張記偉 韓超 強(qiáng)偉

摘要：文章研究了機(jī)械設(shè)計(jì)制造在基站天線(xiàn)中的應(yīng)用?；咎炀€(xiàn)在制造過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)加工、焊接以及后期的再加工。而第一次的加工主要將天線(xiàn)進(jìn)行構(gòu)件拆分，然后對(duì)每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行機(jī)械加工，然后通過(guò)完成零部件的焊接工作，最后還需要對(duì)焊接完成的零部件進(jìn)行機(jī)械加工。所以，基站天線(xiàn)的好壞與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的好壞有著必然聯(lián)系，對(duì)其研究具有重要意義。關(guān)鍵詞：機(jī)械；設(shè)計(jì)制造；基站天線(xiàn)

1 基站天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本次研究的基站天線(xiàn)包括4個(gè)組成部分，其中輻射單元是基站天線(xiàn)的面板部分，其上面分布著許多的輻射裂縫，可以將每一個(gè)看作是單獨(dú)的輻射單元，而整個(gè)面板是諸多輻射單元的集合。而且，輻射單元中的每個(gè)小輻射單元相互獨(dú)立，包含了多個(gè)波導(dǎo)輻射腔，平行分布，每個(gè)波導(dǎo)輻射腔可以認(rèn)為是小輻射單元。

所以，面板上的裂縫就是上述所說(shuō)的輻射單元，在小的輻射波導(dǎo)單元的正面寬邊中，裂縫在豎直方向上還與小波導(dǎo)輻射單元偏置。相鄰的輻射波導(dǎo)腔以5個(gè)為一組垂直耦合，在兩個(gè)波導(dǎo)腔之間會(huì)有一條裂縫存在，且存在一定的傾斜角度，也就是耦合裂縫。

此外，每一個(gè)摩T與和差器負(fù)責(zé)一個(gè)運(yùn)算單元的運(yùn)算，存在于耦合波導(dǎo)腔與和差器之間。電磁波的傳播要分別經(jīng)過(guò)輻射裂縫、耦合裂縫、和差器，最終才能將信號(hào)傳輸?shù)焦ぷ鲄^(qū)域。

所以，通過(guò)對(duì)基站天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的分析可以發(fā)現(xiàn)基站天線(xiàn)在制造過(guò)程中，首先要進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計(jì)和制造，將和差運(yùn)算單元、耦合單元以及波導(dǎo)單元構(gòu)件設(shè)計(jì)、制造完成。當(dāng)然，隨著工藝的發(fā)展和機(jī)械設(shè)計(jì)制造的進(jìn)步，通過(guò)整體拼焊技術(shù)在很大程度上減少了多余的機(jī)械配件，使得整體的工藝難度降低，可靠性和實(shí)用性增強(qiáng)。當(dāng)然，這也帶來(lái)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面的難題，尤其是整體焊接工藝完成的難度。

2 零件的機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)

零件的機(jī)械加工和制造對(duì)于基站天線(xiàn)的制造具有重要作用，而且其是整個(gè)工藝最終焊接的基礎(chǔ)。零部件的機(jī)械設(shè)計(jì)制造不僅要保證基礎(chǔ)的零部件整體質(zhì)量，而且要保證零部件的尺寸要符合工藝的要求以及設(shè)計(jì)的精度，后期的整體焊接過(guò)程也要保證其準(zhǔn)確性以及位置的精準(zhǔn)度，因?yàn)樵谡w焊接工藝完成之后不能再進(jìn)行機(jī)械加工。

零部件機(jī)械設(shè)計(jì)加工工藝又分為以下幾種工藝。

2.1 面板的機(jī)械設(shè)計(jì)加工工藝

通過(guò)對(duì)加工部件質(zhì)量以及精度的設(shè)計(jì)，將目前常用的設(shè)計(jì)制造方式進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)控銑床以及線(xiàn)切割機(jī)床加工不僅能夠提高加工的效率，而且能夠保證加工次序的合理性。其中，面板加工在數(shù)控銑床上進(jìn)行，蓋板的加工在線(xiàn)切割機(jī)床上進(jìn)行。而且在加工過(guò)程中能夠很大程度上借助切割床以及統(tǒng)床的精確度，對(duì)兩個(gè)部件進(jìn)行同時(shí)加工。

面板由于厚度只有1 mm，而且在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中要保證很好的平面度，考慮到其外形尺寸較大，所以機(jī)械制造要采用Φ342薄板。在制造過(guò)程中，采用沖壓機(jī)床下料、水切記床下料以及激光下料的零部件下料工藝，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)要求的考量以及設(shè)計(jì)工藝的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)沖壓機(jī)床在下料過(guò)程中會(huì)使得板料發(fā)生形變，而激光下料在很大程度上避免了這種情況的出現(xiàn)，不過(guò)考慮到機(jī)床工作臺(tái)的原因，激光下料極可能造成板面的表面損傷。所以，下料工藝采用水切下料，并且要增加下料數(shù)量，在下料完成后進(jìn)行回火處理，減少在制造過(guò)程中可能出現(xiàn)的形變以及殘留應(yīng)力現(xiàn)象的出現(xiàn)。

熱處理完成之后，鉗工進(jìn)行拋光等表面處理，消除表面的劃傷，并且在加工中要對(duì)比零部件的質(zhì)量和表面的平面度選擇良好的進(jìn)行加工處理。面板加工完成之后，板面的裂縫是中心對(duì)稱(chēng)分布的，能夠減少板面的變形，但是實(shí)際加工過(guò)程中并不能保證所有裂縫都加工完成，應(yīng)力不均的現(xiàn)象難以避免，因此在加工過(guò)程中要采用軸對(duì)稱(chēng)的加工方法。

如圖1所示，將加工區(qū)域劃分成4個(gè)象限，對(duì)其進(jìn)行對(duì)稱(chēng)加工。首先進(jìn)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，從外圍向內(nèi)部依次進(jìn)行裂縫的加工，這種機(jī)械加工方法能夠在很大程度上避免應(yīng)力不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，減少零部件變形出現(xiàn)的可能。

隨著機(jī)械設(shè)計(jì)制造的一步步完成，基本形態(tài)已經(jīng)具備。但是，由于面板的厚度薄，而且面板上存在大量的裂縫槽，所以要去除很多的材料。這就要考慮在材料加工過(guò)程中可能出現(xiàn)毛刺等損傷，所以要進(jìn)行后期妥善處理。

2.2 主腔體機(jī)械設(shè)計(jì)加工工藝

由于主腔體的加工需要進(jìn)行雙面加工，而且兩面互為定位基準(zhǔn)面，但是在實(shí)際加工過(guò)程中零部件的波導(dǎo)腔豎直腔壁比較薄，所以裝夾過(guò)程難度較大，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該將其中一面留出必要的工藝凸臺(tái)。而且，其加工過(guò)程要與內(nèi)腔同步，并且通過(guò)沉頭螺釘裝夾固定，如此能夠避免壓板對(duì)波導(dǎo)腔內(nèi)部的破壞。

而且，由于基站天線(xiàn)的主腔體在加工過(guò)程以及后期應(yīng)用中要求都較高，不僅要使得波導(dǎo)腔的形位公差精度要求達(dá)到0.02 mm，而且要使得兩面腔中間厚度不能超過(guò)0.8 mm，故采用Φ342的圓形板件。首先，要進(jìn)行耦合腔的加工，預(yù)留出工藝凸臺(tái)，保證工藝凸臺(tái)的高度比腔體高，壓緊后才能進(jìn)行后期的銑削加工，該過(guò)程在數(shù)控銑床上進(jìn)行。在零部件加工完成后，鉗工對(duì)工藝凸臺(tái)表面進(jìn)行刮研加工，保證其平面度能夠達(dá)到0.01 mm的標(biāo)準(zhǔn)。

加工完成之后，在凸臺(tái)處打螺紋底孔，攻螺紋，而且要保證孔深度要低于中間隔板，符合專(zhuān)用底座工藝要求。底座通過(guò)螺釘與零件連接，連接好的整體放入數(shù)控銑床進(jìn)行數(shù)控加工，加工順序與面板相似；在輻射波導(dǎo)腔的加工過(guò)程中，采用四象限交替加工方法；在零件加工制造過(guò)程中，腔體的加工深度大于通孔的加工深度，多次切削采用小深度進(jìn)給，減小了加工造成的應(yīng)力不平衡，進(jìn)一步提高了零件的質(zhì)量。

在加工完成之后，進(jìn)行下料時(shí)要進(jìn)行留取工藝，在直徑方向上為了與面板相配合，坯料選用Φ342 mm直徑的圓盤(pán)形坯料，加工余量在零部件的焊后加工中用機(jī)械加工方式切除。

2.3 和差器的機(jī)械設(shè)計(jì)加工工藝

在和差器部件的加工中，采用壓板裝夾。和差器的加工工藝是單面機(jī)械加工，所以基準(zhǔn)面定位不銑削面?？紤]到和差器的波導(dǎo)腔豎直腔壁比較薄，難以使壓板直接裝夾在槽口位置，所以在壓板位置的選擇上要進(jìn)行科學(xué)、謹(jǐn)慎的考量。如圖3所示，可以將壓板選擇在減重槽處，這樣能夠避免在加工過(guò)程中壓板對(duì)波導(dǎo)腔的破壞。在和差器設(shè)計(jì)和加工過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要進(jìn)行和差器質(zhì)量的嚴(yán)格把控，保證波導(dǎo)腔0.02 mm的公差精度要求，采用單面開(kāi)槽加工。因?yàn)?，零部件的尺寸較大，且厚度很薄，所以采用350×233 mm矩形坯料進(jìn)行加工。

但是，在和差器加工完成之后，要進(jìn)行正反兩面的材料去除，在實(shí)際加工過(guò)程中很可能出現(xiàn)去除不均勻的情況，導(dǎo)致應(yīng)力不均，最終使得部件發(fā)生形變。所以，在加工過(guò)程中鉗工要注意選材以及各個(gè)加工過(guò)程的工藝。在零部件的加工制造過(guò)程中，腔體的加工深度較深，且不為通孔，所以采用多次切削，小進(jìn)給深度，減少了加工時(shí)造成的應(yīng)力不平衡，進(jìn)而提高了零部件質(zhì)量。

對(duì)于毛坯的下料同樣需要考慮工藝余量，在直徑方向以及寬度方向上要與主腔體相一致。充分考量，所以采用矩形坯料進(jìn)行加工，而且加工的定位銷(xiāo)釘孔位于直徑預(yù)留余量區(qū)域。在銷(xiāo)釘孔加工過(guò)程中要與主腔體的加工配合，能提高裝配的精準(zhǔn)度。而考慮工藝采用整體焊接工藝，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機(jī)械加工方式切除。

2.4 蓋板的機(jī)械設(shè)計(jì)加工工藝

在蓋板的機(jī)械設(shè)計(jì)加工中，首先要進(jìn)行坯料的下料，在下料完成后，要進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力的去除，然后依次完成拋光和整平工作。在整平工藝中，要充分考慮蓋板的機(jī)械設(shè)計(jì)要求，將蓋板的毛坯清洗干凈，用專(zhuān)用的蓋板工裝將蓋板夾在工裝中間，然后在切割機(jī)床中進(jìn)行切割，而且要選擇慢走絲，進(jìn)行粗切和細(xì)切兩次切割操作，保證表面質(zhì)量，使得零部件尺寸達(dá)到所需要的0.02 mm。

3 結(jié)語(yǔ)

本文首先分析了基站天線(xiàn)的機(jī)構(gòu)，然后根據(jù)天線(xiàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了零部件機(jī)械設(shè)計(jì)加工應(yīng)用研究，分別對(duì)4個(gè)部件的加工方法的選擇、加工工裝的設(shè)計(jì)以及加工參數(shù)的選擇進(jìn)行了分析，研究機(jī)械設(shè)計(jì)制造在基站天線(xiàn)中的應(yīng)用，以期為基站天線(xiàn)的實(shí)際生產(chǎn)提供一定的參考。

[參考文獻(xiàn)]

[1]繆旻，張小青，姚雅婷，等.60GHz貼片天線(xiàn)用低溫共燒陶瓷基板的微機(jī)械加工[J].光學(xué)精密工程，2013（6）：1447-1451，1453-1455.

[2]王偉.機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對(duì)反射面天線(xiàn)電性能的影響機(jī)理及其應(yīng)用[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2011.