位块与压紧块之间；

所述定位装置的移动方向与所在约束位置的前窗骨架型材的切线垂直。

2.根据权利要求1所述的司机室骨架焊接工艺，其特征在于：所述前窗骨架各约束位置的反变形量设定值相同或不同。

3.根据权利要求1所述的司机室骨架焊接工艺，其特征在于：所述连杆机构包括连杆和螺杆，所述连杆的一端可转动安装在底座上，所述连杆的另一端具有安装筒，所述螺杆穿过安装筒内部并与所述安装筒之间螺纹连接，所述压紧块固定在螺杆的底端部。

4.根据权利要求1所述的司机室骨架焊接工艺，其特征在于：所述焊接装置还包括升降翻转装置，所述焊接平台安装在升降翻转装置上。

5.根据权利要求4所述的司机室骨架焊接工艺，其特征在于：所述升降翻转装置包括两个立柱、升降装置及翻转装置，在每个立柱上安装有一组升降装置，翻转装置为两个转盘，两个转盘分别通过升降装置上安装在立柱上，焊接平台位于两个转盘中间并与两侧的转盘固定连接。

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