不落轮车床智能化镟修系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及不落轮车床智能控制领域，特别是不落轮车床智能化镟修系统及其操作方法。

背景技术

高铁作为中国高端制造业的“黄金名片”，已成为我国民众出行最为便捷的交通工具之一，具有运营速度最高、运营里程最长、配属动车组数量多、单次走行距离长、开行密度大等特点，随着我国计划开行的动车组列车数量逐年大幅度增加，动车组日常检修需求随之剧增。其中动车组不落轮镟修作为动车组日常检修的重要组成部分，对动车组运行质量起着关键作用。动车组在运行一定公里数时车轮踏面会产生磨耗导致踏面廓形改变，或者在动车组车轮发生打滑情况及轧过异物时车轮踏面会产生擦伤、硌伤甚至部分材质剥离；当发生上述情况时，就需将动车组牵引至不落轮车床上方对轮对进行镟修，恢复动车组车轮踏面廓形尺寸以及表面质量；如若镟修不及时很可能导致动车组运行时转向架失稳、车体严重晃动、零部件脱落损坏等情况，影响动车组行车安全。

目前现有的不落轮镟修作业方式及管控措施如下：

（1）作业人员前往动车段所调度室领取当日纸质版镟修作业计划，人工推闸开启不落轮车床，人工搬运标准轮对至不落轮车床上、手动装夹轮对并校验机床。

（2）作业人员根据待镟修动车组的车型轴距，手动录入相关信息并操作不落轮车床调整轴距以适应动车组轴距，根据待镟修动车组的车型，手动搬运并更换相应的顶块及下压爪。

（3）作业人员人工操作牵引车与待镟修动车组连挂并牵引至不落轮车床上方，人工目视操作牵引动车组使待镟修轮对对准不落轮车床，手动操作机床对待镟修轮对轴箱进行装夹。

（4）作业人员撕取一段反光膜粘贴在轮辋外侧面上，操作不落轮车床启动测量及加工程序；加工过程中作业人员需持续目视监控刀具切削情况，并实时手动勾除缠绕的铁屑，加工完毕后，作业人员手动撕除轮辋外侧面的反光膜，目视检查轮对踏面加工后的情况，并记录相关加工尺寸数据。

（5）作业人员手动松夹加工完毕的轮对，重复上述操作，将待镟修动车组的所有需镟修的轮对加工完毕；打印相关加工数据并手签字、存档。

现有镟修作业方式是以传统的工具、设备为基础并采用作业人员人工操作为主的方式，普遍存在下列不足：

（1）现有镟修作业方式人工参与环节过多，受人为干扰因素的影响较大，作业质量得不到有效保证，某些人工操作环节，当作业人员出现操作失误时，容易引发事故、造成经济损失。

（3）作业人员数量投入较多，作业效率较低。由于缺乏有效的自动化、智能化手段，只能靠人工盯控与检查，一方面投入了较多的检查人员，另一方面，占用了大量时间，整体作业时长被迫延长，导致动车组上线率降低。

（4）作业结果无法量化、信息化，不能形成历史作业数据对提升管理形成有效支撑。由于难以形成电子化文档，且无量值化数据，无法接入信息化系统，对作业数据分析的支撑非常有限，难以基于大数据对轮对全寿命进行趋势评估与问题预防。

综上，由于动车组保有量越来越大，轮对镟修作业量也随之剧增，现有的镟修作业方式已不能满足需求，为减少人工成本的投入、简化轮对镟修过程、降低因人工误操作导致设备故障并造成经济损失的风险、缩短动车组轮对镟修时间从而提高动车组上线率，急需研发更加智能的不落轮车床镟修控制系统。

发明内容

针对现有镟修作业方式的不足，本发明提供了不落轮车床智能化镟修系统及其操作方法，采用的技术方案是：包括中央控制监控室、轴距自适应模块、自动牵引对位模块、下压爪及顶块自动更换模块、自动装松夹模块、测量系统自动校验模块、铁屑处理模块、刀具监控模块、自动贴取反光膜模块、镟修质量自动检测评价模块和轮对大数据智能管理系统；

所述下压爪及顶块自动更换模块、自动装松夹模块、测量系统自动校验模块、铁屑处理模块、刀具监控模块和自动贴取反光膜模块设置在不落轮车床上；

所述中央控制监控室和轮对大数据智能管理系均与动车组检修信息化系统连接；

所述轴距自适应模块与待镟修动车组连接；

所述自动牵引对位模块与牵引车连接；

所述下压爪及顶块自动更换模块与压爪顶块库连接；

所述自动装松夹模块与下压机构及支撑机构连接；

所述测量系统自动校验模块与模拟测量轮连接；

所述刀具监控模块与刀具连接；

自动贴取反光膜模块与反光膜连接；

镟修质量自动检测评价模块与轮对踏面连接。

进一步地，中央控制监控室包括MCP 板两套、工控主机和显示器，两套 MCP 板分别与两台不落轮车床的 MCP 板进行连接，实现功能远程同步控制，显示器用于监控不落轮车床不同工序，如装夹、测量、加工、松夹等的实时情况；工控主机承载不落轮车床智能化镟修系统的中央集中控制功能，并接入动车组检修信息化系统，实现接收镟修作业计划、回传相关镟修数据的功能。

进一步地，轴距自适应模块由多台高清监控球机组成的高清摄像系统组成，并配备专用的图像识别处理装置及识别软件；轴距自适应模通过采集动车组车身的图像车组号、车辆号的图像信息，经过自动识别技术自动识别匹配出当前轮轴的轴位号及所属车型和车辆号，并将当前车轴信息发送至不落轮车床，由不落轮车床智能化镟修系统移动不落轮车床的间距以适应待加工的车型轴距。

进一步地，下压爪及顶块自动更换模块还包括工业机器人，工业机器人从压爪顶块库选取各型车所匹配的压爪和顶块，并运送到合适位置。具体为：在不落轮车床左右各设置一个支柱，并在支柱上方安装工业机器人，工业机器人旁各安装一套压爪顶块库，用于存放各型车所匹配的压爪和顶块，同时在不落轮车床的压爪座上增加液压推拉机构；待加工动车组进入镟轮库前，压爪及顶块自动更换模块可根据车型自动更换所需要的压爪及顶块。

进一步地，测量系统自动校验模块对已知参数的模拟测量轮进行测量，根据测量结果进行自我修正，完成测量系统的自动校验。校验项目包括但不限于轴向径向所有几何参数以及等效锥度、车轮多边形等。

进一步地，铁屑处理模块利用压缩空气吹散不落轮车床各关键部位加工后掉落的铁屑，同时利用液压动力将不落轮车床排屑口排出的铁屑压缩成密实的块状并输送至集屑箱。

进一步地，刀具监控模块使用对刀仪对刀具的使用寿命进行有效地监控管理，对刀具磨损进行自动补偿。当刀具发生破损以及加工过程中刀具有异常振动、异常切削力的情况时，能主动识别分析并立即停止加工，并将当前情况实时传输给中央控制监控室。

进一步地，自动牵引对位模块能自动完成动车组牵引对位到不落轮车床上的指定加工位置并向中央控制监控室反馈自动对位信息。

进一步地，自动装松夹模块对不落轮车床的下压机构及支撑机构进行数字化控制，使下压机构及支撑机构在液压的动力以及传感器的反馈下实现位置的精确控制，通过导入不同车型动车组的轴箱数据，实现对各型动车组轴箱的自动装夹和松夹。

进一步地，自动贴取反光膜模块利用磁性物体同性相斥异性相吸的原理结合数控控制实现对反光膜的全自动粘贴和取下。

进一步地，加工后镟修质量自动检测评价模块运用机器视觉识别技术，对加工后的动车组轮对踏面进行视觉检测，检查轮对踏面是否仍存在裂纹、擦伤、剥离的缺陷，判断轮对的镟修质量。

进一步地，轮对大数据智能管理系统能在动车组镟修完毕后自动判断检查单个轮对有无轮径超差或是等效锥度、多边形数值超差的问题，也能自动判断整列动车组轮对加工数据有无轮径超差的问题，自动生成整列轮对加工后数据报表，同时具备数据上传及远程数据回传的功能，相关数据与现有的动车组检修信息化系统无缝对接。

不落轮车床智能化镟修系统的操作方法，步骤如下：

步骤S1：动车段所调度室使用动车组检修信息化系统向镟轮库内的中央监控控制室发送当日镟修作业计划，作业人员在中央监控控制室内远程操控不落轮车床开机，并启动测量系统自动校验模块对机床进行自动校验；

步骤S2：根据作业计划确定的动车组型号，不落轮车床轴距自适应模块启动并自动调整轴距以适应待镟修动车组，下压爪及顶块自动更换模块启动并自动搬运、更换相应的顶块及下压爪；

步骤S3：自动牵引对位模块控制牵引车自动与待镟修动车组连挂并自动牵引动车组将待镟修轮对对位至不落轮车床上方，车型车号轴位自动识别模块对相关车型车号轴位参数进行自动识别复核，自动装松夹模块激活对待镟修轮对轴箱进行自动装夹；

步骤S4：自动贴取反光膜模块自动将反光膜粘贴在轮辋外侧面上，不落轮车床自动开始执行测量及加工程序，加工中刀具监控模块保持对刀具的及时监控，铁屑清理及自动压块模块对加工产生的铁屑自动执行清理、压块程序，加工完毕后自动贴取反光膜模块自动将轮辋外侧面上的反光膜取下、收回，加工后镟修质量自动检测评价模块自动对加工后的轮对踏面进行检测并智能分析评价加工质量；

步骤S5：确认加工质量合格后，自动装松夹模块启动并自动松夹轮对轴箱，重复上述步骤，将待镟修动车组的所有轮对加工完毕后，相关轮对数据存入轮对大数据智能管理模块进行智能分析，同时将分析结果实时传输给动车组检修信息化系统。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

（1）采用智能化、自动化控制，人工参与环节很少，智能化的镟修作业流程几乎不受人为干扰，作业质量能得到有效保证，同时作业人员只需在中央控制监控室进行远程监控，作业安全能得到很好保障。

（2）作业人员需求减少的同时提高作业效率，由于大量使用智能化、自动化模式代替人工操作，作业人员可由4～5人降至1人，实现减员增效，大大地提升了作业的效率。

（3）作业结果能够实时量化、信息化，作业数据实时储存并接入动车组检修信息化系统，数据能持续长期存储并对动车组轮对维护提供有效的支持，无纸化的文件传递模式，更加节约和环保。

附图说明

图1为本发明不落轮车床智能化镟修系统结构示意框图。

名词解释：MCP：Multiple Chip Package，是在一个塑料封装外壳内，垂直堆叠大小不同的各类存储器或非存储器芯片，是一种一级单封装的混合技术，用此方法节约小巧印刷电路板PCB空间。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，不落轮车床智能化镟修系统，包括中央控制监控室、轴距自适应模块、自动牵引对位模块、下压爪及顶块自动更换模块、自动装松夹模块、测量系统自动校验模块、铁屑处理模块、刀具监控模块、自动贴取反光膜模块、镟修质量自动检测评价模块和轮对大数据智能管理系统；

所述下压爪及顶块自动更换模块、自动装松夹模块、测量系统自动校验模块、铁屑处理模块、刀具监控模块和自动贴取反光膜模块设置在不落轮车床上；

所述中央控制监控室和轮对大数据智能管理系均与动车组检修信息化系统连接；

所述轴距自适应模块与待镟修动车组连接；

所述自动牵引对位模块与牵引车连接；

所述下压爪及顶块自动更换模块与压爪顶块库连接；

所述自动装松夹模块与下压机构及支撑机构连接；

所述测量系统自动校验模块与模拟测量轮连接；

所述刀具监控模块与刀具连接；

自动贴取反光膜模块与反光膜连接；

镟修质量自动检测评价模块与轮对踏面连接。

进一步地，中央控制监控室包括MCP 板两套、工控主机和显示器，两套 MCP 板分别与两台不落轮车床的 MCP 板进行连接，实现功能远程同步控制，显示器用于监控不落轮车床不同工序，如装夹、测量、加工、松夹等的实时情况；工控主机承载不落轮车床智能化镟修系统的中央集中控制功能，并接入动车组检修信息化系统，实现接收镟修作业计划、回传相关镟修数据的功能。

优选地，轴距自适应模块由多台高清监控球机组成的高清摄像系统组成，并配备专用的图像识别处理装置及识别软件；轴距自适应模通过采集动车组车身的图像车组号、车辆号的图像信息，经过自动识别技术自动识别匹配出当前轮轴的轴位号及所属车型和车辆号，并将当前车轴信息发送至不落轮车床，由不落轮车床智能化镟修系统移动不落轮车床的间距以适应待加工的车型轴距。

优选地，下压爪及顶块自动更换模块还包括工业机器人，工业机器人从压爪顶块库选取各型车所匹配的压爪和顶块，并运送到合适位置。具体为：在不落轮车床左右各设置一个支柱，并在支柱上方安装工业机器人，工业机器人旁各安装一套压爪顶块库，用于存放各型车所匹配的压爪和顶块，同时在不落轮车床的压爪座上增加液压推拉机构；待加工动车组进入镟轮库前，压爪及顶块自动更换模块可根据车型自动更换所需要的压爪及顶块。

优选地，测量系统自动校验模块对已知参数的模拟测量轮进行测量，根据测量结果进行自我修正，完成测量系统的自动校验。校验项目包括但不限于轴向径向所有几何参数以及等效锥度、车轮多边形等。

优选地，铁屑处理模块利用压缩空气吹散不落轮车床各关键部位加工后掉落的铁屑，同时利用液压动力将不落轮车床排屑口排出的铁屑压缩成密实的块状并输送至集屑箱。

优选地，刀具监控模块使用对刀仪对刀具的使用寿命进行有效地监控管理，对刀具磨损进行自动补偿。当刀具发生破损以及加工过程中刀具有异常振动、异常切削力的情况时，能主动识别分析并立即停止加工，并将当前情况实时传输给中央控制监控室。

优选地，自动牵引对位模块能自动完成动车组牵引对位到不落轮车床上的指定加工位置并向中央控制监控室反馈自动对位信息。

优选地，自动装松夹模块对不落轮车床的下压机构及支撑机构进行数字化控制，使下压机构及支撑机构在液压的动力以及传感器的反馈下实现位置的精确控制，通过导入不同车型动车组的轴箱数据，实现对各型动车组轴箱的自动装夹和松夹。

优选地，自动贴取反光膜模块利用磁性物体同性相斥异性相吸的原理结合数控控制实现对反光膜的全自动粘贴和取下。

优选地，加工后镟修质量自动检测评价模块运用机器视觉识别技术，对加工后的动车组轮对踏面进行视觉检测，检查轮对踏面是否仍存在裂纹、擦伤、剥离的缺陷，判断轮对的镟修质量。

优选地，轮对大数据智能管理系统能在动车组镟修完毕后自动判断检查单个轮对有无轮径超差或是等效锥度、多边形数值超差的问题，也能自动判断整列动车组轮对加工数据有无轮径超差的问题，自动生成整列轮对加工后数据报表，同时具备数据上传及远程数据回传的功能，相关数据与现有的动车组检修信息化系统无缝对接。

不落轮车床智能化镟修系统的操作方法，步骤如下：

步骤S1：动车段所调度室使用动车组检修信息化系统向镟轮库内的中央监控控制室发送当日镟修作业计划，作业人员在中央监控控制室内远程操控不落轮车床开机，并启动测量系统自动校验模块对机床进行自动校验；

步骤S2：根据作业计划确定的动车组型号，不落轮车床轴距自适应模块启动并自动调整轴距以适应待镟修动车组，下压爪及顶块自动更换模块启动并自动搬运、更换相应的顶块及下压爪；

步骤S3：自动牵引对位模块控制牵引车自动与待镟修动车组连挂并自动牵引动车组将待镟修轮对对位至不落轮车床上方，车型车号轴位自动识别模块对相关车型车号轴位参数进行自动识别复核，自动装松夹模块激活对待镟修轮对轴箱进行自动装夹；

步骤S4：自动贴取反光膜模块自动将反光膜粘贴在轮辋外侧面上，不落轮车床自动开始执行测量及加工程序，加工中刀具监控模块保持对刀具的及时监控，铁屑清理及自动压块模块对加工产生的铁屑自动执行清理、压块程序，加工完毕后自动贴取反光膜模块自动将轮辋外侧面上的反光膜取下、收回，加工后镟修质量自动检测评价模块自动对加工后的轮对踏面进行检测并智能分析评价加工质量；

步骤S5：确认加工质量合格后，自动装松夹模块启动并自动松夹轮对轴箱，重复上述步骤，将待镟修动车组的所有轮对加工完毕后，相关轮对数据存入轮对大数据智能管理模块进行智能分析，同时将分析结果实时传输给动车组检修信息化系统。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。