[发明专利]车顶加工定位辅助工装及基于该工装的车顶整体加工方法

权利要求书

1.车顶加工定位辅助工装，其特征在于：该辅助工装包括中部圆弧板通槽定位机构(10)和车顶盲孔正装快速定位机构(11)，所述中部圆弧板通槽定位机构(10)包括底座(10-1)、垂向高度导轨(10-2)、垂向滑块(10-3)、高度调整气缸(10-4)、铰轴座(10-5)和通槽定位压板(10-6)，所述垂向高度导轨(10-2)和高度调整气缸(10-4)的下端均垂直固连于底座(10-1)上，高度调整气缸(10-4)的轴向与垂向高度导轨(10-2)平行，垂向滑块(10-3)与垂向高度导轨(10-2)滑动连接；所述铰轴座(10-5)包括铰轴底座板(10-5-1)、通槽定位压板转轴(10-5-2)、铰轴座第二转轴(10-5-3)，铰轴底座板(10-5-1)与垂向滑块(10-3)固连；高度调整气缸(10-4)包括活塞机构(10-4-1)和套环(10-4-2)，套环(10-4-2)固连于活塞机构(10-4-1)的活塞杆顶端，套环(10-4-2)与铰轴座第二转轴(10-5-3)同轴固连，活塞机构(10-4-1)的活塞杆的旋转轴与铰轴座第二转轴(10-5-3)的旋转轴垂直且共面；所述通槽定位压板(10-6)包括铰轴连接板(10-6-1)和T字形通槽定位块(10-6-2)，T字形通槽定位块(10-6-2)垂直固连于铰轴连接板(10-6-1)的上端并垂直于铰轴座第二转轴(10-5-3)；铰轴连接板(10-6-1)的下端垂直固连于通槽定位压板转轴(10-5-2)的中段；

T字形通槽定位块(10-6-2)的T字形竖直块的宽度与中部圆弧板通槽(1-1)的宽度相同，其T字形竖直块的高度小于等于中部圆弧板通槽(1-1)的深度；

所述车顶盲孔正装快速定位机构(11)包括四盲孔统一定位样板(11-1)、中部圆弧板通孔插销(11-2)、中部圆弧板通槽辅助定位块(11-3)和辅助定位块螺栓(11-4)，四盲孔统一定位样板(11-1)上开设有四个盲孔样板通孔(11-1-1)，四个盲孔样板通孔(11-1-1)彼此之间的相对位置呈矩形分布，其彼此之间的相对位置关系符合四个工艺盲孔(1-3)的图纸理论尺寸的要求；中部圆弧板通孔插销(11-2)垂直固定在四盲孔统一定位样板(11-1)中部，且中部圆弧板通孔插销(11-2)的圆心位于四个盲孔样板通孔(11-1-1)所呈矩形的短边中线的黄金分割点上；所述中部圆弧板通孔插销(11-2)上段的侧壁上设有垂直于中部圆弧板通孔插销(11-2)轴向的辅助定位块螺栓孔，辅助定位块螺栓孔的轴向垂直于四个盲孔样板通孔(11-1-1)所呈矩形的长边；中部圆弧板通孔插销(11-2)的前端穿过辅助定位块螺栓孔并与中部圆弧板通槽辅助定位块(11-3)的侧壁垂直固连，中部圆弧板通槽辅助定位块(11-3)的宽度与中部圆弧板通槽(1-1)的宽度相同，中部圆弧板通槽辅助定位块(11-3)的厚度等于中部圆弧板通槽(1-1)的深度，中部圆弧板通槽辅助定位块(11-3)的侧壁平行于四个盲孔样板通孔(11-1-1)所呈矩形的短边的中线。

2.基于权利要求1所述的车顶加工定位辅助工装的车顶整体加工方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一：将初始的中部圆弧板原料件、两个过渡圆弧板原料件和两个斜面圆弧板原料件均截断为长度超过图纸理论尺寸要求而预留有加工余量的毛坯件，将中部圆弧板(1)、两个过渡圆弧板(2)和两个斜面圆弧板(3)组焊成车顶整体毛坯件；

步骤二：将两个如权利要求1所述的中部圆弧板通槽定位机构(10)对称地固连于旧有整体机加定位工装的X轴线所在的工作台上，并使两个中部圆弧板通槽定位机构(10)的间距恰等于步骤一所述中部圆弧板(1)的毛坯件的实际长度值；

步骤三：将步骤一所述车顶整体毛坯件落入带有中部圆弧板通槽定位机构(10)的整体机加定位工装中，对车顶进行整体加工，其具体包括如下子步骤：

步骤3.1：将车顶整体毛坯件以反装姿态落入旧有整体机加定位工装的X轴上；

步骤3.2：分别启动两个中部圆弧板通槽定位机构(10)上各自的高度调整气缸(10-4)，使气缸(10-4)沿垂向高度导轨(10-2)推动铰轴座(10-5)升高至工作高度，然后手动翻转通槽定位压板(10-6)，并使两个T字形通槽定位块(10-6-2)分别插入其各自所对应的中部圆弧板(1)毛坯件两端的中部圆弧板通槽(1-1)内；

步骤3.3：将圆弧支撑端面(8-1)设置为凹模圆弧板、将斜面圆弧板通槽压块(7-1)设置为凸模定位压块，对反装车顶整体毛坯件进行定位和压紧；

步骤四：确立以旧有整体机加定位工装的自身坐标系为基础并与反装车顶整体大部件自身的坐标系完全重合统一的新的加工基准三轴坐标系XYZ，以旧有整体机加定位工装自身的X轴和Y轴交点建立XOY直角坐标系，从而确定Z轴的原点O在XOY平面上的位置，然后在O点的铅垂方向上测量中部圆弧板(1)毛坯的距离地面的水平高度，从而确定O点在竖直方向上的高度，进而确立了以旧有整体机加定位工装的自身坐标系为基础并与反装车顶整体大部件自身的坐标系完全重合统一的新的加工基准三轴坐标系XYZ；此后，对步骤3.3所述以反装姿态落入旧有整体机加定位工装上的中部圆弧板(1)的右端进行截断，使其总长度符合图纸理论尺寸的要求，再分别对两个过渡圆弧板(2)的毛坯件和两个斜面圆弧板(3)的毛坯件的右端均进行截断，使其与中部圆弧板(1)的右端长度一致；

步骤五：设在步骤四所述反装车顶整体大部件上的斜面圆弧板通槽(3-1)外侧壁边缘的直角根部在YZ坐标平面上的真实空间坐标点为m₂(z₂，y₂)；设斜面圆弧板的坡面(3-2)于XOY水平面的真实空间倾角为α2；并且设在此实际的反装车顶整体大部件上的新风口机加工在平行于坡面(3-2)方向上的铣削宽度的真实空间起点为n₂(z₄，y₄)；则在反装车顶整体大部件上开设新风口(3-2-1)的工序具体包括如下子步骤：

步骤5.1：在步骤四所述新的加工基准三轴坐标系下按照图纸理论尺寸的要求分别对中部圆弧板通槽(1-1)和两条过渡圆弧板通槽(2-1)分别进行定尺测量并在给定位置进行截断、清根工艺处理；

步骤5.2：在5.1所述清根处理后的中部圆弧板通槽(1-1)上沿X轴方向距离原点O的长度为K₁的位置处开设贯通的中部圆弧板通孔(1-2)；

步骤5.3：利用雷尼绍测量系统的探针对步骤5.2所述清根处理后的中部圆弧板通槽(1-1)上的原点O所在的位置进行测量，此后继续用雷尼绍测量探针分别测量中部圆弧板通槽(1-1)外侧壁边缘的直角根部在YZ坐标平面上的空间位置F₁、两条过渡圆弧板通槽(2-1)外侧壁边缘的直角根部在YZ坐标平面上的空间位置F₂以及斜面圆弧板通槽(3-1)外侧壁边缘的直角根部在YZ坐标平面上的真实空间坐标点m₂(z₂，y₂)，从而将新的加工基准三轴坐标系的XOY平面位置和原点O的位置、五个滑槽各自Y轴方向上的空间距离值以及真实空间坐标点m₂在YZ坐标平面上的空间坐标值均输入到雷尼绍测量系统的虚拟空间坐标系中；

步骤5.4：使雷尼绍测量系统的探针沿着斜面圆弧板的坡面(3-2)在YOZ平面上多次测量，从而测量出斜面圆弧板的坡面(3-2)的真实空间倾角α2，并通过减法计算求得坡面(3-2)与水平Y轴水平面预设标准角度α1与其真实空间倾角α₂的差值△α；

步骤5.5：以步骤5.3所述斜面圆弧板通槽(3-1)外侧壁边缘的直角根部真实的空间坐标点m₂(z₂，y₂)为起点，使雷尼绍测量系统的探针沿着斜面圆弧板的坡面(3-2)以α₂的水平倾角向下移动给定的长度E，从而确定出铣削宽度的真实空间起点为n₂(z₄，y₄)的实际位置；

步骤5.6：以步骤5.5所述n₂(z₄，y₄)为起点，在线段n₂m₂延长线上测量出给定的长度K₀，即可确定出对实际倾斜的斜面圆弧板通槽(3-1)的铣削宽度终点位置和开设新风口(3-2-1)在YOZ平面内的铣削跨度范围；

步骤5.7：以原点O所在的YOZ平面为起点，按照新风口(3-2-1)在X轴向上的图纸理论位置测量出水平距离K₂，从而确定出新风口(3-2-1)在X轴向上的的铣削起点坐标；

步骤5.8：将旧有整体机加定位工装上的铣削设备的铣削倾角跟随角度α1到倾角α₂的转角方向调整变化△α角度差值增量；将步骤5.3至步骤5.7所述由雷尼绍测量系统测量所得的空间坐标数据均输入至旧有整体机加定位工装中，并对机加设备进行编程，此后，分别对步骤四所述反装车顶整体大部件上的两块斜面圆弧板(3)进行消除变形和装夹误差后的新风口(3-2-1)的开窗铣削作业；

步骤六：在反装车顶整体大部件上开设空调窗(4)，具体包括如下子步骤：

步骤6.1：以原点O所在的YOZ平面为起点，由雷尼绍测量系统按照空调窗(4)在X轴向上的图纸理论中心O₁的位置，测量出水平距离K₃；

步骤6.2：以步骤6.1所述的O₁为矩形的对角线交点，按照空调窗(4)矩形轮廓图纸理论尺寸确定其铣削的长度和宽度起止点；

步骤6.3：将步骤6.1和步骤6.2所述由雷尼绍测量系统测得的空调窗(4)加工长、宽起止点跨度数据以及O₁的坐标数据均输入至旧有整体机加定位工装中，并对机加设备进行编程，此后，即可完成对步骤四所述反装车顶整体大部件上的空调窗(4)进行消除变形和装夹误差后的开窗铣削作业；

步骤七：在正装车顶整体大部件上完成四个工艺盲孔(1-3)的快速定位和钻孔加工作业，其具体包括如下子步骤：

步骤7.1：分别手动翻转两个T字形通槽定位块(10-6-2)并将其二者从所插入的对应的中部圆弧板通槽(1-1)内翻转取出，然后启动两个中部圆弧板通槽定位机构(10)上各自的高度调整气缸(10-4)，使气缸(10-4)沿垂向高度导轨(10-2)带动铰轴座(10-5)回落至自然高度；

步骤7.2：将圆弧支撑端面(8-1)替换为凸模圆弧板、将斜面圆弧板通槽压块(7-1)替换为凹模圆弧板，并用天车将反装姿态下的车顶整体大部件翻转为正装姿态；

步骤7.3：将车顶盲孔正装快速定位机构(11)上的辅助定位块螺栓(11-4)连同中部圆弧板通槽辅助定位块(11-3)均从中部圆弧板通孔插销(11-2)上卸下，然后将中部圆弧板通孔插销(11-2)从反装状态的中部圆弧板通槽(1-1)的下方向上穿过步骤5.2所述的中部圆弧板通孔(1-2)；

步骤7.4：将中部圆弧板通槽辅助定位块(11-3)平行嵌入中部圆弧板通槽(1-1)内，并用辅助定位块螺栓(11-4)重新将中部圆弧板通槽辅助定位块(11-3)与中部圆弧板通孔插销(11-2)固连；

步骤7.5：按照步骤7.3所述由四个盲孔样板通孔(11-1-1)所对应确定的四个盲孔的位置，按照给定的深度分别完成对所述的四个工艺盲孔(1-3)的钻孔加工。