車頂加工定位輔助工裝及基於該工裝的車頂整體加工方法與流程

2023-05-01 18:55:46

本發明屬於軌道車輛車頂結構的整體製造裝置和製造方法領域，具體涉及一種車頂加工定位輔助工裝及基於該工裝的車頂整體加工方法。

背景技術：

定尺，即工件上圖紙理論尺寸所給定的已知長度或由工藝需求所給定的已知尺寸，該專業術語是一種列車大部件機加工領域公知而慣用的簡稱。

車頂結構主要是指由五塊長條鋁合金型材拼接組焊所形成的軌道車輛圓弧型棚頂整體結構。如圖1和圖2所示，該車頂結構包括中部圓弧板1、兩個過渡圓弧板2和兩個斜面圓弧板3，中部圓弧板1位於車頂結構的中線上，兩個過渡圓弧板2對稱地焊接在中部圓弧板1的兩側，每個斜面圓弧板3均與一個對應的過渡圓弧板2外側焊接固連。如圖3至圖9所示，完全組焊後的車頂結構毛坯件的外端面形成一個圓滑過渡的整體圓弧面，其中，中部圓弧板1的外部圓弧面與過渡圓弧板2的外部圓弧面共同形成外側圓弧面小角度插接焊縫c，中部圓弧板1的內側端面與過渡圓弧板2的內側端面共同形成內側小角度插接焊縫a，斜面圓弧板3的外側圓弧面與過渡圓弧板2的外側圓弧面共同形成外側圓弧面大角度搭接焊縫d，斜面圓弧板3的內側端面與過渡圓弧板2的內側端面共同形成內側大角度搭接焊縫b。中部圓弧板1的內側端面中心設有中部圓弧板通槽1-1，在過渡圓弧板2上臨近內側大角度搭接焊縫b的內側端面上設有過渡圓弧板通槽2-1。斜面圓弧板3的內側端面是坡面3-2，在坡面3-2的上部設有斜面圓弧板通槽3-1。

如圖7所示，按照車頂結構的圖紙理論設計要求，通常把中部圓弧板通槽1-1的通槽底面中心設定為車輛圓弧型棚頂整體結構的水平加工基準的原點o，把中部圓弧板通槽1-1中線的延長線方向設定為水平加工基準的x軸方向，原點o位於車頂縱向延伸方向的中心，然後，據此原點o的位置進一步確定車頂結構左右兩側的水平y軸方向，垂直於圓弧板通槽1-1的通槽底面中心的豎直方向作為加工基準的z軸方向。如圖2至圖4所示，按照車頂結構的圖紙理論設計要求，兩條過渡圓弧板通槽2-1關於中部圓弧板通槽1-1的中線左右對稱，兩條斜面圓弧板通槽3-1也關於中部圓弧板通槽1-1的中線左右對稱。斜面圓弧板3上的坡面3-2與xoy平面的夾角應符合預設標準角度α1。此外，按照車頂結構的圖紙理論設計要求，組焊後的車頂結構上還需包括空調窗4、兩個新風口3-2-1和中部圓弧板通孔1-2以及圍繞在中部圓弧板通孔1-2周圍的四個工藝盲孔1-3，四個工藝盲孔1-3呈矩形分布，中部圓弧板通孔1-2位於該矩形的短邊中線的黃金分割點上。如圖8至圖9所示，空調窗4為矩形鏤空窗口，其幾何中心o1必須在車頂結構的xoz平面上，空調窗4的中心o1點在x軸水平距離k3以及空調窗4自身的矩形開窗尺寸均是已知量，它們均由工藝師根據圖紙理論尺寸要求實測並確定。仍如圖8至圖9所示，中部圓弧板通孔1-2也位於車頂結構的xoz平面上，其開孔位置需將對應位置上的中部圓弧板通槽1-1截斷一個缺口並對原有的槽口進行清根打磨，然後對該位置處的中部圓弧板1進行貫穿鑽孔機加工，形成中部圓弧板通孔1-2，中部圓弧板通孔1-2在x軸上的到原點o的水平距離k1是已知量，其由工藝師根據圖紙理論尺寸的要求進行定尺實測後確定。如圖8和圖9以及圖11和圖12所示，新風口3-2-1的機加工位置位於斜面圓弧板3的坡面3-2上，新風口3-2-1沿x軸方向上的起點到x軸原點o距離k2是已知量，其由工藝師根據圖紙理論尺寸要求實測並確定。新風口機加工的銑削輪廓為矩形，其x軸寬度也是圖紙給定的已知量，但如圖11和圖12所示，其銑削方向需垂直於坡面3-2在其圖紙理論位置所在的平面，新風口機加工在坡面3-2所在的yoz平面內沿斜坡方向上的銑削寬度為k0，該寬度k0必須以n1點作為起點並沿著坡面3-2的斜坡方向上延伸至坡面3-2的輪廓線外部，並且，n1點的位置確定方法按照如下方式：首先確定斜面圓弧板通槽3-1的靠進xoz平面的外側壁與坡面3-2的直角交點m1點，再以m1點為起點並沿著坡面3-2方向量出線段長度為e的給定距離，即可確定出長度為e的線段m1n1，進而確定銑削寬度k0的起始點位置。

現有對車頂結構進行組焊和機加工所採用的工具機設備包括由多組圓弧板定位機構共同形成的整體機加定位工裝，圓弧板定位機構如圖13至圖14所示，其包括y嚮導軌9、兩個y向間距調整推力缸5、兩個高度調整基座6、兩個端面壓緊機構7和兩個圓弧面支撐座8，圓弧面支撐座8是帶有圓弧標尺的支撐基座8-2和兩個圓弧支撐端面8-1，圓弧支撐端面8-1的傾斜角度可以由支撐基座8-2進行調節。端面壓緊機構7的活塞缸前端設有斜面圓弧板通槽壓塊7-1。圓弧支撐端面8-1包括與車頂結構上、下表面分別匹配的凸模和凹模兩種可更換結構；如圖14至圖15所示，現有對車頂結構進行組焊和機加工的工藝方法包括如下步驟：斜面圓弧板通槽壓塊7-1與內側大角度搭接焊縫b相匹配的凸模定位壓塊和與車頂結構上匹配的凹模圓弧板兩種可更換結構；

步驟一：分別單獨製造完全符合圖紙理論尺寸要求的中部圓弧板1、兩個過渡圓弧板2和兩個斜面圓弧板3，其具體包括如下子步驟：

步驟1.1：如圖15所示，直接照安空調窗兩側的按中部圓弧板1的長、短不同兩種定尺分別對中部圓弧板1、以及長、短不同的兩種過渡圓弧板2加工下料，較短的過渡圓弧板2沿x軸方向對稱布置在較短的中部圓弧板1的兩側，其三者靠近空調窗4的端部共線對齊，較長的過渡圓弧板2對稱布置在較長的中部圓弧板1的兩側；

步驟1.2：將步驟1.1所述的較短的過渡圓弧板2均與較短的中部圓弧板1正反面焊接，形成較短的車頂三塊板並共同形成空調窗4的一個x軸方向上的窗框；將較長的過渡圓弧板2均與較長的中部圓弧板1正反面焊接，形成較長的車頂三塊板，其三者共同形成空調窗4的另一個x軸方向上的窗框；

步驟1.3：將步驟1.2所述長、短兩種車頂三塊板分別進行加工，在圓弧面朝下的反裝姿態下，對完整的車頂結構上中部圓弧板滑槽1-1進行截斷、清根工藝處理；較長的車頂三塊板還需要二次翻轉，進行定尺測量後加工中部圓弧板通孔1-2；

步驟1.4：單獨製造完全符合圖紙理論長度尺寸要求的兩個斜面圓弧板3單件，從而在忽略焊接變型的情況下，直接沿用對應圖紙理論上的新風口3-2-1在xyz直角坐標系上所對應的空間位置，分別對兩塊斜面圓弧板3進行新風口3-2-1的加工；再在翻轉後對空調口進行加工，該斜面圓弧板3另需其它的對應定位設備和工序，而不是在如圖13至圖14所示圓弧板定位機構上完成；

步驟二：在反裝狀態下，將步驟1.2所述長、短兩種車頂三塊板均與兩個斜面圓弧板3整體組對焊接，形成圖15和圖16所示的一個反裝狀態下的車輛圓弧型棚頂的車頂整體結構；

步驟三：將步驟二所述完整的車頂整體結構翻轉至如圖10所示的正裝狀態，將圓弧支撐端面8-1由凹模圓弧板更換為凸模圓弧板，且將斜面圓弧板通槽壓塊7-1更換為凹模圓弧板，並使更換後的斜面圓弧板通槽壓塊7-1的凹模圓弧板分別避讓開兩條過渡圓弧板通槽2-1和兩條斜面圓弧板通槽3-1，以便利用整體機加定位工裝對車頂整體結構進行重新裝夾定位，再分別完成對兩條外側圓弧面小角度插接焊縫c和兩條外側圓弧面大角度搭接焊縫d的正式焊接作業。

步驟四：如圖9和圖10所示，在正裝狀態車頂整體結構上依據中部圓弧板通孔1-2的位置和中部圓弧板通槽1-1的相對位置關係，分別測量確定所需的開設的四個盲孔1-3的開孔位置，並逐一進行對應四個工藝盲孔的鑽孔加工。

然而，上述現有的整體組焊後的車頂整體結構進入加工工位後，其由多組圓弧板定位機構所共同形成的整體機加定位工裝不具備對車頂整體結構上xoz平面精確的定位功能，因此，整體組焊後的車頂整體結構工件的坐標系與工具機坐標系存在扭曲偏差，其二者各自坐標系的x軸不能平行，即使通過常用的側向壓緊的方式校正車頂整體結構力求使工件坐標系x軸與工具機坐標系x軸平行，但車頂整體結構圓弧面的實際位置也與理論坐標系位置偏差也多存在0-5mm變化，對數控編程加工造成了極大的困難。

其次，如圖17所示，在車頂整體組焊後，受到焊接變形的影響，致使先前在步驟1.4中對兩塊斜面圓弧板3所分別開設的新風口3-2-1發生較大的位置偏移，斜面圓弧板3上的坡面3-2與水平y軸水平面的夾角的實際角度值為α2，而非圖紙理論尺寸所預設標準值α1，致使如圖18所示的新風口3-2-1的銑削開窗角度與理論值存在角度為△α的偏差，不能嚴格符合圖紙理論尺寸、角度以及位置要求，而且，焊接變形還會導致兩個新風口3-2-1無法關於車頂整體結構上實際的xoz左右對稱。

再次，現有步驟一需要分別單獨製造完全符合圖紙理論尺寸要求的中部圓弧板1、兩個過渡圓弧板2和兩個斜面圓弧板3，且中部圓弧板1、兩個過渡圓弧板2還要進一步分別截斷為較長和較短的兩種長度，這使得每一塊板都需要進行精確的長度測量和截斷機加工，並給其五塊板材彼此組對時的精度提出較高要求，拼接效率低下，勞動強度大，然而，由其七者共同組焊所形成的車頂整體結構依然會因焊接變形而發生尺寸偏差，其依然無法保障後續加工的定位精度，致使前期的精確長度測量加工失去意義。況且，採用分塊加工再組焊成整體的方式不利於尺寸鏈之間整體定位數據的保證，對型材組對所提出的技術難度較高，型材端部焊縫起弧、收弧處的焊縫質量也較差。

最後，在步驟四中對完整的車頂整體結構翻轉至正裝狀態以後，對應四個工藝盲孔1-3開設位置的測量定位也較為繁瑣，定位精度差，作業效率低，定位精度也難以得到有效保障。

另外，雷尼紹測量系統是機械加工領域公知的高精度自動位置度測量系統，但針對不同特種工件的實際測繪編程工作需要根據所針對特種工件的實際尺寸和誤差精度單獨進行，由於原有軌道車輛車頂結構的整體製造工裝極為龐大，結構複雜、安裝定位變形和焊接變形情況多種多樣，致使此前無法直接總結較好的一般測繪特徵，從而無法為雷尼紹測量系統的使用提供有效簡潔的特種測繪編程依據，進而致使其無法直接應用於現有的軌道車輛車頂結構的整體製造工藝中。

技術實現要素：

為了解決現有由多組圓弧板定位機構所共同形成的整體機加定位工裝不具備對車頂整體結構上xoz平面精確的定位功能，其對整體組焊後的車頂圓弧面的實際位置確定方法忽略了焊接變形的影響，因此其定位效果與理論坐標系位置存在數據偏差，不能很好地滿足數控編程加工的需求。而受到該焊接變形的影響，現有工藝對新風口的銑削開窗角度也與理論值存在偏差，導致兩個新風口無法對稱。現有工藝單獨製造完全符合圖紙理論尺寸的五塊板件需要分別進行精確的長度測量和截斷機加工，其給彼此組對時的精度提出較高要求，拼接效率低下，並且由於焊接後的變形尺寸偏差，導致該方法依然無法保障後續加工的定位精度，致使前期的精確長度測量加工失去意義。

此外，現有工藝的多種圓弧板部件需要配合劃線機完成共計十四次在定位工裝上進行夾緊定位和測量過程，並且，其中間步驟還包括半成品部件需要共計六次的反覆的翻轉工序才能實現正、反面焊縫的全部焊接，而該直接沿用對應圖紙理論上的新風口在xyz直角坐標系上所對應的空間位置，分別對兩塊斜面圓弧板進行新風口加工的方式，也大大增加了焊接和測量次數，並對焊縫起弧、收弧處的工件品質造成負面影響，其步驟繁瑣、效率低下，工藝流程不合理。並且，車頂整體結構翻轉至正裝狀態以後，在正裝狀態下所需開設的四個盲孔的開設位置的測量定位也較為繁瑣，定位精度差，作業效率低的技術問題，本發明提供一種車頂加工定位輔助工裝及基於該工裝的車頂整體加工方法。

本發明解決技術問題所採取的技術方案如下：

車頂加工定位輔助工裝，其包括中部圓弧板通槽定位機構和車頂盲孔正裝快速定位機構，所述中部圓弧板通槽定位機構包括底座、垂向高度導軌、垂向滑塊、高度調整氣缸、鉸軸座和通槽定位壓板，所述垂向高度導軌和高度調整氣缸的下端均垂直固連於底座上，高度調整氣缸的軸向與垂向高度導軌平行，垂向滑塊與垂向高度導軌滑動連接；所述鉸軸座包括鉸軸底座板、通槽定位壓板轉軸、鉸軸座第二轉軸，鉸軸底座板的底座板與垂向滑塊固連；高度調整氣缸包括活塞機構和套環，套環固連於活塞機構的活塞杆頂端，套環與鉸軸座第二轉軸同軸固連，活塞機構的活塞杆的旋轉軸與鉸軸座第二轉軸的旋轉軸垂直且共面；所述通槽定位壓板包括鉸軸連接板和t字形通槽定位塊，t字形通槽定位塊垂直固連於鉸軸連接板的上端並垂直於鉸軸座第二轉軸；鉸軸連接板的下端垂直固連於通槽定位壓板轉軸的中段；

t字形通槽定位塊的t字型豎直塊的寬度與中部圓弧板通槽的寬度相同，其t字型豎直塊的高度小於等於中部圓弧板通槽的深度；

所述車頂盲孔正裝快速定位機構包括四盲孔統一定位樣板、中部圓弧板通孔插銷、中部圓弧板通槽輔助定位塊和輔助定位塊螺栓，四盲孔統一定位樣板上開設有四個盲孔樣板通孔，四個盲孔樣板通孔彼此之間的相對位置呈矩形分布，其彼此之間的相對位置關係符合四個工藝盲孔的圖紙理論尺寸的要求；圓弧板通孔插銷垂直固定在四盲孔統一定位樣板中部，且圓弧板通孔插銷的圓心位於四個盲孔樣板通孔所呈矩形的短邊中線的黃金分割點上；所述中部圓弧板通孔插銷上段的側壁上設有垂直於中部圓弧板通孔插銷軸向的輔助定位塊螺栓孔，輔助定位塊螺栓孔的軸向垂直於四個盲孔樣板通孔所呈矩形的長邊；中部圓弧板通孔插銷的前端穿過輔助定位塊螺栓孔並與中部圓弧板通槽輔助定位塊的側壁垂直固連，中部圓弧板通槽輔助定位塊的寬度與中部圓弧板通槽的寬度相同，中部圓弧板通槽輔助定位塊的厚度等於中部圓弧板通槽的深度，中部圓弧板通槽輔助定位塊的側壁平行於四個盲孔樣板通孔所呈矩形的短邊的中線。

基於上述車頂加工定位輔助工裝的車頂整體加工方法，其包括如下步驟：

步驟一：將初始的中部圓弧板原料件、兩個過渡圓弧板原料件和兩個斜面圓弧板原料件均截斷為長度超過圖紙理論尺寸要求而預留有加工餘量的毛坯件，將中部圓弧板、兩個過渡圓弧板和兩個斜面圓弧板組焊成車頂整體毛坯件；

步驟二：將兩個如權利要求所述的中部圓弧板通槽定位機構對稱地固連於舊有整體機加定位工裝的x軸線所在的工作檯上，並使兩個中部圓弧板通槽定位機構的間距恰等於步驟一所述中部圓弧板的毛坯件的實際長度值；

步驟三：將步驟一所述車頂整體毛坯件落入帶有中部圓弧板通槽定位機構的整體機加定位工裝中，對車頂進行整體加工，其具體包括如下子步驟：

步驟3.1：將車頂整體毛坯件以反裝姿態落入舊有整體機加定位工裝的x軸上；

步驟3.2：分別啟動兩個中部圓弧板通槽定位機構上各自的高度調整氣缸，使氣缸沿垂向高度導軌推動鉸軸座升高至工作高度，然後手動翻轉通槽定位壓板，並使兩個t字形通槽定位塊分別插入其各自所對應的中部圓弧板毛坯件兩端的中部圓弧板通槽內；

步驟3.3：將圓弧支撐端面設置為凹模圓弧板、將斜面圓弧板通槽壓塊設置為凸模定位壓塊，對反裝車頂整體毛坯件進行定位和壓緊；

步驟四：確立以舊有整體機加定位工裝的自身坐標係為基礎並與反裝車頂整體大部件自身的坐標系完全重合統一的新的加工基準三軸坐標系xyz，以舊有整體機加定位工裝自身的x軸和y軸交點建立xoy直角坐標系，從而確定z軸的原點o在xoy平面上的位置，然後在o點的鉛垂方向上測量中部圓弧板毛坯的距離地面的水平高度，從而確定o點在豎直方向上的高度，進而確立了以舊有整體機加定位工裝的自身坐標係為基礎並與反裝車頂整體大部件自身的坐標系完全重合統一的新的加工基準三軸坐標系xyz；此後，對步驟3.3所述以反裝姿態落入舊有整體機加定位工裝上的中部圓弧板的右端進行截斷，使其總長度符合圖紙理論尺寸的要求，再分別對兩個過渡圓弧板的毛坯件和兩個斜面圓弧板的毛坯件的右端均進行截斷，使其與中部圓弧板的右端長度一致；

步驟五：設在步驟四所述反裝車頂整體大部件上的斜面圓弧板通槽外側壁邊緣的直角根部在yz坐標平面上的真實空間坐標點為m2(z2，y2)；設斜面圓弧板的坡面於xoy水平面的真實空間傾角為α2；並且設在此實際的反裝車頂整體大部件上的新風口機加工在平行於坡面方向上的銑削寬度的真實空間起點為n2(z4，y4)；則在反裝車頂整體大部件上開設新風口的工序具體包括如下子步驟：

步驟5.1：在步驟四所述新的加工基準三軸坐標系下按照圖紙理論尺寸的要求分別對中部圓弧板滑槽和兩條過渡圓弧板通槽分別進行定尺測量並在給定位置進行截斷、清根工藝處理；

步驟5.2：在步驟5.1所述清根處理後的中部圓弧板滑槽上沿x軸方向距離原點o的長度為k1的位置處開設貫通的中部圓弧板通孔；

步驟5.3：利用雷尼紹測量系統的探針對步驟5.2所述清根處理後的中部圓弧板滑槽上的原點o所在的位置進行測量，此後繼續用雷尼紹測量探針分別測量中部圓弧板滑槽外側壁邊緣的直角根部在yz坐標平面上的空間位置f1、兩條過渡圓弧板通槽外側壁邊緣的直角根部在yz坐標平面上的空間位置f2以及斜面圓弧板通槽外側壁邊緣的直角根部在yz坐標平面上的真實空間坐標點m2(z2，y2)，從而將新的加工基準三軸坐標系的xoy平面位置和原點o的位置、五個滑槽各自y軸方向上的空間距離值以及真實空間坐標點m2在yz坐標平面上的空間坐標值均輸入到雷尼紹測量系統的虛擬空間坐標系中；

步驟5.4：使雷尼紹測量系統的探針沿著斜面圓弧板的坡面在yoz平面上多次測量，從而測量出斜面圓弧板的坡面的真實空間傾角α2，並通過減法計算求得坡面與水平y軸水平面預設標準角度α1與其真實空間傾角α2的差值△α；

步驟5.5：以步驟5.3所述斜面圓弧板通槽外側壁邊緣的直角根部真實的空間坐標點m2(z2，y2)為起點，使雷尼紹測量系統的探針沿著斜面圓弧板的坡面以α2的水平傾角向下移動給定的長度e，從而確定出銑削寬度的真實空間起點為n2(z4，y4)的實際位置；

步驟5.6：以步驟5.5所述n2(z4，y4)為起點，在線段n2m2延長線上測量出給定的長度k0，即可確定出對實際傾斜的斜面圓弧板通槽的銑削寬度終點位置和開設新風口在yoz平面內的銑削跨度範圍；

步驟5.7：以原點o所在的yoz平面為起點，按照新風口在x軸向上的圖紙理論位置測量出水平距離k2，從而確定出新風口在x軸向上的的銑削起點坐標；

步驟5.8：將舊有整體機加定位工裝上的銑削設備的銑削傾角跟隨角度α1到傾角α2的轉角方向調整變化△α角度差值增量；將步驟5.9至步驟5.8所述由雷尼紹測量系統測量所得的空間坐標數據均輸入至舊有整體機加定位工裝中，並對機加設備進行編程，此後，分別對步驟四所述反裝車頂整體大部件上的兩塊斜面圓弧板進行消除變形和裝夾誤差後的新風口的開窗銑削作業；

步驟六：在反裝車頂整體大部件上開設空調窗，具體包括如下子步驟：

步驟6.1：以原點o所在的yoz平面為起點，由雷尼紹測量系統按照空調窗在x軸向上的圖紙理論中心o1的位置，測量出水平距離k3；

步驟6.2：以步驟6.1所述的o1為矩形的對角線交點，按照空調窗矩形輪廓圖紙理論尺寸確定其銑削的長度和寬度起止點；

步驟6.3：將步驟6.1和步驟6.2所述由雷尼紹測量系統測得的空調窗加工長、寬起止點跨度數據以及o1的坐標數據均輸入至舊有整體機加定位工裝中，並對機加設備進行編程，此後，即可完成對步驟四所述反裝車頂整體大部件上的空調窗進行消除變形和裝夾誤差後的開窗銑削作業；

步驟七：在正裝車頂整體大部件上完成四個工藝盲孔的快速定位和鑽孔加工作業，其具體包括如下子步驟：

步驟7.1：分別手動翻轉兩個t字形通槽定位塊並將其二者從所插入的對應的中部圓弧板通槽內翻轉取出，然後啟動兩個中部圓弧板通槽定位機構上各自的高度調整氣缸，使氣缸沿垂向高度導軌帶動鉸軸座回落至自然高度；

步驟7.2：將圓弧支撐端面替換為凸模圓弧板、將斜面圓弧板通槽壓塊替換為凹模圓弧板，並用天車將反裝姿態下的車頂整體大部件翻轉為正裝姿態；

步驟7.3：將車頂盲孔正裝快速定位機構上的輔助定位塊螺栓連同中部圓弧板通槽輔助定位塊均從中部圓弧板通孔插銷上卸下，然後將中部圓弧板通孔插銷從反裝狀態的中部圓弧板滑槽的下方向上穿過步驟5.2所述的中部圓弧板通孔；

步驟7.4：將中部圓弧板通槽輔助定位塊平行嵌入中部圓弧板滑槽內，並用輔助定位塊螺栓重新將中部圓弧板通槽輔助定位塊與中部圓弧板通孔插銷固連；

步驟7.5：按照步驟7.3所述由四個盲孔樣板通孔所對應確定的四個盲孔的位置，按照給定的深度分別完成對所述的四個工藝盲孔的鑽孔加工。

本發明的有益效果是：該車頂加工定位輔助工裝及基於該工裝的車頂整體加工方法通過在舊有整體機加定位工裝的x軸軸線兩端分別增設一個用於對中部圓弧板滑槽進行定位的中部圓弧板通槽定位機構來實現優先完成中部圓弧板的x軸與舊有整體機加定位工裝的x軸合併統一定位基準的作業，再以中部圓弧板參考基準分別向其兩側順次組對和定位兩個過渡圓弧板毛坯件以及兩個斜面圓弧板毛坯件，從而確立了以舊有整體機加定位工裝的自身坐標係為基礎並與反裝車頂整體大部件自身的坐標系完全重合統一的新的加工基準三軸坐標系xyz，在此基礎上全面更新的車頂整體大部件新方法可以一次性克服了此前分件加工，統一拼接組焊的舊有工藝中焊接變形大、定位精度差、眾多定尺測量工序繁雜低效以及整體機加定位工裝的自身坐標系與工件實際變形後的定位坐標系不統一，機加工誤差大，應用雷尼紹測量系統測繪角度變化等一系列問題，在此基礎上，本發明所改進後的工藝步驟大幅簡化，組對焊接工序簡單高效、定尺測量工藝快捷精確，為提高工作效率和創造經濟效益提供新的途徑。

中部圓弧板通槽定位機構的結構簡單精巧，支座成本低廉，其t字形通槽定位塊使用方法簡單，定位過程快捷準確，其由高度調整氣缸作為升降高度調整的動力來源，並由鉸軸座帶動通槽定位壓板和垂向滑塊僅沿垂向高度導軌的方向做豎直升降動作，並可在的正裝狀態時回落至較低的安全高度，避免對其造成幹涉和阻礙。

此外，本發明的車頂盲孔正裝快速定位機構充分利用了中部圓弧板通孔以及圍繞在中部圓弧板通孔周圍的四個工藝盲孔的各自的圖紙理論尺寸位置和相對位置關係特徵，從而有針對性地研發了帶有四個盲孔樣板通孔的快速可拆卸四盲孔統一定位樣板，從而為四個工藝盲孔的測量定位和加工作業提供簡單快捷的新途徑。此外，將車頂盲孔正裝快速定位機構的中部圓弧板通孔插銷端頭倒立裝配在地面基座上之後，其還可以用於對正裝車頂整體大部件的快速定位。

附圖說明

圖1是軌道車輛圓弧型棚頂整體結構拼接前的橫截面結構示意圖；

圖2是圖1中i部分的局部放大圖；

圖3是軌道車輛圓弧型棚頂整體結構的橫截面結構示意圖；

圖4是圖3中ii部分的局部放大圖；

圖5是本發明反裝姿態下的車頂整體毛坯件的俯視圖；

圖6是本發明正裝姿態下的車頂整體毛坯件的俯視圖；

圖7是圖紙理論尺寸所規定的新風口的銑削位置原理圖；

圖8是正裝姿態下的軌道車輛圓弧型棚頂整體結構的俯視圖；

圖9是反裝姿態下的軌道車輛圓弧型棚頂整體結構的俯視圖；

圖10是圖8中iii部分的局部放大圖；

圖11是圖7的原理簡化示意圖；

圖12是圖11的端部的局部放大示意圖；

圖13是一個舊有圓弧板定位機構的主視圖；

圖14是一個舊有圓弧板定位機構的俯視圖；

圖15是由多組舊有圓弧板定位機構共同構成的工具機設備的整體部件和應用示意圖；

圖16是圖15中的a-a剖面示意圖；

圖17是斜面圓弧板的坡面在實際裝夾定位後產生的角度誤差原理示意圖；

圖18是新風口的銑削角度產生定位誤差的原理示意圖；

圖19是本發明車頂整體組焊定位輔助工裝中的中部圓弧板通槽定位機構的立體圖；

圖20是本發明車頂整體組焊定位輔助工裝中的車頂盲孔正裝快速定位機構的立體圖；

圖21是本發明中部圓弧板通槽定位機構的應用示意圖；

圖22是圖21的b-b剖面示意圖；

圖23是圖22中iv部分的局部放大圖；

圖24是本發明新風口機銑削寬度的真實空間起點為n2的確定方法原理圖；

圖25是本發明新風口機銑削寬度k0及其法向的確定方法原理圖；

圖26是本發明用雷尼紹測量系統分別對中部圓弧板通孔k0、新風口起點k1、空調窗中心o1、以及中部圓弧板毛坯件長度的截斷位置k5各自到原點o點距離進行測量原理圖；

圖27是圖19的主視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

本發明的車頂加工定位輔助工裝包括中部圓弧板通槽定位機構10和車頂盲孔正裝快速定位機構11，如圖19或圖27所示，中部圓弧板通槽定位機構10包括底座10-1、垂向高度導軌10-2、垂向滑塊10-3、高度調整氣缸10-4、鉸軸座10-5和通槽定位壓板10-6，垂向高度導軌10-2和高度調整氣缸10-4的下端均垂直固連於底座10-1上，高度調整氣缸10-4的軸向與垂向高度導軌10-2平行，垂向滑塊10-3與垂向高度導軌10-2滑動連接。鉸軸座10-5包括鉸軸底座板10-5-1、通槽定位壓板轉軸10-5-2、鉸軸座第二轉軸10-5-3，鉸軸底座板10-5-1的底座板與垂向滑塊10-3的端面固連。高度調整氣缸10-4包括活塞機構10-4-1和套環10-4-2，套環10-4-2固連於活塞機構10-4-1的活塞杆頂端，套環10-4-2與鉸軸座第二轉軸10-5-3同軸固連，活塞機構10-4-1的活塞杆的旋轉軸與鉸軸座第二轉軸10-5-3的旋轉軸垂直且共面。通槽定位壓板10-6包括鉸軸連接板10-6-1和t字形通槽定位塊10-6-2，t字形通槽定位塊10-6-2垂直固連於鉸軸連接板10-6-1的上端並垂直於鉸軸座第二轉軸10-5-3。鉸軸連接板10-6-1的下端垂直固連於通槽定位壓板轉軸10-5-2的中段。

如圖20所示，t字形通槽定位塊10-6-2的t字型豎直塊的寬度與中部圓弧板通槽1-1的寬度相同，其t字型豎直塊的高度小於等於中部圓弧板通槽1-1的深度。

如圖20所示，車頂盲孔正裝快速定位機構11包括四盲孔統一定位樣板11-1、中部圓弧板通孔插銷11-2、中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3和輔助定位塊螺栓11-4，四盲孔統一定位樣板11-1上開設有四個盲孔樣板通孔11-1-1，四個盲孔樣板通孔11-1-1彼此之間的相對位置呈矩形分布，其彼此之間的相對位置關係符合四個工藝盲孔1-3的圖紙理論尺寸的要求。圓弧板通孔插銷11-2垂直固定在四盲孔統一定位樣板11-1中部，且圓弧板通孔插銷11-2的圓心位於四個盲孔樣板通孔11-1-1所呈矩形的短邊中線的黃金分割點上。中部圓弧板通孔插銷11-2上段的側壁上設有垂直於中部圓弧板通孔插銷11-2軸向的輔助定位塊螺栓孔，輔助定位塊螺栓孔的軸向垂直於四個盲孔樣板通孔11-1-1所呈矩形的長邊。中部圓弧板通孔插銷11-2的前端穿過輔助定位塊螺栓孔並與中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3的側壁垂直固連，中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3的寬度與中部圓弧板通槽1-1的寬度相同，中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3的厚度等於中部圓弧板通槽1-1的深度，中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3的側壁平行於四個盲孔樣板通孔11-1-1所呈矩形的短邊的中線。

本發明的基於車頂加工定位輔助工裝的車頂整體加工方法包括如下步驟：

步驟一：將初始的中部圓弧板原料件、兩個過渡圓弧板原料件和兩個斜面圓弧板原料件均截斷為長度超過圖紙理論尺寸要求而預留有加工餘量的毛坯件，將中部圓弧板1、兩個過渡圓弧板2和兩個斜面圓弧板3組焊成車頂整體毛坯件；

步驟二：如圖21和圖22所示，將兩個中部圓弧板通槽定位機構10對稱地固連於舊有整體機加定位工裝的x軸線所在的工作檯上，並使兩個中部圓弧板通槽定位機構10的間距恰等於步驟一所述中部圓弧板1的毛坯件的實際長度值；

步驟三：將步驟一所述車頂整體毛坯件落入帶有中部圓弧板通槽定位機構10的整體機加定位工裝中，對車頂進行整體加工，其具體包括如下子步驟：

步驟3.1：如圖21和圖22所示，將車頂整體毛坯件以反裝姿態落入舊有整體機加定位工裝的x軸上；

步驟3.2：分別啟動兩個中部圓弧板通槽定位機構10上各自的高度調整氣缸10-4，使氣缸10-4沿垂向高度導軌10-2推動鉸軸座10-5升高至工作高度，然後手動翻轉通槽定位壓板10-6，並使兩個t字形通槽定位塊10-6-2分別插入其各自所對應的中部圓弧板1毛坯件兩端的中部圓弧板通槽1-1內；從而率先完成通過兩個中部圓弧板通槽定位機構10使中部圓弧板1的x軸與舊有整體機加定位工裝的x軸合併統一定位基準的作業；

步驟3.3：將圓弧支撐端面8-1設置為凹模圓弧板、將斜面圓弧板通槽壓塊7-1設置為凸模定位壓塊，對反裝車頂整體毛坯件進行定位和壓緊，從而完成利用步驟3.3所述舊有整體機加定位工裝以及步驟3.2所述兩個中部圓弧板通槽定位機構10共同對待焊接的反裝車頂整體毛坯件進行定位，並使中部圓弧板1的x軸與舊有整體機加定位工裝的x軸合併統一定位基準的作業；

步驟四：確立以舊有整體機加定位工裝的自身坐標係為基礎並與反裝車頂整體大部件自身的坐標系完全重合統一的新的加工基準三軸坐標系xyz，以舊有整體機加定位工裝自身的x軸和y軸交點建立xoy直角坐標系，從而確定z軸的原點o在xoy平面上的位置，然後在o點的鉛垂方向上測量中部圓弧板毛坯1的距離地面的水平高度，從而確定o點在豎直方向上的高度，進而確立了以舊有整體機加定位工裝的自身坐標係為基礎並與反裝車頂整體大部件自身的坐標系完全重合統一的新的加工基準三軸坐標系xyz；此後，如圖24至圖25所示，對步驟3.3所述以反裝姿態落入舊有整體機加定位工裝上的中部圓弧板1的右端k5的位置進行截斷，k5到o點的距離是中部圓弧板1的圖紙理論標準尺寸，其為已知量，通過該步驟為使中部圓弧板1的總長度符合圖紙理論尺寸的要求，再分別對兩個過渡圓弧板2的毛坯件和兩個斜面圓弧板3的毛坯件的右端均進行截斷，使其與中部圓弧板1的右端長度一致；

步驟五：設在步驟四所述反裝車頂整體大部件上的斜面圓弧板通槽3-1外側壁邊緣的直角根部在yz坐標平面上的真實空間坐標點為m2(z2，y2)；設斜面圓弧板的坡面3-2於xoy水平面的真實空間傾角為α2；並且設在此實際的反裝車頂整體大部件上的新風口機加工在平行於坡面3-2方向上的銑削寬度的真實空間起點為n2(z4，y4)；則在反裝車頂整體大部件上開設新風口3-2-1的工序具體包括如下子步驟：

步驟5.1：在步驟四所述新的加工基準三軸坐標系下按照圖紙理論尺寸的要求分別對中部圓弧板滑槽1-1和兩條過渡圓弧板通槽2-1分別進行定尺測量並在給定位置進行截斷、清根工藝處理；

步驟5.2：如圖21或圖26所示，在步驟5.1所述清根處理後的中部圓弧板滑槽1-1上沿x軸方向距離原點o的長度為k1的位置處開設貫通的中部圓弧板通孔1-2；

步驟5.3：利用雷尼紹測量系統的探針對步驟5.2所述清根處理後的中部圓弧板滑槽1-1上的原點o所在的位置進行測量，此後繼續用雷尼紹測量探針分別測量中部圓弧板滑槽1-1外側壁邊緣的直角根部在yz坐標平面上的空間位置f1、兩條過渡圓弧板通槽2-1外側壁邊緣的直角根部在yz坐標平面上的空間位置f2以及斜面圓弧板通槽3-1外側壁邊緣的直角根部在yz坐標平面上的真實空間坐標點m2(z2，y2)，從而將新的加工基準三軸坐標系的xoy平面位置和原點o的位置、五個滑槽各自y軸方向上的空間距離值以及真實空間坐標點m2在yz坐標平面上的空間坐標值均輸入到雷尼紹測量系統的虛擬空間坐標系中；

步驟5.4：如圖24至圖25所示，使雷尼紹測量系統的探針沿著斜面圓弧板的坡面3-2在yoz平面上多次測量，從而測量出斜面圓弧板的坡面3-2的真實空間傾角α2，並通過減法計算求得坡面3-2與水平y軸水平面預設標準角度α1與其真實空間傾角α2的差值△α；

步驟5.5：以步驟5.3所述斜面圓弧板通槽3-1外側壁邊緣的直角根部真實的空間坐標點m2(z2，y2)為起點，使雷尼紹測量系統的探針沿著斜面圓弧板的坡面3-2以α2的水平傾角向下移動給定的長度e，從而確定出銑削寬度的真實空間起點為n2(z4，y4)的實際位置；

步驟5.6：以步驟5.5所述n2(z4，y4)為起點，在線段n2m2延長線上測量出給定的長度k0，即可確定出對實際傾斜的斜面圓弧板通槽3-1的銑削寬度終點位置和開設新風口3-2-1在yoz平面內的銑削跨度範圍；

步驟5.7：以原點o所在的yoz平面為起點，按照新風口3-2-1在x軸向上的圖紙理論位置測量出水平距離k2，從而確定出新風口3-2-1在x軸向上的的銑削起點坐標；

步驟5.8：將舊有整體機加定位工裝上的銑削設備的銑削傾角跟隨角度α1到傾角α2的轉角方向調整變化△α角度差值增量，從而確定出銑削平面的法向；將步驟5.9至步驟5.8所述由雷尼紹測量系統測量所得的空間坐標數據均輸入至舊有整體機加定位工裝中，並對機加設備進行編程，此後，分別對步驟四所述反裝車頂整體大部件上的兩塊斜面圓弧板3進行消除變形和裝夾誤差後的新風口3-2-1的開窗銑削作業；

步驟六：在反裝車頂整體大部件上開設空調窗4，其具體包括如下子步驟：

步驟6.1：如圖26所示，以原點o所在的yoz平面為起點，由雷尼紹測量系統按照空調窗4在x軸向上的圖紙理論中心o1的位置，測量出水平距離k3；

步驟6.2：以步驟6.1所述的o1為矩形的對角線交點，按照空調窗4矩形輪廓圖紙理論尺寸確定其銑削的長度和寬度起止點；

步驟6.3：將步驟6.1和步驟6.2所述由雷尼紹測量系統測得的空調窗4加工長、寬起止點跨度數據以及o1的坐標數據均輸入至舊有整體機加定位工裝中，並對機加設備進行編程，即可完成對步驟四所述反裝車頂整體大部件上的空調窗4進行消除變形和裝夾誤差後的開窗銑削作業；

步驟七：在正裝車頂整體大部件上完成四個工藝盲孔1-3的快速定位和鑽孔加工作業，其具體包括如下子步驟：

步驟7.1：分別手動翻轉兩個t字形通槽定位塊10-6-2並將其二者從所插入的對應的中部圓弧板通槽1-1內翻轉取出，然後啟動兩個中部圓弧板通槽定位機構10上各自的高度調整氣缸10-4，使氣缸10-4沿垂向高度導軌10-2帶動鉸軸座10-5回落至自然高度，從而解除對反裝車頂整體大部件的y向限位，並在後續的翻轉工序中可以使中部圓弧板通槽定位機構10避讓開翻轉為正裝姿態後的車頂整體大部件；

步驟7.2：將圓弧支撐端面8-1替換為凸模圓弧板、將斜面圓弧板通槽壓塊7-1替換為凹模圓弧板，並用天車將反裝姿態下的車頂整體大部件翻轉為正裝姿態；

步驟7.3：將車頂盲孔正裝快速定位機構11上的輔助定位塊螺栓11-4連同中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3均從中部圓弧板通孔插銷11-2上卸下，然後將中部圓弧板通孔插銷11-2從反裝狀態的中部圓弧板滑槽1-1的下方向上穿過步驟5.2所述的中部圓弧板通孔1-2；

步驟7.4：將中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3平行嵌入中部圓弧板滑槽1-1內，並用輔助定位塊螺栓11-4重新將中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3與中部圓弧板通孔插銷11-2固連；此時，中部圓弧板通槽輔助定位塊11-3的側壁平行於四個盲孔樣板通孔11-1-1所呈矩形的短邊的中線，且四個盲孔樣板通孔11-1-1均分別與圖紙理論尺寸所要求的中部圓弧板1上所需開設的四個工藝盲孔1-3的位置一一對應；

步驟7.5：按照步驟7.3所述由四個盲孔樣板通孔11-1-1所對應確定的四個盲孔的位置，按照給定的深度分別完成對所述的四個工藝盲孔1-3的鑽孔加工。