裂缝波导端头加工多工位集成快换装夹系统的开发及应用

王继孔 贾广杰 于 力

(西安电子工程研究所 西安 710100)

工艺制造技术

裂缝波导端头加工多工位集成快换装夹系统的开发及应用

王继孔 贾广杰 于 力

(西安电子工程研究所 西安 710100)

针对裂缝波导端头加工的需求，开发了一种多工位集成的快换装夹系统，结构简单、定位夹紧快速，能够一次装夹2件工件，实现了铣两端台阶、铣法兰端面、法兰端面钻孔3种工序装夹定位模块的集成，能够实现快速、高效的更换各装夹模块，更换工件速度快。解决了裂缝波导铣两端台阶、铣法兰端面工序完全依赖大型五面体龙门加工中心和法兰端面钻孔需站于4米高台操作的问题。

裂缝波导 多工位集成 快换装夹

0 前言

裂缝波导是相控阵雷达中最为常见和重要的零件之一，也是其天线制造中较为困难的零件之一，其加工质量和效率直接影响着雷达产品的性能。随着相控阵天线技术的不断发展和广泛应用，对裂缝波导的加工提出更高的要求，其加工精度的保证也成为相控阵雷达生产中的关键技术之一。

某型号相控阵雷达的阵列天线由若干根窄边裂缝波导组成(见图1)。天线阵面上每根波导的窄边开有许多裂缝，裂缝深度、角度不一。裂缝波导主要加工过程为：先在波导管一个面上铣削不同角度的一组缝隙，然后在波导管两端铣削台阶，两端套装法兰盘后，铣削法兰端面，并于法兰端面钻削安装孔。

根据产品型号的不同，裂缝波导长度由1000mm到3000mm不等。因长度原因，目前裂缝波导加工中，铣两端台阶、铣法兰端面等工序均需要在大型五面体龙门加工中心上进行，经常导致高端加工设备的产能瓶颈。裂缝波导管法兰端面钻孔需站立于4米多高的平台上进行，存在较大的安全风险。因此需要设计一种高效定位装夹装置，使得在普通数控加工中心上就能够实现裂缝波导管铣两端台阶、铣法兰端面、法兰端面钻孔等工序的加工。

1 装夹系统技术方案

对裂缝波导工艺过程进行分析，开缝加工必须使用行程超过3000mm的设备；而铣两端台阶需要使用卧式加工设备，但加工行程不超过200mm；铣法兰端面需要使用立式加工设备，加工行程同样不超过200mm；法兰端面钻孔在使用卧式加工设备情况下，加工行程同样不超过200mm。

针对以上分析，我们决定对普通加工中心应用角铣头进行立卧转换，再设计一套装夹系统，将铣两端台阶、铣法兰端面及法兰端面钻孔3道工序的定位装夹集成在该工装系统上，最终实现上述3道工序全部在普通立式加工中心上加工完成。在工装系统设计上我们引入多工位、快换、快锁等理念，工装各模块各模块之间都采用快锁快换方式进行连接，能够实现快速换模。

该装夹系统由装夹集成台面(1)、辅助支撑支架(2)、辅助支撑台面(3)、快锁销(4)、快速夹紧模块(5)、双台面虎钳(6)、缝隙定位块(7)、波导口定位模块(8)、压板(9)等零件组成，见图2。图中10为加工工件裂缝波导,11为机床台面。

(1)装夹集成台面设计

设计了装夹集成台面，作为装置各模块的集成平台，安装连接于机床台面，该装夹台面上设计了装置各模块的快换接口。

(2)定位模块设计

装置的定位模块包括两部分：

a.缝隙定位模块

该定位模块用于铣两端台阶及铣法兰端面时的定位。工件侧向放置，依照六点定位原理，以工件侧面及底面作为定位基准，通过与虎钳钳口及底面的贴合限制其五个自由度，最后一个自由度则由工件缝隙侧面与缝隙定位块的贴合给予限制，这样即满足了定位要求。缝隙定位模块连接安装于虎钳中心块两侧，分别用于两侧工件的定位。

b.波导口定位模块

该定位模块(图3)用于法兰端面钻孔时的定位。通过钻模芯子结构实现对工件内腔的定位，限制其五个自由度，最后一个自由度则由工件法兰端面与该模块表面的贴紧给予限制，这样就满足了定位要求。该模块通过快锁销安装于装夹台面上。

(3)夹紧模块设计

铣两端台阶及铣法兰端面加工时，主要通过虎钳的夹紧及辅助支撑模块上的快速夹紧模块实现工件的夹紧。

法兰端面钻孔加工时，主要通过安装于波导口定位模块上的快速夹紧模块带动压板实现工件的夹紧。

(4)辅助支撑模块设计

由于裂缝波导管为细长工件，需考虑长度方向的辅助支撑，以防止其变形。主要由辅助支撑支架和辅助支撑台面组成，辅助支撑支架连接于装夹台面，辅助支撑台面通过快锁销安装于辅助支撑支架上。

2 装夹系统应用情况

所开发的装夹系统在实际应用时(图4、图5)，具体实施过程如下：

(1)铣两端台阶及铣法兰端面时

a.通过快锁销，安装连接双台面虎钳；

b.通过快锁销，安装连接辅助支撑台面；

c.工件1侧向装入虎钳外侧台面，侧面及底面分别贴紧虎钳侧面及底面，缝隙卡入缝隙定位块并贴紧；

d.工件2侧向装入虎钳内侧台面，侧面及底面分别贴紧虎钳侧面及底面，缝隙卡入缝隙定位块并贴紧；

e.夹紧虎钳；

f.夹紧辅助支撑台面处快速锁紧块。

(2)法兰端面钻孔时

a.通过快锁销，安装连接双台面虎钳；

b.通过快锁销，安装连接辅助支撑台面；

c.通过快锁销，安装连接波导口定位模块；

d.工件1内腔插入波导口定位模块外侧“芯子”；

e.工件2内腔插入波导口定位模块内侧“芯子”；

f.压板放入工件法兰与快速夹紧模块之间；

g.旋紧快速夹紧模块。

裂缝波导端头加工多工位集成快换装夹系统与以往夹具相比，其有益效果主要体现在以下4个方面：

(1)一次装夹2件工件。采用了双台面设计，能够实现一次装夹2件工件。

(2)多工位集成。实现了铣两端台阶、铣法兰端面、法兰端面钻孔3种工序装夹定位模块的集成。

(3)模块快换功能。通过快锁销的应用，能够实现快速、高效的更换各装夹模块。更换装夹模块时，只需插入、旋紧快锁销，不需要重新找正，十几秒即可完成。

(4)更换工件速度快。通过快锁夹紧模块的应用，实现了工件的快速装夹。在装夹过程中，一手压紧工件，另一只手只需旋紧快锁夹紧模块，几秒钟即可完成。

3 总结

本文所开发的集成快换装夹系统对普通数控加工中心进行改造，实现了多工位集成和双台面集成，能够满足裂缝波导铣台阶、铣端面、钻孔等工序加工要求，并且能够实现一次装夹加工2件，生产效率大幅提高，高台操作安全隐患消除。满足了多种规格裂缝波导的加工，在多个型号产品上得到了应用，成功解决生产瓶颈，是数控加工领域“降本增效”的成功尝试。

[1] 王继孔.倪亮，裂缝波导加工变形控制技术研究[M].国防制造技术，2009.

[2] 倪亮.功分器定位工装设计[J].火控雷达技术.2000，29(6):55-57.

[3] 张杰.提高企业数控加工效率的有效方法[J].机床与液压，2011，39(18)：43-45.

[4] 田辉，王俊斌.航空零件数控加工的特点[J].航空制造技术，2010(19):38-41.

[5] 蔡瑾，段国林，李翠玉等.夹具设计技术发展综述[J].河北工业大学学报，2002,(5):35-40.

MachiningofSlotWaveguideEnds——DevelopmentandApplicationofMulti-PointIntegratedQuickFixtureChangingSystem

Wang Jikong, Jia Guangjie, Yu Li

(Xi’an Electronic Engineering Research Institute, Xi’an 710100)

A multi-point integrated quick fixture changing system is developed in order to meet requirement of slot waveguide end processing. The system features simple structure and quick positioning/fixing, two work pieces can be fixed at one time, fixing and positioning modules for three kinds of processing, i.e. machining of steps at two ends, flange end and drilling on flange end can be integrated, therefore various fixture modules can be changed quickly and effectively, work pieces can be changed at high speed. Machining of steps at two ends of slot waveguide, flange end and drilling on flange end can be achieved by using this system instead of totally depend on large pentahedron gantry machining-center and standing on 4m high platform for drilling on flange end.

slot waveguide; multi-point integrated; quick fixture changing

2017-06-25

王继孔(1982-)，男，高级工程师。主要研究方向为微波器件加工工艺。

TN957

A

1008-8652(2017)03-076-03