Ka波段电磁监测天线机械加工方法

张刚，倪娜，樊鹏飞

天津航天机电设备研究所 天津 300458

1 序言

Ka波段天线在空间方面主要应用于卫星通信、飞机上的通信及警报设备以及飞船与地面的通信等。另外，在宇宙空间方面主要应用于资源探测，在地面应用方面主要针对地面通信或对空中飞行物的定位、定向等。Ka波段天线属于多种零件组合而成的一种机构，主要由薄壁类零件、支架类零件组合而成。

如何控制薄壁零件的变形是加工中的难题，而支架类零件的加工难点是定位准确性，以及加工中变形与振动的控制。

通过合理安排加工工序，解决关键工序中的技术难点，制作辅助支撑工装，控制零件的变形、振动，可实现零件的高质量、高效率和低成本加工。

2 产品结构

图1所示Ka波段电磁监测天线主要由扼流环、支架1、支架2和支架3四种零件组合而成。产品之间通过（2±0.005）mm的销钉定位、螺钉联接，装配后总高571.5mm，各零件内腔装配后在同一方圆过渡上，联接面的好坏直接影响天线信号的质量。

图1 Ka波段电磁监测天线

其中支架1、支架2和支架3三种零件的内腔之间都是方圆联接，相互之间采用销孔进行定位联接，定位孔直接影响装配后上下零件内腔是否能够准确对应，同时内腔的加工精度直接影响整个天线的性能。

3 加工难点

经分析，Ka波段电磁监测天线的加工存在以下难点。

1）扼流环为薄壁铝合金件，零件最薄处厚度为（0.5±0.02）mm，为典型薄壁零件。由于壁薄易变形，因此在保证加工精度的同时，关键是要控制薄壁处的变形。

2）支架1、支架2和支架3结构相同。以支架1为例，零件高度为180mm，两端为大小两个法兰，整体为锥体，法兰上面的两个定位孔相对于内腔的尺寸、上下两组定位孔相对于内腔的位置度，直接影响零件内腔装配后能否光滑对应。定位孔的加工精度以及加工中如何防止变形和振动，成为支架类零件的加工难点。

3）零件内腔形状如图2所示。支架1的内腔为方圆过渡，上侧为φ（11±0.01）mm的圆形，下侧为（8.64±0.01）mm×（4.32±0.01）mm的方形。支架2和支架3的内腔横截面为（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。内腔表面粗糙度值Ra=1.6μm，精度要求较高，在保证内腔精度的同时，如何选择合理的加工路线及定位基准是内腔加工的难点。

图2 零件内腔形状

4 工艺路线

根据产品图样和工艺特性，制定扼流环加工工艺路线为：下料→粗车→热处理（人工时效）→精车→钳（去毛刺）；支架1加工工艺路线为：下料→车外圆→铣外形、加强筋→车平端面→镗定位孔→线切割内腔→镗定位孔→钳（去毛刺）。

5 扼流环加工方案

加工扼流环时，粗、精加工分开，同时增加人工时效和高低温冷热循环，以降低零件内应力。

因扼流环为薄壁件，尺寸较小，受结构限制不易装夹，所以制作开缝套夹持工件，用千分表找正，进行薄壁扼流环端面的加工。

6 支架1加工方案

6.1 内腔的加工

调节慢走丝工艺参数，进行内腔的线切割试加工。先通过万能工具显微镜检测内腔尺寸，再对试切件进行切割剖开检验，以检测表面粗糙度是否满足要求。

以外圆为粗基准，以镗床加工的定位孔为精基准，利用镗床加工的定位工装为线切割定位工装，使得上下工序定位基准一致，以圆锥销对零件已加工好的定位孔进行定位，确保定位的准确性。

6.2 定位孔的加工

以零件外圆为基准，首先加工好一面的φ（2±0.005）mm定位孔，孔距为25+0.01+0mm，再进行内腔的线切割加工，从而保证零件定位基准的一致性。支架定位销如图3所示。

图3 支架定位销

线切割内腔加工完成后，返回镗床翻转加工另外一组定位孔。为了消除线切割内腔产生的误差，以内腔为基准进行找正。受天线产品内腔性能限制，不能使用千分表找正，以防止对内腔产生划痕。使用专用显微镜对内腔进行精确找正（见图4），分中再加工另外一组φ（2±0.005）mm定位孔，孔距为

图4 使用专用显微镜对内腔进行精确找正

定位孔的镗工序加工，以上下平面为加工基准。零件高度为130mm，在加工时由于刚性不足，不可避免地会产生振动，所以为防止振动对零件精度的影响，制作了专用辅助支撑装置（见图5）对零件进行支撑，同时用千分表打表控制零件的装夹、支撑变形（见图6），很好地解决了加工中的振动难题。

图5 专用辅助支撑装置

图6 用千分表打表控制零件的装夹、支撑变形

支架1、支架2和支架3均使用同一工装进行定位孔的加工，通过控制每个零件的加工精度，实现了装配后上下零件内腔光滑过渡。

7 检测

通过利用剖切、试镗的加工方法，采用万能工具显微镜和三坐标测量仪进行检测，零件的主要技术指标全部符合图样要求。零件组合装配后，内腔光滑过渡，性能指标符合技术要求。

8 结束语

综合Ka波段电磁监测天线的加工难点，通过粗、精加工分开和人工时效的方法，控制扼流环薄壁变形；在满足支架零件装配阶段内腔光滑过渡的要求下，做好加工阶段的基准选择、上下工序的基准统一以及工序的合理安排。尤其是在支架定位孔的加工以及检测手段的运用方面，采取有效的改进措施，解决了机械加工中的技术难题，为后续天线产品的加工提供了技术支持。