天线展开机构铰接头高效铣加工方法优化

杨世强 郭秀亮 赵存利 李小龙

（天津航天机电设备研究所，天津 300301）

1 引言

大型空间可展开天线是工作在太空环境下的具有展开功能的天线，是航天器无线通信系统中不可或缺的重要装备。近年来，大型可展开天线需求数量越来越多，需求领域越来越广泛[1]。而一套大型可展开天线所包含的零件成千上万。以某型号构架式天线为例，反射器由桁架结构和金属网组成，反射器金属制件均包含于桁架中。构架反射器桁架由若干个构架式单元拼接组成，每个单元采用四面体结构，四面体单元由腹杆、同步折叠杆件、花盘节点及花盘扭簧等组成[2]。一套天线需要的零件数量为500 件。在实际生产中，如何保证零件尺寸的一致性并提高生产效率成为此类零件加工难题。通过设计合理的工装夹具，实现了批量零件的高质量、高效率、低成本的加工。高效加工方法的应用，为中小批量产品生产加工提供了有力的技术支撑，为实现高质量、高效率、高效益发展做出了贡献。

2 零件结构特点

本文中的零件是航天机构件中较常见的零件，零件特点为形状不规则，如图1所示，头部由两个半圆齿轮形状组成，尾部为带有环形槽的圆柱，常规的虎钳、压板等夹具无法对其进行准确地装夹定位[3]。该零件加工数量多，每套需求为500 个。采用车床、立式三轴加工中心、线切割3 种设备进行加工，需要多次装夹完成，加工工序多，工序间周转、装夹找正等辅助加工时间长，生产效率低。而且多次装夹定位导致基准不重合，误差变大，零件尺寸一致性差。

图1 工件模型及尺寸图

3 批量铣加工优化过程

3.1 优化前加工工艺流程

工件加工有两种加工工艺流程，如图2、图3所示，图4 为加工示意图。

图2 加工流程一

图3 加工流程二

图4 加工过程示意图

两种加工工艺方案的对比情况如表1所示。

表1 加工方案优缺点对比

3.2 优化思路及优化过程

3.2.1 优化思路

结合零件特点，经过分析，采用组合工装的形式进行零件的高效率加工改进：利用零件尾部圆柱及两个Φ1.2mm孔进行定位，依靠多个工装组成批量加工工装，提高效率。

组合工装整体介绍：组合工装如图5、图6所示，包括基础板、转接板、定位体、紧固件及定位销。基础板可采用虎钳夹持或用压板固定于机床工作台，上表面加工十字定位槽；转接板下表面加工定位凸台，通过紧固件与基础连接；定位块放置在定位槽中通过紧固件与转接板连接；工件采用圆柱体及两个定位销进行定位，通过紧固件与定位块连接。基础板固定螺钉数量为4 个，螺钉孔采用沉头孔方式且以环形等分方式设置在工件表面。转接板定位凸台进行周边倒角1mm，方便快速定位。表面在水平方向设置两个吊点，加工完成后方便进行更换。转接板上安装定位块的定位槽尺寸应比定位块外形大0.005～0.01mm，以保证定位块拆装方便且定位的一致性好。基础板上的十字定位槽与转接板的定位凸台要配合良好保证拆卸的方便。转接板的十字定位凸台与基础板的十字定位槽都加工1mm 倒角，方便快速定位安装。采用该装夹工具前，先保证零件的圆柱部分已经加工到位。根据待加工零件的圆柱部分的结构特点制作定位块，保证定位块上孔位与待加工零件上的孔位一致，同时根据定位块与零件的孔加工出定位销[4]。

图5 组合工装整体图

图6 定位块示意图

3.2.2 尾部加工工装设计

如图7所示，尾部工装由基础板和连接板组成，连接板上均布10个凹槽用于对毛坯进行定位。连接板与基础板通过定位销进行连接，加工尾部采用多工位加工，直接对毛坯料进行装夹加工，一次装夹可完成40件产品的加工。相对于车序加工，机床利用率提高两倍以上，劳动强度降低一倍。可实现机床不间断运行。

图7 工件尾部批量加工装卡图

3.2.3 头部加工工装设计

工件在五轴加工中心上加工为单件加工，加工效率的提高主要靠倒班实现。如图8所示，利用工件尾部定位，制作多工位组合工装，实现一次装夹完成60件产品加工[5]。

图8 工件头部批量加工装卡图

4 优化后加工效果

通过设计合理的工装夹具，该零件的加工效率得到有效提升，设备利用率较改进前提高一倍以上，人员劳动强度降低，每班次需要操作人员减少，可实现一人操作两台甚至多台机床进行加工，生产成本大幅降低。工装改进前后对比情况如表2所示。

表2 优化前后对比

5 结束语

通过设计工装，将天线铰接头批量加工车序、铣序优化合并为铣序，优化后的铣加工方法保证了加工质量，合格率为100%，加工周期从60h 缩短到42h。优化过程充分考虑了加工后零件的表面质量和尺寸精度，主要减少加工过程准备时间和工序流转时间，提升装卡质量和效率，降低工装成本。此方法在研制和生产中的应用具有很好的示范性和推广作用，针对批量化的零件加工能有效提高生产效率，降低生产成本。可推广到大型网状天线、星网卫星天线等批量零件加工中。