一种列车侧架砂芯的下芯定位构件的制作方法

本实用新型涉及一种定位构件，特别涉及一种列车侧架砂芯的下芯定位构件。

背景技术：

侧架是货运列车走行机构的核心部件之一，对货车车体起承载和支撑作用，在列车走行过程中，持续承受和传递着各种作用力及负载载荷，侧架的铸造质量是决定货运列车运行安全性和可靠性的一个重要因素。为了提高铁路货运列车转向架摇枕和侧架的铸造质量，铁路总公司（原铁道部）标准tb/t3012-2016中明确规定25t及以上转向架的摇枕、侧架生产必须采用整体芯自动下芯工艺，目前，传统k6型号的货运列车转向架侧架都已推广应用了整体下芯工艺方法，利用下芯机器人及其固化软件，通过对分别放置于砂芯和砂型上的扫描定位块进行扫描，获取砂芯和砂型的空间位置，再依据预设目标参数值控制机械手完成下芯操作，实现芯型铸模组合。目前，生产中使用的通用扫描定位块，如图1和图2所示，顶端圆环面为扫描面，扫描面基准高度为hj，扫描面圆心为定位点，以k6型侧架为例，如图3和图4所示，在铸造砂芯和砂型上各分别放置两只通用扫描定位块，砂芯上的放置位置为三角孔上方的凸起边缘处，砂型上则放置在下部边缘处，固化软件中的预设目标参数值包括有：砂芯上通用扫描定位块定位点之间的距离l0、砂芯上通用扫描定位块定位点与标准夹持状态下下芯机器人机械手卡爪中心线之间的距离m0、砂型上通用扫描定位块定位点之间的距离w0、标准组模状态下砂芯上通用扫描定位块定位点连线与砂型上通用扫描定位块定位点连线之间的距离d0、标准组模状态下砂芯上通用扫描定位块扫描面与砂型上通用扫描定位块扫描面之间的高度差h0、标准夹持状态下砂芯上通用扫描定位块扫描面与下芯机器人机械手卡爪下端面之间的高度差h0等。但是，随着货运列车载重量不断提高，转向架及其构成部件不断升级，虽然侧架整体基本形状始终保持不变，但设计结构和规格尺寸则在不断发生变化，因此现有下芯机器人固化软件中的预设目标参数值已经不能适用于新型号产品的工艺要求，下芯机械人无法直接应用于新型号产品的下芯操作，如果针对每种型号产品均逐一重新开发专用应用软件并分别重新配套专用机械手夹持装置，必将导致因高额的软件开发费用而使生产成本大幅提升，以及频繁调整更换机械手夹持装置而使生产效率明显降低的问题，因此，设计开发一种针对新型产品的下芯定位修正方法，使现有下芯机械人能够直接应用于新型号产品的下芯工艺过程中，是保证组模生产线实现不同型号产品的快速柔性转换，节约生产成本，提高生产效率的一个现实性课题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：提供一种列车转向架侧架砂芯的下芯定位构件，将该下芯构件应用于侧架砂芯的下芯定位修正方法，利用原有下芯机器人及其已有针对货运列车转向架现有型号侧架的固化软件，在无需更换机械手夹爪的情况下，直接对货运列车转向架改进型号侧架产品进行下芯组模工艺操作，降低成产成本，提高生产效率。

一种列车侧架砂芯的下芯定位修正方法，用于对货运列车转向架改进型号侧架下芯组模工艺中砂芯和砂型实际结构参数值进行修正，以使下芯机器人能够依据现有型号侧架产品的预设目标参数值直接对改进型号侧架产品实施下芯操作控制，所述实际结构参数值即为在未进行任何数值修正的情况下，对所述改进型号侧架进行整体下芯操作时的实际控制参数数值，包括有：设置在砂芯上的扫描定位块设置点之间的距离ln、标准夹持状态下设置在砂芯上的扫描定位块设置点与下芯机器人机械手卡爪中心线之间的距离mn、标准组模状态下设置在砂芯上的扫描定位块设置点连线与设置在砂型上的扫描定位块设置点连线之间的距离dn、标准组模状态下设置在砂芯上具有基准高度hj的扫描定位块扫描面与设置在砂型上具有基准高度hj的扫描定位块扫描面之间的高度差hn、标准夹持状态下设置在砂芯上具有基准高度h标的扫描定位块扫描面与下芯机器人机械手卡爪下端面之间的高度差hn等，具体修正方法包括以下步骤：

步骤1：利用下芯定位构件对所述改进型号侧架砂芯和砂型的实际结构参数值进行修正

所述下芯定位构件由专用砂芯扫描定位块和专用砂型扫描定位块组成，所述专用砂芯扫描定位块具有三维修正功能，即：在x方向修正量为△l、在y方向为△m、在z方向为△h，所述专用砂芯扫描定位块具有二维修正功能，即：在y方向为△d、在z方向为△h；将两个所述专用砂芯扫描定位块在所述改进型号侧架砂芯中线两侧对称放置于砂芯三角孔上方的凸起边缘处，设定两个所述专用砂芯扫描定位块的设置点之间的距离为ln，受所述改进型号侧架结构的影响，通常所述距离ln无法与所述下芯机器人固化软件中的预设目标参数值l0相等同，将两个所述专用砂型扫描定位块在所述改进型号侧架砂型中线两侧对称放置于砂型的下部边缘上，设定两个所述专用砂型扫描定位块设置点之间的距离为w0，与所述下芯机器人固化软件中的所述预设目标参数值保持相同；所述专用砂芯扫描定位块和所述专用砂型扫描定位块的各个修正量分别满足以下关系：

△l=（ln-l0）/2；

△m=mn-m0；

△d=dn-d0-△m；

△h=hn-h0；

△h=hn-h0+△h。

步骤2：启动下芯机器人扫描所述专用砂芯扫描定位块和所述专用砂型扫描定位块

所述下芯机器人分别扫描所述专用砂芯扫描定位块和所述专用砂型扫描定位块，获取各个扫描点的空间位置参数，就是确定了所述改进型号侧架砂芯和所述改进型号侧架砂型的空间位置，此时，经过步骤1的修正，在x方向上，使两个所述专用砂芯扫描定位块扫描点之间的实际距离被调整为（ln-2△l）=l0，当所述下芯机器人检测到两个所述专用砂芯扫描定位块扫描点之间的距离为l0，同时还检测到两个所述专用砂型扫描定位块扫描点之间的距离为w0，均与固化软件中的预设参数值相同时，判定所述改进型号侧架砂芯和所述改进型号侧架砂型为下芯工作对象，所述下芯机器人机械手启动，开始进行下芯操作。

步骤3：所述下芯机器人机械手对所述改进型号侧架砂芯实施夹取操作

所述固化软件根据所述预设目标参数值以及步骤2所获取的所述改进型号侧架砂芯空间位置，控制两组所述机械手卡爪在两个所述专用砂芯扫描定位块扫描点连线下方m0距离处，所述砂芯中心工艺孔与两个所述三角孔之间的分隔梁上实施夹持，夹持深度以所述机械手卡爪下端面与具有基准高度hj的所述专用砂芯扫描定位块扫描面之间的高度差hn控制，所述高度差的预设目标参数值为h0；此时，经过步骤1的修正，在y方向上，两个所述专用砂芯扫描定位块设置中心点连线与所述机械手卡爪中心连线之间的距离为（△m+m0）=mn，即为实际结构参数值，在z方向上，夹持深度实际结构参数值为（△h+h0）=hn，因而，在所述固化软件的控制下，所述机械手能够直接对所述改进型号侧架砂芯实现准确夹持抓取。

步骤4：所述下芯机器人机械手对所述改进型号侧架砂芯实施下芯操作

所述固化软件根据所述预设目标参数值以及步骤2所获取的所述砂型空间位置，将步骤3夹持抓取的所述砂芯从砂芯运移工位转送到下芯组模工位，下送到所述砂型中的组模位置上，并控制两个所述专用砂芯扫描定位块扫描点连线与两个所述专用砂型扫描定位块扫描点连线之间保持为d0距离宽度，下芯深度由具有基准高度hj的所述专用砂芯扫描定位块扫描面与具有基准高度hj的所述专用砂型扫描定位块扫描面之间的高度差hn具体控制，所述高度差的预设目标参数值为h0，当机械手下行到位后，松开对所述砂芯的夹持，所述砂芯即稳定滞留于所述砂型中，完成芯型的组合；此时，经过步骤1的修正，在y方向上，两个所述专用砂芯扫描定位块设置中心点连线与两个所述专用砂型扫描定位块设置点连线之间的距离为（d0+△d+△m）=dn，即为实际结构参数值，在z方向上，下芯深度实际结构参数值为（h0+△h+△h）=hn，因而，在所述固化软件的控制下，所述机械手能够直接对所述改进型号侧架砂芯实现精确下芯组模。

步骤5：所述下芯机器人控制所述机械手自动复位

完成所述砂芯的下芯操作后，所述下芯机器人控制所述机械手自动复位，从所述砂芯和所述砂型上分别移除所述专用砂芯扫描定位块和所述专用砂型扫描定位块，完成下芯组模过程，所述下芯机器人进入待机暂停状态，等待下一次启动指令开始下一周期的下芯操作。

所述一种列车侧架砂芯的下芯定位修正方法，步骤3中每只所述机械手卡爪均包括有两块卡板，即内侧卡板和外侧卡板，夹持砂芯时，所述内侧卡板与所述中心工艺孔内侧面配合接触，所述外侧卡板与所述三角孔内侧面配合接触，其中：不同型号的货运列车转向架侧架砂芯与所述外侧卡板配合接触的所述中心工艺孔内侧面均为垂直平面，而与所述外侧卡板配合接触的所述三角孔内侧面则为具有一定倾斜度的倾斜平面，由于不同型号所述砂芯的结构和规格的差异，有可能造成不同型号砂芯所述倾斜平面倾斜度的不同，为了提高所述机械手对所述改进型号侧架砂芯夹持的稳定性，避免夹持操作可能对所述改进型号侧架砂芯造成的损伤，优选在步骤3所述下芯机器人机械手对所述改进型号侧架砂芯实施夹取操作之前，对所述改进型号侧架砂芯三角孔内侧面的倾斜度进行修正，使所述改进型号侧架砂芯三角孔内侧所述倾斜平面的倾斜度与所述外侧卡板的卡合面相同，保证二者之间的高度吻合；由于所述三角空内侧面属于所述侧架产品的非使用结构区域，同时，还由于不同型号侧架砂芯所述三角孔内侧所述倾斜平面的倾斜度差异甚微，因而对所述倾斜平面的修正量也很小，所以对所述倾斜平面的修正既不会影响侧架铸件的使用性能，而且也不会降低侧架砂芯的自身强度，具有工艺可行性和性能可靠性；对所述改进型号侧架砂芯三角孔内侧倾斜平面倾斜度的修正，优选采用所述改进型号侧架砂芯设计结构调整的方法，在制芯过程中直接完成修正，所述改进型号侧架砂芯设计结构调整的方法具有修正难度低，效率高，适于产业化生产的优点，能够保证货运列车转向架侧架砂芯下芯组模生产线的运行效率不受影响。

一种列车侧架砂芯下芯定位构件，用作所述一种列车侧架砂芯的下芯定位修正方法的专用工装，由专用砂芯扫描定位块和专用砂型扫描定位块组成。

所述专用砂芯扫描定位块，具有三维修正功能，包括有砂芯定位主体、设置在所述砂芯定位主体上部的砂芯扫描体和设置在所述砂芯定位主体下部的砂芯定位柱，所述砂芯扫描体为圆环形柱体，上端面为扫描面，圆环中心为定位点，所述砂芯定位柱为圆形锥体，所述圆形锥体与改进型号侧架砂芯上专用砂芯扫描定位块设置点处开设的砂芯定位孔结构对应配合，使用时镶嵌于所述砂芯定位孔中，将所述专用砂芯扫描定位块固定放置在所述砂芯上，其中：在x方向上，所述砂芯扫描体的定位点与所述砂芯定位柱的轴心，即所述专用砂芯扫描定位块的设置点，之间的距离为△l，在y方向上，所述砂芯扫描体上的定位点与所述砂芯定位柱的轴心之间的距离为△m，在z方向上，相对现有通用扫描定位块基准高度hj增减△h（增加取正值、减小取负值），所述专用砂芯扫描定位块的有效高度为hj+△h。

所述专用砂型扫描定位块，具有二维修正功能，包括有砂型定位主体、设置在所述砂型定位主体上部的砂型扫描体和设置在所述砂型定位主体下部的砂型定位柱，所述砂型扫描体为圆环形柱体，上端面为扫描面，圆环中心为定位点，所述砂型定位柱为圆形锥体，所述圆形锥体与所述改进型号侧架砂型上所述专用砂型扫描定位块设置点处开设的砂型定位孔结构对应配合，使用时镶嵌于所述砂型定位孔中，使所述专用砂型扫描定位块固定放置在所述砂型上，其中：在y方向上，所述砂型扫描体的定位点与所述砂型定位柱的轴心，即所述专用砂型扫描定位块的设置点，之间的距离为△d，在z方向上，相对现有所述通用扫描定位块基准高度hj增减△h（增加取正值、减小取负值），所述专用砂芯扫描定位块的有效高度为hj+△h。

进一步，为了对分别放置在所述砂芯和所述砂型上的所述专用砂芯扫描定位块和所述专用砂型扫描定位块进行圆周旋转限位，提高所述砂芯和所述砂型的定位精度，优选在所述专用砂芯扫描定位块上，所述砂芯定位主体一侧设置增厚侧壁，使用时，所述增厚侧壁可贴抵在所述砂芯三角孔上方凸起边缘的内侧面上，限制所述专用砂芯扫描定位块的旋转运动，或者优选在所述砂芯定位柱上开设垂直扁面，同时在所述改进型号侧架砂芯上的砂芯定位孔内对应设置凸起扁面，所述砂芯定位柱与所述砂芯定位孔相互配合，限制所述专用砂芯扫描定位块的旋转运动，同理，优选在所述砂型定位柱上开设垂直扁面，同时在所述改进型号侧架砂型上的砂型定位孔内对应设置凸起扁面，所述砂型定位柱与所述砂型定位孔相互配合，限制所述专用砂型扫描定位块的旋转运动。

本实用新型的有益效果是，提供一种列车侧架砂芯的下芯定位构件，以及应用该下芯定位构件的下芯定位修正方法，通过使用由专用砂芯定位体和专用砂型定位体组成的货运列车侧架砂芯下芯定位构件对改进型号侧架砂芯和砂型扫描点进行修正，使用传统型号侧架生产的整体芯下芯机器人能够直接应用于改进型号货运列车侧架的下芯组模生产当中，可解决改进型号货运列车侧架每种型号产品逐一开发专用应用软件造成成本支出高，以及频繁调整更换机械手导致生产效率降低的问题，节约成产成本，提高生产效率。

附图说明

图1、通用扫描定位块立体图。

图2、通用扫描定位块主视图。

图3、k6型转向架侧架砂芯和砂型组模状态俯视图。

图4、图3中a-a截面的剖视图。

图5、dz1型转向架侧架砂芯和砂型组模状态俯视图。

图6、图5中b-b截面的剖视图。

图7、dz1型转向架侧架下芯专用砂芯扫描定位块俯视图。

图8、图7中c-c断面剖视图。

图9、dz1型转向架侧架下芯专用砂型扫描定位块俯视图。

图10、图9中e-e断面剖视图。

具体实施方式

下面以使用k6型货运列车转向架侧架整体砂芯下芯机器人对dz1型货运列车转向架侧架整体砂芯进行下芯操作为例，并结合附图，对本实用新型请求保护的技术方案做进一步描述，本实施例操作具体使用长沙长泰机械股份有限公司生产的kukakr150-2型下芯机器人，所述下芯机械人的视觉扫描系统采用的是“palplateedge”视觉算法。

k6型货运列车转向架是我国目前广泛使用的传统产品，轴重为25t、最高营运速度为120km/h，k6型转向架侧架砂芯21及与k6型转向架侧架砂型22的组模结构如图3和图4所示，在所述k6型转向架侧架砂芯21和所述k6型转向架侧架砂型22上各分别放置两只通用扫描定位块30，所述k6型转向架侧架砂芯21上的放置位置为三角孔上方的凸起边缘处，所述k6型转向架侧架砂型22上则放置在下部边缘处，所述通用扫描定位块30的有效高度hj为21毫米，所述有效高度hj即为对改进型号侧架高度参数进行修正的基准高度，在机械手夹爪25对所述k6型转向架侧架砂芯21的标准夹持状态下，以及所述k6型转向架侧架砂芯21和所述k6型转向架侧架砂型22完成组模的标准状态下，固化软件中预设目标参数值包括：l0为857.00毫米、d0为585.82毫米、w0为1400.00毫米、m0为109.60毫米、h0为141.25毫米、h0为81.50毫米。

所述dz1型货运列车转向架是近年来为适应铁路货运发展需求而开发应用的一种大轴重产品，轴重为27t、最高营运速度100km/h，dz1型转向架侧架砂芯23及与dz1型转向架侧架砂型24的组模结构如图5和图6所示，两只专用砂芯扫描定位块10放置在所述dz1型转向架侧架砂芯23上三角孔上方的凸起边缘处，两只专用砂型扫描定位块20放置在所述dz1型转向架侧架砂型24下部的边缘处，在机械手夹爪25对所述dz1型转向架侧架砂芯23的标准夹持状态下，以及所述dz1型转向架侧架砂芯23和所述dz1型转向架侧架砂型24完成组模的标准状态下，所述dz1型转向架侧架砂芯23及与所述dz1型转向架侧架砂型24的组模实际结构参数值包括：ln为955.74毫米、dn为613.82毫米、w0为1400.00毫米、mn为130.95毫米、hn为152.00毫米、hn为92.00毫米。

针对由所述dz1型转向架侧架与所述k6型转向架侧架结构尺寸的差异所造成的所述dz1型转向架侧架砂芯下芯组模实际结构参数值与所述k6转向架侧架砂芯下芯组模预设目标参数值不同的状况，为了利用下芯机器人及其已有针对k6转向架侧架的固化软件直接对dz1转向架侧架产品进行下芯组模工艺操作，采用dz1转向架侧架砂芯下芯定位构件，对所述dz1转向架侧架砂芯下芯组模实际结构参数值进行修正，所述dz1转向架侧架砂芯下芯定位构件由专用砂芯扫描定位块10和专用砂型扫描定位块20组成，配合使用；所述专用砂芯扫描定位块10，如图7和图8所示，包括有砂芯定位主体1、砂芯扫描体2和砂芯定位柱3，所述砂芯定位主体1一侧设置有增厚侧壁4，使用时对所述专用砂芯扫描定位块10固定限位，在此基础设定相关修正参数，其中：△l设定为49.37毫米，△m设定为21.35毫米，△h设定为-10.75毫米,即：所述专用砂芯扫描定位块10的有效高度为（hj+△h）=9.25毫米；所述专用砂型扫描定位块20，如图9和图10所示，包括有砂型定位主体5、砂型扫描体6和砂型定位柱7，所述砂型定位柱7上开设有垂直扁面8，使用时对所述专用砂型扫描定位块20固定限位，在此基础设定相关修正参数，其中：△d设定为6.48毫米，△h设定为-0.25毫米，即：所述专用砂型扫描定位块20的有效高度为（hj+△h+△h）=20.75毫米。

利用下芯机器人及其已有针对k6转向架侧架的固化软件直接对dz1转向架侧架产品进行下芯组模工艺操作的下芯定位修正方法如下：

①在制芯制备过程中，对所述dz1型转向架侧架砂芯23三角孔内侧面的局部倾斜度进行修正，如图6所示，将所述三角孔内侧面的局部倾斜度r由85°修正为83°，使之与机械手卡爪25外侧卡板11的卡合面倾斜度相同；

②将两只所述专用砂芯扫描定位块10放置于所述dz1型转向架侧架砂芯23上，同时将两只所述专用砂型扫描定位块20放置于所述dz1型转向架侧架砂型24上，如图5和图6所示，对所述dz1转向架侧架砂芯下芯组模实际结构参数值进行修正；

③启动所述下芯机器人扫描各所述专用砂芯扫描定位块10和所述专用砂型扫描定位块20，获取各个扫描点的空间位置参数，确定所述dz1型转向架侧架砂芯23和所述dz1型转向架侧架砂型24的空间位置，检测到两个所述专用砂芯扫描定位块10修正后扫描点之间的距离为（ln-2△l）=l0，即857.00毫米、以及两个所述专用砂型扫描定位块20扫描点之间的距离为w0，即1400.00毫米时，所述下芯机器人机械手启动。

④所述固化软件根据所述预设目标参数值以及扫描获取的所述dz1型转向架侧架砂芯23空间位置，控制两组所述机械手卡爪25在两个所述专用砂芯扫描定位块10扫描点连线下方m0距离处，也就是两个所述专用砂芯扫描定位块10设置点连线下方（m0+△m）=mn距离处，即为所述dz1转向架侧架砂芯夹持实际结构参数值130.95毫米，对所述dz1型转向架侧架砂芯23实现准确夹持抓取，夹持深度为（△h+h0）=hn，所述加持深度即为设计夹持深度152.00毫米。

⑤所述固化软件根据所述预设目标参数值以及步骤2所获取的所述dz1型转向架侧架砂型24空间位置，将所述机械手夹持抓取的所述dz1型转向架侧架砂芯23下送到所述dz1型转向架侧架砂型24中的组模位置上，使两个所述专用砂芯扫描定位块10扫描点连线与两个所述专用砂型扫描定位块20扫描点连线之间的距离保持为d0，也就是两个所述专用砂芯扫描定位块10设置点连线与两个所述专用砂型扫描定位块20设置点连线之间的距离为（d0+△d+△m）=dn，即为所述dz1转向架侧架砂芯下芯实际结构参数值564.65毫米，下芯深度为所述专用砂芯扫描定位块10与所述专用砂型扫描定位块20扫描面高度差，即：（h0+△h+△h）=hn，同样为所述dz1转向架侧架砂芯下芯实际结构参数值92.00毫米，因而，所述机械手能够直接对dz1转向架侧架砂芯23实现精确下芯组模。

⑥所述下芯机器人控制所述机械手自动复位，所述下芯机器人进入待机暂停状态。

本实用新型列车转向架侧架砂芯的下芯定位修正方法的基本思想亦可推广应用于列车转向架摇枕砂芯的下芯操作过程中，在使用k6型货运列车转向架摇枕整体砂芯下芯机器人对dz1型货运列车转向架摇枕整体砂芯进行下芯操作时，分别对砂芯和砂型的定位点做出修正。