铁路货车侧梁自动钻铆一体工艺研究.pdf

37冷热工艺文章编号：1 0 0 7-6 0 34（2 0 2 3）0 4-0 0 37-0 3D01:10.14032/j.issn.1007-6034.2023.04.010铁路货车侧梁自动钻铆一体工艺研究刘星，赵安林，陈文兴，袁宁，邹剑锋（中车长江运输设备集团科技开发分公司，湖北武汉4 30 2 1 2）摘要：通过以铁路货车产品敬车下侧梁为载体，应用智能化、数字化技术，研究相关钻铆一体核心工艺技术；制定下侧梁自动钻铆一体工艺技术方案，实现生产过程中上料、传送、定位夹紧、切割、钻铆、下料等工序自动化和智能化。相关钻铆技术及方案可扩展应用于铁路货车铆接结构的生产制造。关键词：铁路货车；下侧梁；钻铆一体；自动化；智能化中图分类号：U260.9+2文献标识码：B目前，铁路货车产品铆接结构主要采用先钻孔后人工铆接的传统工艺，占用场地大，效率低、劳动强度高。为提升铁路货车铆接结构生产工艺技术水平、生产效率和铆接装配质量，降低劳动强度。基于铁路货车产品车下侧梁开展铁路货车快速钻铆一体工艺技术研究，研究相关核心工艺技术，制定自动钻铆一体工艺方案，实现侧梁的钻铆一体。1自动钻铆技术应用现状1.1国内外自动钻铆技术应用现状自动钻铆技术在航天军工应用较广泛，目前自动钻铆技术在航空制造领域已发展成能够完成定位、钻孔、送钉、铆接及检测功能一体的先进制造技术。国内外铆接装配技术几十年的应用证明，采用自动钻铆技术后可以提高装配效率，并能节约安装成本、改善劳动条件，更主要的是能够确保安装质量，大大减少人为因素造成的缺陷。自动钻铆设备按结构形式分为龙门式自动钻铆系统、C形架自动钻铆系统以及机器人自动钻铆系统，自动钻铆系统相关应用1 如图1 所示，1.2国内铁路货车行业钻铆一体技术应用现状铁路货车产品铆接结构，孔的加工主要针对孔的数量及形状，采用钻床钻孔或其他加工方式，铆接时采用人工穿钉进行铆接，还未采用自动钻铆一体工艺。目前采用自动钻铆技术实现铆接结构部位钻孔和铆接是提高铆接部件装配质量和效率的有效途径，国内铁路货车自动钻铆一体技术未全面推广，在经济性、效率性、实用性、创新性、可推广性的基础上收稿日期：2 0 2 2-0 6-1 0作者简介：刘星（1 9 8 3一），男，高级工程师，本科。C形架自动钻铆系统壁板自动钻铆系统龙门式自动钻铆系统机器人自动钻铆系统图1航空制造领域自动钻铆系统开展自动钻铆一体工艺研究2关键技术研究自动钻铆技术是集定位、钻孔、送钉、铆接及检测功能于一体的先进制造技术，为实现下侧梁自动钻铆一体，基于机器视觉等技术，开展机器人自动切割下料、自动定位钻孔、自动上料、铆接及自动收集切屑等关键工艺技术研究(1）自动切割下料基于机器人+机器视觉技术，机器人自动切割系统具备传感器定长切断和倒角功能，采用等离子切割机实现自动切割侧梁长度及端部坡口（2）自动定位钻孔基于快速自动钻孔技术，钻孔专机采用可调式多轴器实现多孔同时加工，通过光电传感器定位、利用数控程序实现侧梁自动钻孔（3）自动上料、铆接基于机器人+机器视觉技术，负载机器人通过视觉相机定位，实现铆接件的自动抓取、安装、铆接。（4）自动收集切屑38机车车辆工艺第4 期2 0 2 3年8 月冷热工艺研究自动收集切屑技术，采用切屑输送线实现切割、钻孔过程中铁屑及切削液回收循环处理。3方案设计3.1方案设计输入（1）总体目标基于铁路货车下侧梁铆接结构及生产应用工况，开展钻铆关键工艺技术研究，制定下侧梁自动快速钻铆一体生产线技术方案，实现下侧梁下料、钻孔、铆接制造工艺一体。(2)应用工况电源：3相AC380V（50 1）H z，电源的波动小于1 0%；工作温度：-5 4 5；气源压力：0.5 0.8 MPa；工作湿度：9 0%；（3）主要经济技术指标生产场地与原生产工艺相比减少近一半的作业面积；单班2 人操控；自动钻孔、铆接自动上料、拉铆；生产线节拍由2 0 min/件提升到1 0 min/件；（4）应用对象及工艺现状目前槽钢下侧梁主要采用人工下料、人工钻孔铆接；其工艺过程为：人工划线样板号孔一手工切割下料一切割坡口打磨一人工摇臂钻钻孔人工铆接，工序间采用天车转运。下侧梁人工下料钻铆工序配置人员9 人（未包括天车工），生产节拍为2 0 min。其中切割下料工序5人，节拍为1 5min/件；钻孔工序2 人，节拍为1 5min/件；铆接工序2 人，节拍为2 0 min/件。下料配件、钻孔、铆接如图2 所示。(a)槽钢侧梁+(b）槽钢侧梁局部放大图(c)划线钻孔(d)铆接图2槽钢侧梁钻孔、铆接3.2实施方案3.2.1总体方案介绍以下侧梁为载体，根据运用场景，开展“以工件不动，设备移动的机器人自动钻铆一体工艺技术”研究，制定下侧梁钻铆一体生产线技术方案，自动钻铆生产线各工位采用模块化设计。生产线节拍1 0min/件，其中钻孔7 min/件，铆接7.5min/件。3.2.2自动钻铆生产线简述：自动钻铆生产线分为上料区域和加工区域（切割、钻铆、下料），用于下侧梁的自动上料、切割、钻孔、铆接、下料作业。本方案设备采用单工位设置，每班工作时间8 h，且设备满足2 4 h三班连续作业工作能力。工艺流程图如图3所示。上料区域加工区域交验翻定切翻转上料位长钻铆转夹倒孔接下紧角料图3工艺流程图3.2.3自动钻铆生产线工艺布局自动钻铆生产线主要包括：链式输送机、上下料翻转机构、重型滚筒输送线、气动夹紧定位装置、切屑收集线、重型滑台机架、钻孔专机、切割机器人、机器人自动上料铆接工作站、系统集成控制柜等。自动钻铆生产线工艺布局见图4。加工下料上料图4工艺布局图上料区域：人工将下侧梁通过行车吊装于链式输送机上平行摆开，每件间留一定间隙，输送机自动将工件输送上料位，如图5所示。上料翻转机构将下侧梁夹持翻转9 0 后，放置到重型滚筒输送线。加工区域：工件由重型滚筒输送线输送到加工区域，如图6 所示，通过位置传感器输送至预定的加工区域，气动夹紧装置夹紧工件。（1）如图7 所示，（头尾端）光电定尺传感器测量产品长度，滑台上的切割机器人自动切除多余长度，先对头端面切割倒角后，待钻铆作业完成后再对尾端面切割倒角。（2）钻孔专机通过光电传感器进行定位（通过39刘铁路货车侧梁自动钻铆一体工艺技术方案研究星，赵安林，陈文兴，等图5翻转上料传感器标定长度分中后，对基础进行标定），多头钻孔（垂直、水平方向联动作业）专机伺服行走机构自动定位钻孔，如图8 所示，图7测长、切割倒角（3）行走滑台中铆接工作站小负载上料机器人将绳栓、搭扣座配件通过预定的程序移动到标准钻孔位，视觉校正后放置到铆接位置，并将面贴合、孔对齐，同时大负载铆接机器人通过视觉分抹将料框中铆钉、螺栓抓取（同时另一抓具将料框中套环、螺母垫圈抓取），（按视觉标定孔位）并将铆钉、螺栓放置铆接孔内，旋转抓具（按视觉标定孔位）套人套环或螺母垫圈，铆接机器人旋转抓具（按视觉标定孔位）自动铆接，如图9 所示。（4）如图1 0 所示，钻铆完成后、由自动下料翻转机构，将下侧梁夹持翻转9 0，放置到链式输送机上，进行下一循环。图9铆接件自动上料、铆接图1 0翻转下料3.2.4自动钻铆生产线人员配置及节拍下侧梁自动钻孔生产线采用智能化生产作业，自动上下料装置进行上、下料，自动钻铆装置实现自动钻铆，排屑系统自动收集切削物，整线配置操作人员2 人，生产线节拍1 0 min/件，其中上、下料翻转节拍1 min/件（翻转下料节拍0.5min/件）；定位及长度检测节拍0.5min/件；切长及切割倒角节拍1min/件；钻铆7.5min/件（钻孔节拍7 min/件；铆件上料及铆接节拍7.5min/件）；图6定位夹紧图8多头钻孔专机钻孔4方案应用扩展本方案除了可实现槽钢下侧梁的自动下料切割、钻铆，还可以实现H形钢鱼腹侧梁制造钻铆一体。H形钢鱼腹侧梁自动钻铆一体方案基于槽钢侧梁自动钻铆系统，通过增加3轴龙门钻孔专机，实现侧梁上翼边钻孔，采用原铆接工作站完成铆接，实现多种侧梁共线生产，其实施效果如图1 1 所示。图1 1侧梁自动钻铆一体共线生产实施方案效果图5结束语下侧梁钻铆一体工艺方案可实现槽钢、H形钢鱼腹侧梁自动切割下料、钻铆共线生产，钻铆一体生产线具有以下特点及经济效益：（1）侧梁钻铆生产线以标准化作业的原则建立，采用工位制节拍化精益的作业模式，运用信息化系统提升制造过程管理的信息化水平；（2）侧梁钻铆生产线运用自动传输、切割、钻孔、铆接、模块化工装和信息化技术，可有效优化工艺流程、减少用工总量、提高生产效率和产品优质率；（3）侧梁钻铆一体生产线实现侧梁自动切割下料、自动钻铆，降低操作人员劳动强度，作业场地紧，工艺布局合理，生产场地与原生产工艺相比可减少近一半的作业面积；（4）按单班生产计算，减少操作人员7 人，大幅降低人员成本；生产线节拍1 0 min/件，大幅提高单位产量；（5）自动切割下料、钻孔、铆接定位精度高，减少质量风险；（6）侧梁钻铆一体工艺方案实施后形成可复制的铁路货车智能制造产线建设模式，推进企业制造智能化、数字化转型升级，促进提质、降本、增效与绿色可持续发展参考文献：【1 喻龙，章易镰，王宇晗，等飞机钻铆技术研究现状及其关键技术J.航空制造技术,2 0 1 7（9）：1 6-2 5.