CN117086637A - 一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种尖轨自动化铣磨抛复合加工系统进行铣磨抛复合加工系统及其方法，包括工业六轴机器人、线激光测量系统、浮动式加工单元、机器人第七轴系统和控制系统。该第七轴系统用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量带动所述工业六轴机器人相对尖轨进行水平移动以实现所述工业六轴机器人带动所述浮动式加工单元移动到尖轨加工的目标位置。应用该系统及其加工方法能够实现对尖轨的自动化铣磨抛复合加工，从而提高了尖轨的加工质量，保证了尖轨的一致性。

Description

一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统及方法

技术领域

本发明涉及特长异型工件自动化加工技术领域，具体而言，涉及一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统及方法。

背景技术

尖轨是道岔的核心部件，承担着列车变轨转线的重要职能。尖轨成型主要采用数控铣削进行加工，但是成型后尖轨棱边会存在尖锐棱角、毛刺、残留片状铣屑等问题。由于尖轨特长(最大超过40m)以及复杂变化的形貌特征，目前全部由人工使用角磨机完成打磨抛光等工序，存在着打磨质量一致性差、效率低和漏打磨等问题。使用工业机器人代替人工打磨能够大幅度提高零件的加工效率和表面质量，但其工作范围较小难以满足尖轨的加工需求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统：

包括工业六轴机器人、线激光测量系统、浮动式加工单元、控制系统、机器人第七轴系统；

所述工业六轴机器人设置在所述机器人第七轴系统上，所述线激光测量系统和浮动式加工单元设置在所述工业六轴机器人上；

所述工业六轴机器人用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量调整位姿，带动所述线激光测量系统或者浮动式加工单元到达目标位置；所述工业六轴机器人的数量可根据实际需求添加或者减少，并且每个所述工业六轴机器人可单独控制，能协同完成对尖轨端面和不同棱边的加工。

所述线激光测量系统用于对尖轨进行三维扫描并生成点云数据；

所述浮动式加工单元用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量实现对尖轨表面的加工；

所述控制系统用于处理所述浮动式加工单元、工业六轴机器人、机器人第七轴系统通讯信息获得机器人的加工路径和尖轨的加工余量以及给工业六轴机器人指派相应任务；

所述机器人第七轴系统用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量带动所述工业六轴机器人相对尖轨进行水平移动以实现所述工业六轴机器人带动所述浮动式加工单元移动到尖轨加工的目标位置。

在上述方案的基础上，所述浮动式加工单元包括力控浮动电主轴、连接法兰和加工工具；

所述力控浮动电主轴通过所述连接法兰设置在所述工业六轴机器人上，所述力控浮动电主轴用于实现所述加工工具对尖轨的铣磨抛复合加工时的浮动效果；

所述加工工具设置在所述力控浮动电主轴上；

所述连接法兰用于连接所述浮动电主轴和所述工业六轴机器人。

在上述方案的基础上，所述控制系统包括工业PC、机器人控制柜和控制台；

所述工业PC用于处理所述线激光系统生成的点云数据，拟合尖轨曲面，并计算加工余量；

所述机器人控制柜用于控制所述工业六轴机器人各关节运动；

所述控制台用于根据尖轨曲面及加工余量规划加工路径。

在上述方案的基础上，所述机器人第七轴系统包括直线电机模组、风琴罩、内藏支架、机器人工作台；

所述直线电机模组用于驱动所述工业六轴机器人进行水平方向长距离的移动；

所述风琴罩用于所述直线电机模组的防尘；

所述内藏支架用于放置所述机器人控制柜；

所述机器人工作台用于提供工业六轴机器人的工作平台。

在上述方案的基础上，所述内藏支架还用于放置空气压缩机，用于为所述浮动式加工单元提供气源。

在上述方案的基础上，所述工业六轴机器人设置在所述直线电机模组上，所述工业PC和所述内藏支架均设置在所述直线电机模组上，所述机器人控制柜和所述空气压缩机设置在所述内藏支架上，所述控制台设置在所述机器人控制台的前方，使得系统进行加工作业时，所述直线电机模组能带动所述工业六轴机器人、所述内藏支架、所述机器人控制柜和所述空气压缩机一起运动。

在上述方案的基础上，所述机器人工作台上开有滑槽，用于所述内藏式支架跟随所述直线电机模组和所述工业六轴机器人一起移动。

在上述方案的基础上，还包括滑触线，所述滑触线设置在所述机器人第七轴系统上，所述滑触线用于所述尖轨自动化铣磨抛复合加工系统的工作提供电源。

在上述方案的基础上，所述加工工具可替换，如圆角铣刀、砂轮、千叶轮等，实现对尖轨进行铣削、磨削和抛光工艺；

在上述方案的基础上，提出一种特长异型多机器人尖轨铣磨抛复合加工系统进行铣磨抛复合加工的方法，包括下述步骤：

线激光测量系统对尖轨进行三维扫描并生成点云数据；

根据工艺要求，选择浮动式加工单元中的加工工具；

控制系统根据点云数据拟合尖轨型面廓形，根据型面廓形计算尖轨加工余量；

生成工业六轴机器人配合机器人第七轴系统的加工路径，分配任务给指定的工业六轴机器人；

机器人第七轴系统根据加工路径带动工业六轴机器人移动，多个机器人开始协同作业，通过调整自身位姿带动浮动式加工单元运动，共同完成尖轨端面和不同棱边的加工。

工序完成后，可根据需求更换加工工具进行前道工序，或线激光测量系统再次进行扫描，确认加工后的尖轨满足工艺要求后，完成尖轨铣磨抛复合加工。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统及方法，可以提高尖轨的加工质量及生产效率，解决尖轨实际生产中表面质量一致性差、效率低和漏打磨等问题。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明提供的尖轨自动化铣磨抛复合加工系统的结构示意图；

图2为本发明同时加工尖轨不同棱边的结构示意图；

图3为本发明加工尖轨端面的结构示意图；

图4为本发明提供的浮动式加工单元进行铣削加工的结构示意图；

图5为本发明提供的浮动式加工单元进行磨削加工的结构示意图；

图6为本发明提供的浮动式加工单元进行抛光加工的结构示意图；

图7为本发明内藏支架结构示意图；

图8为本发明机器人第七轴系统结构示意图；

图9为本发明线激光测量系统示意图；

图10为本发明提供的应用尖轨自动化铣磨抛复合加工系统进行铣磨抛复合加工的方法的一种实施过程流程图。

附图标记：

控制系统1、直线电机模组2、工业六轴机器人3、风琴罩4、尖轨定位工作台5、电磁吸盘6、尖轨7、力控浮动电主轴8、连接法兰9、圆角铣刀10、砂轮11、千叶轮12、机器人底座法兰13、工业PC14、滑触线15、内藏式支架16、机器人控制柜17、空气压缩机18、线激光传感器19、连接法兰20。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加显而易见，下面结合附图1-10和具体实施方式对本发明进行进一步的详细说明。

在本实施例中提供了一种尖轨自动化铣磨抛复合加工系统，如图1所示，尖轨自动化铣磨抛复合加工系统的结构示意图，包括控制系统1、直线电机模组2、工业六轴机器人3、风琴罩4、尖轨定位工作台5、电磁吸盘6、尖轨7；

所述控制系统1用于控制所述工业六轴机器人3与直线电机模组2进行加工作业；

所述直线电机模组2用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量带动所述工业六轴机器人相对尖轨进行水平移动以实现所述工业六轴机器人带动所述浮动式加工单元移动到尖轨加工的目标位置；

所述工业六轴机器人3用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量调整位姿，带动所述浮动式加工单元到尖轨加工的目标位置；

所述风琴罩4用于所述直线电机模组2的防尘保护；

所述尖轨定位工作台5用于安装所述电磁吸盘6和所述尖轨7；

所述电磁吸盘6用于定位所述尖轨7，保证尖轨加工的一致性。

本发明实施例提供的尖轨自动化铣磨抛复合加工系统，通过设置工业六轴机器人、线激光测量系统、浮动式加工单元、控制系统和机器人第七轴系统，能够实现对尖轨的自动化铣磨抛复合加工，从而提高了尖轨的加工质量，保证了尖轨的一致性。

需要说明的是，本实施例中所述电磁吸盘6可根据所述尖轨7具体情况增加或减少数量进行定位安装，不限于图1中的数量。

需要说明的是，如图2所示，本实施例中所述工业六轴机器人3可根据所述尖轨7具体情况增加或减少数量进行加工。并且每个所述工业六轴机器人3可独立控制，加工或扫描尖轨的不同棱边。

需要说明的是，如图2、图3所示，本发明中所述工业六轴机器人3不限于加工尖轨的棱边，还可以加工尖轨的端面。

具体地，所述浮动式加工单元包括力控浮动电主轴8和连接法兰9，如图4所示，所述力控浮动电主轴8与所述连接法兰9固定，所述连接法兰9与所述工业六轴机器人3连接，所述力控浮动电主轴8用于为末端加工工具提供浮动效果，提高加工质量。

具体地，本发明可根据工艺要求更换圆角铣刀10、砂轮11、千叶轮12，如图4、图5、图6所示，完成铣磨抛复合加工。

需要说明的是，本发明浮动式加工单元中的加工工具不限于所述圆角铣刀10、所述砂轮11、所述千叶轮12三种加工工具，可根据实际需求进行添加。

具体地，所述尖轨自动化铣磨抛复合加工系统还包括工业PC14，如图7所示，所述工业PC14设置在所述直线电机模组2上，与机器人底座法兰13连接，所述底部法兰13用于连接所述工业六轴机器人3与所述直线电机模组2。

在一个优选的实施例中，所述机器人底座法兰13设置有外壳防尘，外壳大小可根据具体布局情况设计。

具体地，所述尖轨自动化铣磨抛复合加工系统还包括机器人控制柜17，所述机器人控制柜17设置在所述内藏支架16上，所述机器人控制柜17用于控制所述工业六轴机器人3各关节运动。

具体地，所述尖轨自动化铣磨抛复合加工系统还包括空气压缩机18，所述空气压缩机设置在内藏式支架16上，所述空气压缩机18与所述力控浮动电主轴8连接，所述空气压缩机18用于为所述力控浮动电主轴8提供气源，保证其浮动效果。

需要说明的是，如图8所示，所述内藏式支架16与所述直线电机模组2连接，机器人工作台上开有滑槽，用于所述内藏式支架16跟随所述直线电机模组2和所述工业六轴机器人3一起移动。其中，所述内藏式支架16节约了整体布局的空间，特别是节约了所述工业六轴机器人3工作范围内的空间，使得系统整体更加简洁、美观。

具体地，所述尖轨自动化铣磨抛复合加工系统还包括线激光测量系统，如图9所示，所述线激光测量系统包含：线激光传感器19和连接法兰20，所述线激光传感器19通过所述连接法兰20和所述工业六轴机器人3连接，所述线激光传感器用于对尖轨进行三维扫描并生成点云数据。

需要说明的是，图9仅展示所述线激光测量系统扫描尖轨的一种位姿，实际上需要调整多种位姿以完整精确地扫描出尖轨的真实形貌。应当理解的是，所述线激光测量系统用于尖轨的三维扫描、型面重构，保证系统的加工精度。

在一个优选的实施例中，所述直线电机模组2还包括滑触线15，所述滑触线15设置在所述直线电机模组2上，所述滑触线15用于为所述尖轨自动化铣磨抛复合加工系统的工作提供电源。

在一个优选的实施例中，控制台1设置在机器人工作台的前方，通过操控屏无线操控所述工业PC14发出控制指令，同时设置系统急停系统，一键式停机。

本说明书提供一种应用前文所述的尖轨自动化铣磨抛复合加工的方法的具体实施例，包括下述步骤：

线激光测量系统对尖轨进行三维扫描并生成点云数据；

根据工艺要求，选择浮动式加工单元中的加工工具，如圆角铣刀、砂轮、千叶轮等，实现对尖轨进行铣削、磨削和抛光工艺；

控制系统根据点云数据拟合尖轨型面廓形，根据型面廓形计算尖轨加工余量，然后生成工业六轴机器人配合机器人第七轴系统的加工路径，并且分配任务给指定的工业六轴机器人。

机器人第七轴系统根据加工路径带动工业六轴机器人移动，多个机器人开始协同作业，通过调整自身位姿带动浮动式加工单元运动，共同完成尖轨端面和不同棱边的加工。

工序完成后，可根据需求更换加工工具进行第二道工序，或线激光测量系统再次进行扫描，确认加工后的尖轨满足工艺要求后，完成尖轨铣磨抛复合加工。

下面结合图10对本发明实施例提供的应用前文所述的尖轨自动化铣磨抛复合加工系统进行铣磨抛复合加工的方法进行详细描述。

首先，根据尖轨尺寸，合理进行装卡定位,标定各工位位置。

具体地，开始线激光测量系统进行三维扫描，将测量的三维数据传递给工业PC并生成点云数据，通过无线通信传递给控制台。

对点云数据进行点云拼接，判断拼接质量，再对点云文件进行曲面重构，并进行曲面拟合。

根据所需加工工艺，选取浮动式加工单元加工工具，设置铣磨抛加工参数。

计算拟合曲面每个点与标准尖轨型面对应点的距离，根据数据点的距离和铣磨抛参数计算所需的加工余量。

其次，根据测量数据，将作业任务分配给单个或多个机器人，并规划机器人加工路径。

具体地，根据工艺要求，在控制台上设置机器人末端接触压力与直线电机模具移动速度，并对系统生成的加工路径进行仿真验证。

确认加工路径合理后，力控浮动电主轴装夹加工工具，直线电机模组协同工业六轴机器人移动到指定位置进行加工；

工序完成后，线激光测量系统进行扫描，判断是否达到工艺要求；

加工结束后，控制台一键复位，各工位机器人回到初始位置。

以上实施方式仅用于说明本发明专利，而并非对本发明专利的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明专利的实质和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明专利的范畴，本发明专利的专利保护范围应由权利要求限定。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，包括工业六轴机器人、线激光测量系统、浮动式加工单元、控制系统、机器人第七轴系统；

所述工业六轴机器人设置在所述机器人第七轴系统上，所述线激光测量系统和浮动式加工单元设置在所述工业六轴机器人上；

所述工业六轴机器人用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量调整位姿，带动所述线激光测量系统或者浮动式加工单元到达目标位置；

所述线激光测量系统用于对尖轨进行三维扫描并生成点云数据；

所述浮动式加工单元用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量实现对尖轨表面的加工；

所述控制系统用于处理所述浮动式加工单元、工业六轴机器人、机器人第七轴系统通讯信息获得机器人的加工路径和尖轨的加工余量以及给工业六轴机器人指派相应任务；

所述机器人第七轴系统用于根据尖轨的目标廓形以及加工余量带动所述工业六轴机器人相对尖轨进行水平移动以实现所述工业六轴机器人带动所述浮动式加工单元移动到尖轨加工的目标位置。

2.根据权利要求1所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，所述浮动式加工单元包括力控浮动电主轴、连接法兰和加工工具；

所述力控浮动电主轴通过所述连接法兰设置在所述工业六轴机器人上，所述力控浮动电主轴用于实现所述加工工具对尖轨的铣磨抛复合加工时的浮动效果；

所述加工工具设置在所述力控浮动电主轴上；

所述连接法兰用于连接所述浮动电主轴和所述工业六轴机器人。

3.根据权利要求1所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，所述控制系统包括工业PC、机器人控制柜和控制台；

所述工业PC用于处理所述线激光系统生成的点云数据，拟合尖轨曲面，计算加工余量；

所述机器人控制柜用于控制所述工业六轴机器人各关节运动；

所述控制台用于根据尖轨曲面及加工余量规划加工路径。

4.根据权利要求1所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，所述机器人第七轴系统包括直线电机模组、风琴罩、内藏支架、机器人工作台；

所述直线电机模组用于驱动所述工业六轴机器人进行水平方向长距离的移动；

所述风琴罩用于所述直线电机模组的防尘；

所述内藏支架用于放置所述机器人控制柜；

所述机器人工作台用于提供工业六轴机器人的工作平台。

5.根据权利要求4所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，所述内藏支架还用于放置空气压缩机，为所述浮动式加工单元提供气源。

6.根据权利要求4所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，所述工业六轴机器人设置在所述直线电机模组上，所述控制系统和所述内藏支架均设置在所述直线电机模组上，使得系统进行加工作业时，所述直线电机模组能带动所述工业六轴机器人、所述内藏支架、所述控制系统一起运动。

7.根据权利要求4所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，所述机器人工作台上开有滑槽，用于所述内藏式支架跟随所述直线电机模组和所述工业六轴机器人一起移动。

8.根据权利要求1所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，还包括滑触线，所述滑触线设置在所述机器人第七轴系统上，所述滑触线用于所述尖轨自动化铣磨抛复合加工系统的工作提供电源。

9.根据权利要求2所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统，其特征在于，所述加工工具可替换。

10.一种应用权利要求1至9中任意一项所述的一种尖轨多机器人自动化铣磨抛复合加工系统进行铣磨抛复合加工的方法，其特征在于，包括下述步骤：

线激光测量系统对尖轨进行三维扫描并生成点云数据；

根据工艺要求，选择浮动式加工单元中的加工工具；

控制系统根据点云数据拟合尖轨型面廓形，根据型面廓形计算尖轨加工余量；

生成工业六轴机器人配合机器人第七轴系统的加工路径，分配任务给指定的工业六轴机器人；

机器人第七轴系统根据加工路径带动工业六轴机器人移动。