机械设计制造在基站天线中的应用

张记伟 韩超 强伟

摘要：文章研究了机械设计制造在基站天线中的应用。基站天线在制造过程中，需要经过加工、焊接以及后期的再加工。而第一次的加工主要将天线进行构件拆分，然后对每个构件进行机械加工，然后通过完成零部件的焊接工作，最后还需要对焊接完成的零部件进行机械加工。所以，基站天线的好坏与机械设计制造的好坏有着必然联系，对其研究具有重要意义。关键词：机械；设计制造；基站天线

1 基站天线的结构特点

本次研究的基站天线包括4个组成部分，其中辐射单元是基站天线的面板部分，其上面分布着许多的辐射裂缝，可以将每一个看作是单独的辐射单元，而整个面板是诸多辐射单元的集合。而且，辐射单元中的每个小辐射单元相互独立，包含了多个波导辐射腔，平行分布，每个波导辐射腔可以认为是小辐射单元。

所以，面板上的裂缝就是上述所说的辐射单元，在小的辐射波导单元的正面宽边中，裂缝在竖直方向上还与小波导辐射单元偏置。相邻的辐射波导腔以5个为一组垂直耦合，在两个波导腔之间会有一条裂缝存在，且存在一定的倾斜角度，也就是耦合裂缝。

此外，每一个摩T与和差器负责一个运算单元的运算，存在于耦合波导腔与和差器之间。电磁波的传播要分别经过辐射裂缝、耦合裂缝、和差器，最终才能将信号传输到工作区域。

所以，通过对基站天线结构的分析可以发现基站天线在制造过程中，首先要进行构件的设计和制造，将和差运算单元、耦合单元以及波导单元构件设计、制造完成。当然，随着工艺的发展和机械设计制造的进步，通过整体拼焊技术在很大程度上减少了多余的机械配件，使得整体的工艺难度降低，可靠性和实用性增强。当然，这也带来了机械设计制造方面的难题，尤其是整体焊接工艺完成的难度。

2 零件的机械加工工艺设计

零件的机械加工和制造对于基站天线的制造具有重要作用，而且其是整个工艺最终焊接的基础。零部件的机械设计制造不仅要保证基础的零部件整体质量，而且要保证零部件的尺寸要符合工艺的要求以及设计的精度，后期的整体焊接过程也要保证其准确性以及位置的精准度，因为在整体焊接工艺完成之后不能再进行机械加工。

零部件机械设计加工工艺又分为以下几种工艺。

2.1 面板的机械设计加工工艺

通过对加工部件质量以及精度的设计，将目前常用的设计制造方式进行比较，可以发现数控铣床以及线切割机床加工不仅能够提高加工的效率，而且能够保证加工次序的合理性。其中，面板加工在数控铣床上进行，盖板的加工在线切割机床上进行。而且在加工过程中能够很大程度上借助切割床以及统床的精确度，对两个部件进行同时加工。

面板由于厚度只有1 mm，而且在机械设计制造过程中要保证很好的平面度，考虑到其外形尺寸较大，所以机械制造要采用Φ342薄板。在制造过程中，采用冲压机床下料、水切记床下料以及激光下料的零部件下料工艺，通过对设计要求的考量以及设计工艺的对比，发现冲压机床在下料过程中会使得板料发生形变，而激光下料在很大程度上避免了这种情况的出现，不过考虑到机床工作台的原因，激光下料极可能造成板面的表面损伤。所以，下料工艺采用水切下料，并且要增加下料数量，在下料完成后进行回火处理，减少在制造过程中可能出现的形变以及残留应力现象的出现。

热处理完成之后，钳工进行抛光等表面处理，消除表面的划伤，并且在加工中要对比零部件的质量和表面的平面度选择良好的进行加工处理。面板加工完成之后，板面的裂缝是中心对称分布的，能够减少板面的变形，但是实际加工过程中并不能保证所有裂缝都加工完成，应力不均的现象难以避免，因此在加工过程中要采用轴对称的加工方法。

如图1所示，将加工区域划分成4个象限，对其进行对称加工。首先进行第一和第三象限的加工，然后依次完成第二和第四象限的加工，从外围向内部依次进行裂缝的加工，这种机械加工方法能够在很大程度上避免应力不对称现象的出现，减少零部件变形出现的可能。

随着机械设计制造的一步步完成，基本形态已经具备。但是，由于面板的厚度薄，而且面板上存在大量的裂缝槽，所以要去除很多的材料。这就要考虑在材料加工过程中可能出现毛刺等损伤，所以要进行后期妥善处理。

2.2 主腔体机械设计加工工艺

由于主腔体的加工需要进行双面加工，而且两面互为定位基准面，但是在实际加工过程中零部件的波导腔竖直腔壁比较薄，所以装夹过程难度较大，因此在设计过程中应该将其中一面留出必要的工艺凸台。而且，其加工过程要与内腔同步，并且通过沉头螺钉装夹固定，如此能够避免压板对波导腔内部的破坏。

而且，由于基站天线的主腔体在加工过程以及后期应用中要求都较高，不仅要使得波导腔的形位公差精度要求达到0.02 mm，而且要使得两面腔中间厚度不能超过0.8 mm，故采用Φ342的圆形板件。首先，要进行耦合腔的加工，预留出工艺凸台，保证工艺凸台的高度比腔体高，压紧后才能进行后期的铣削加工，该过程在数控铣床上进行。在零部件加工完成后，钳工对工艺凸台表面进行刮研加工，保证其平面度能够达到0.01 mm的标准。

加工完成之后，在凸台处打螺纹底孔，攻螺纹，而且要保证孔深度要低于中间隔板，符合专用底座工艺要求。底座通过螺钉与零件连接，连接好的整体放入数控铣床进行数控加工，加工顺序与面板相似；在辐射波导腔的加工过程中，采用四象限交替加工方法；在零件加工制造过程中，腔体的加工深度大于通孔的加工深度，多次切削采用小深度进给，减小了加工造成的应力不平衡，进一步提高了零件的质量。

在加工完成之后，进行下料时要进行留取工艺，在直径方向上为了与面板相配合，坯料选用Φ342 mm直径的圆盘形坯料，加工余量在零部件的焊后加工中用机械加工方式切除。

2.3 和差器的机械设计加工工艺

在和差器部件的加工中，采用壓板装夹。和差器的加工工艺是单面机械加工，所以基准面定位不铣削面。考虑到和差器的波导腔竖直腔壁比较薄，难以使压板直接装夹在槽口位置，所以在压板位置的选择上要进行科学、谨慎的考量。如图3所示，可以将压板选择在减重槽处，这样能够避免在加工过程中压板对波导腔的破坏。在和差器设计和加工过程中，设计人员要进行和差器质量的严格把控，保证波导腔0.02 mm的公差精度要求，采用单面开槽加工。因为，零部件的尺寸较大，且厚度很薄，所以采用350×233 mm矩形坯料进行加工。

但是，在和差器加工完成之后，要进行正反两面的材料去除，在实际加工过程中很可能出现去除不均匀的情况，导致应力不均，最终使得部件发生形变。所以，在加工过程中钳工要注意选材以及各个加工过程的工艺。在零部件的加工制造过程中，腔体的加工深度较深，且不为通孔，所以采用多次切削，小进给深度，减少了加工时造成的应力不平衡，进而提高了零部件质量。

对于毛坯的下料同样需要考虑工艺余量，在直径方向以及宽度方向上要与主腔体相一致。充分考量，所以采用矩形坯料进行加工，而且加工的定位销钉孔位于直径预留余量区域。在销钉孔加工过程中要与主腔体的加工配合，能提高装配的精准度。而考虑工艺采用整体焊接工艺，所以在厚度方向上不需要留余量，加工余量在零部件的焊后加工中用机械加工方式切除。

2.4 盖板的机械设计加工工艺

在盖板的机械设计加工中，首先要进行坯料的下料，在下料完成后，要进行内应力的去除，然后依次完成抛光和整平工作。在整平工艺中，要充分考虑盖板的机械设计要求，将盖板的毛坯清洗干净，用专用的盖板工装将盖板夹在工装中间，然后在切割机床中进行切割，而且要选择慢走丝，进行粗切和细切两次切割操作，保证表面质量，使得零部件尺寸达到所需要的0.02 mm。

3 结语

本文首先分析了基站天线的机构，然后根据天线结构进行了零部件机械设计加工应用研究，分别对4个部件的加工方法的选择、加工工装的设计以及加工参数的选择进行了分析，研究机械设计制造在基站天线中的应用，以期为基站天线的实际生产提供一定的参考。

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