Ka波段電磁監(jiān)測天線機械加工方法

張剛，倪娜，樊鵬飛

天津航天機電設(shè)備研究所 天津 300458

1 序言

Ka波段天線在空間方面主要應(yīng)用于衛(wèi)星通信、飛機上的通信及警報設(shè)備以及飛船與地面的通信等。另外，在宇宙空間方面主要應(yīng)用于資源探測，在地面應(yīng)用方面主要針對地面通信或?qū)罩酗w行物的定位、定向等。Ka波段天線屬于多種零件組合而成的一種機構(gòu)，主要由薄壁類零件、支架類零件組合而成。

如何控制薄壁零件的變形是加工中的難題，而支架類零件的加工難點是定位準確性，以及加工中變形與振動的控制。

通過合理安排加工工序，解決關(guān)鍵工序中的技術(shù)難點，制作輔助支撐工裝，控制零件的變形、振動，可實現(xiàn)零件的高質(zhì)量、高效率和低成本加工。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

圖1所示Ka波段電磁監(jiān)測天線主要由扼流環(huán)、支架1、支架2和支架3四種零件組合而成。產(chǎn)品之間通過（2±0.005）mm的銷釘定位、螺釘聯(lián)接，裝配后總高571.5mm，各零件內(nèi)腔裝配后在同一方圓過渡上，聯(lián)接面的好壞直接影響天線信號的質(zhì)量。

圖1 Ka波段電磁監(jiān)測天線

其中支架1、支架2和支架3三種零件的內(nèi)腔之間都是方圓聯(lián)接，相互之間采用銷孔進行定位聯(lián)接，定位孔直接影響裝配后上下零件內(nèi)腔是否能夠準確對應(yīng)，同時內(nèi)腔的加工精度直接影響整個天線的性能。

3 加工難點

經(jīng)分析，Ka波段電磁監(jiān)測天線的加工存在以下難點。

1）扼流環(huán)為薄壁鋁合金件，零件最薄處厚度為（0.5±0.02）mm，為典型薄壁零件。由于壁薄易變形，因此在保證加工精度的同時，關(guān)鍵是要控制薄壁處的變形。

2）支架1、支架2和支架3結(jié)構(gòu)相同。以支架1為例，零件高度為180mm，兩端為大小兩個法蘭，整體為錐體，法蘭上面的兩個定位孔相對于內(nèi)腔的尺寸、上下兩組定位孔相對于內(nèi)腔的位置度，直接影響零件內(nèi)腔裝配后能否光滑對應(yīng)。定位孔的加工精度以及加工中如何防止變形和振動，成為支架類零件的加工難點。

3）零件內(nèi)腔形狀如圖2所示。支架1的內(nèi)腔為方圓過渡，上側(cè)為φ（11±0.01）mm的圓形，下側(cè)為（8.64±0.01）mm×（4.32±0.01）mm的方形。支架2和支架3的內(nèi)腔橫截面為（8.64±0.01）mm×（4.32±0.01）mm的方形，和支架1底部的方形尺寸一致。內(nèi)腔表面粗糙度值Ra=1.6μm，精度要求較高，在保證內(nèi)腔精度的同時，如何選擇合理的加工路線及定位基準是內(nèi)腔加工的難點。

圖2 零件內(nèi)腔形狀

4 工藝路線

根據(jù)產(chǎn)品圖樣和工藝特性，制定扼流環(huán)加工工藝路線為：下料→粗車→熱處理（人工時效）→精車→鉗（去毛刺）；支架1加工工藝路線為：下料→車外圓→銑外形、加強筋→車平端面→鏜定位孔→線切割內(nèi)腔→鏜定位孔→鉗（去毛刺）。

5 扼流環(huán)加工方案

加工扼流環(huán)時，粗、精加工分開，同時增加人工時效和高低溫冷熱循環(huán)，以降低零件內(nèi)應(yīng)力。

因扼流環(huán)為薄壁件，尺寸較小，受結(jié)構(gòu)限制不易裝夾，所以制作開縫套夾持工件，用千分表找正，進行薄壁扼流環(huán)端面的加工。

6 支架1加工方案

6.1 內(nèi)腔的加工

調(diào)節(jié)慢走絲工藝參數(shù)，進行內(nèi)腔的線切割試加工。先通過萬能工具顯微鏡檢測內(nèi)腔尺寸，再對試切件進行切割剖開檢驗，以檢測表面粗糙度是否滿足要求。

以外圓為粗基準，以鏜床加工的定位孔為精基準，利用鏜床加工的定位工裝為線切割定位工裝，使得上下工序定位基準一致，以圓錐銷對零件已加工好的定位孔進行定位，確保定位的準確性。

6.2 定位孔的加工

以零件外圓為基準，首先加工好一面的φ（2±0.005）mm定位孔，孔距為25+0.01+0mm，再進行內(nèi)腔的線切割加工，從而保證零件定位基準的一致性。支架定位銷如圖3所示。

圖3 支架定位銷

線切割內(nèi)腔加工完成后，返回鏜床翻轉(zhuǎn)加工另外一組定位孔。為了消除線切割內(nèi)腔產(chǎn)生的誤差，以內(nèi)腔為基準進行找正。受天線產(chǎn)品內(nèi)腔性能限制，不能使用千分表找正，以防止對內(nèi)腔產(chǎn)生劃痕。使用專用顯微鏡對內(nèi)腔進行精確找正（見圖4），分中再加工另外一組φ（2±0.005）mm定位孔，孔距為

圖4 使用專用顯微鏡對內(nèi)腔進行精確找正

定位孔的鏜工序加工，以上下平面為加工基準。零件高度為130mm，在加工時由于剛性不足，不可避免地會產(chǎn)生振動，所以為防止振動對零件精度的影響，制作了專用輔助支撐裝置（見圖5）對零件進行支撐，同時用千分表打表控制零件的裝夾、支撐變形（見圖6），很好地解決了加工中的振動難題。

圖5 專用輔助支撐裝置

圖6 用千分表打表控制零件的裝夾、支撐變形

支架1、支架2和支架3均使用同一工裝進行定位孔的加工，通過控制每個零件的加工精度，實現(xiàn)了裝配后上下零件內(nèi)腔光滑過渡。

7 檢測

通過利用剖切、試鏜的加工方法，采用萬能工具顯微鏡和三坐標(biāo)測量儀進行檢測，零件的主要技術(shù)指標(biāo)全部符合圖樣要求。零件組合裝配后，內(nèi)腔光滑過渡，性能指標(biāo)符合技術(shù)要求。

8 結(jié)束語

綜合Ka波段電磁監(jiān)測天線的加工難點，通過粗、精加工分開和人工時效的方法，控制扼流環(huán)薄壁變形；在滿足支架零件裝配階段內(nèi)腔光滑過渡的要求下，做好加工階段的基準選擇、上下工序的基準統(tǒng)一以及工序的合理安排。尤其是在支架定位孔的加工以及檢測手段的運用方面，采取有效的改進措施，解決了機械加工中的技術(shù)難題，為后續(xù)天線產(chǎn)品的加工提供了技術(shù)支持。