徐鶴　宮頊　田桂芝　王琦

摘 要：本文提出了一種復(fù)合材料天線窗口高效高精度加工方法，目的是解決傳統(tǒng)天線窗口加工方式繁瑣的缺點(diǎn)。通過(guò)設(shè)計(jì)工藝裝備、優(yōu)化加工流程等，保證窗口加工符合要求。在型號(hào)生產(chǎn)中的應(yīng)用表明，新工藝可有效節(jié)省生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于航空航天產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：天線窗口 復(fù)合材料 高效高精度加工方法

中圖分類號(hào)：TN953 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）03（c）-0053-02

天線是航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一部分，承受著氣動(dòng)外壓、氣動(dòng)加熱和沖擊、振動(dòng)等環(huán)境。由于其外表面存在復(fù)合材料防熱層，防熱層本身含有的碳元素經(jīng)燒蝕后產(chǎn)生的碳化層對(duì)電磁波的傳輸有屏蔽作用。為保證電波的傳輸，就不得不將天線處的防熱材料局部開(kāi)口并更換材料，即形成天線窗口。天線窗和復(fù)合材料防熱層具有不同的熱膨脹系數(shù)要求它們之間留有一定的縫隙，其配合縫隙的存在能使邊界層紊流度增加，致使表面熱流率加大。因此，天線窗口的加工質(zhì)量及加工精度顯得尤為重要[1-2]。本文就其中的窗口間隙問(wèn)題進(jìn)行深入的研究和探討。

帶有天線的航天產(chǎn)品一般由金屬殼體與復(fù)合材料防熱層膠接形成，金屬殼體在膠接前已加工出天線安裝部位，在膠接后需以金屬殼體上已有窗口為基準(zhǔn)對(duì)復(fù)合材料防熱層進(jìn)行加工，并與天線蓋板試配，保證配合間隙。由于各型號(hào)的不同需要，配合間隙的要求也不一致，一般來(lái)說(shuō)，要求配合間隙≤0.3mm，如圖1所示。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 手工加工方法

傳統(tǒng)手工加工方法是采用手工劃線銼修窗口方法，工藝流程為：安裝鉆模→鉆中心孔→劃窗口外形線→粗開(kāi)→精開(kāi)→適配并重復(fù)精開(kāi)動(dòng)作。為保證加工精度，需為每一個(gè)不同尺寸的窗口制作專用的窗口劃線工裝，具體工藝流程為：① 在天線窗口內(nèi)安裝中心孔鉆模；② 用手電鉆從內(nèi)到外鉆中心孔；③ 將劃線樣板上孔對(duì)正防熱層上已有孔，插銷固定，用劃針劃出窗口外形線（留余量）；④以已劃外形線為基準(zhǔn)，去除多余防熱層；⑤ 用金剛砂磨頭打磨多余防熱層，以金屬殼體窗口為基準(zhǔn)，保證防熱層與金屬的尺寸差，不斷試配天線蓋板，不斷精修，保證均勻的配合間隙。

由于手動(dòng)劃針劃線帶來(lái)的誤差，窗口處的劃線往往并不精確，通常精加工至留余量不少于1mm，之后的手工銼修需要不斷試配天線蓋板以保證加工精度；另外由于手工加工，銼修的方向不能保證完全與產(chǎn)品軸線平行，銼修的力度掌控也需憑借操作者的經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致的結(jié)果就是窗口的局部點(diǎn)內(nèi)外間隙不同，甚至超差。

1.2 數(shù)控加工方法

為提高天線窗口的加工精度，對(duì)導(dǎo)彈天線窗口數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行了研究，其工藝流程為：劃線→裝夾找正→窗口粗開(kāi)→窗口精找正→窗口精開(kāi)。

天線窗口的數(shù)控加工法中，為保證加工精度，存在多次找正的情況，具體工藝流程為：①在防熱層外表面粗劃窗口外形參考線；② 將產(chǎn)品裝夾到機(jī)床上并找正；③ 以參考線粗銑窗口，四周留余量；④找正窗口中心點(diǎn)；⑤ 編制程序，對(duì)窗口進(jìn)行精加工，保證防熱層與金屬口框的尺寸差值。

該加工方法利用加工程序進(jìn)行加工，能很好地保證產(chǎn)品的加工精度，但需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行裝夾及多次找正，延長(zhǎng)了加工時(shí)間，且其加工精度較大程度上依賴于找正精度。該方法較適用于少量產(chǎn)品的加工，不適合批量、進(jìn)度急的型號(hào)生產(chǎn)。

1.3 天線窗口加工新方法

天線窗口手工加工法及數(shù)控加工法都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，其適用范圍也不一樣，但都消耗大量人力，生產(chǎn)效率低下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)低成本制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化。目前武器型號(hào)生產(chǎn)中有大量的天線窗口加工需求，對(duì)窗口的加工要求也逐漸提升，尤其是窗口間隙的加工精度。一旦配合間隙超差，嚴(yán)重時(shí)可致使產(chǎn)品報(bào)廢。針對(duì)這類問(wèn)題，設(shè)計(jì)并制作了精度高而又簡(jiǎn)易的工裝，完善傳統(tǒng)的加工方法，為產(chǎn)品加工的質(zhì)量、效率提供了保障，且大幅降低了生產(chǎn)成本。優(yōu)化后的加工工藝流程為：安裝鉆模→鉆中心孔→劃粗開(kāi)線→粗開(kāi)→劃精開(kāi)線→精開(kāi)。

本工藝方案的核心解決手工劃線精度問(wèn)題和加工面垂直度問(wèn)題，設(shè)計(jì)的精加工工裝由圖2的兩部分組成，二者配合使用。

（1）精劃線工裝原理：近封口形金屬鋁塊，與防熱層接觸處為尖銳的劃針樣式。它以金屬殼體已有窗口內(nèi)表面為基礎(chǔ)，通過(guò)位置保證和定位面的限定，使用自帶劃針進(jìn)行移動(dòng)式劃線。由于它的劃線基準(zhǔn)為金屬殼體窗口表面，且完全消除手動(dòng)劃針帶來(lái)的偏差，精度較高。將精劃線工裝一側(cè)緊貼金屬口框內(nèi)側(cè)，將工裝自帶劃線尖角對(duì)準(zhǔn)防熱層，移動(dòng)工裝，精劃窗口外形線。該外形線是窗口最終的精加工尺寸，是加工過(guò)程中不能超過(guò)的界限。

（2）精加工工裝原理：采用不銹鋼制成，用于天線窗口精開(kāi)時(shí)手電鉆的導(dǎo)向限制。工裝外側(cè)與金屬口框貼合，工裝內(nèi)側(cè)對(duì)電動(dòng)工具的方向和加工范圍進(jìn)行限定，使加工時(shí)能有效防止手電鉆因人為操作不當(dāng)而導(dǎo)致的大角度偏轉(zhuǎn)或防熱層損傷，對(duì)產(chǎn)品金屬部分也形成了保護(hù)。這樣在精加工時(shí)，一方面有精準(zhǔn)的劃線參考，一方面有手電鉆加工導(dǎo)向限制，兩個(gè)工裝的配合使用能夠較好完成窗口手工加工操作，使加工面平整，間隙均勻，精度符合要求。更加重要的是，這種加工方法大大提高了生產(chǎn)效率，減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

將三種方法分別以加工10件試驗(yàn)件進(jìn)行質(zhì)量和效率上的直觀比較。結(jié)果手工加工方法廢品率為20%，加工時(shí)間4～4.5h；數(shù)控加工方法廢品率為0，加工時(shí)間5h；窗口加工新方法廢品率為0，加工時(shí)間2h?？梢?jiàn)新方法有效提高生產(chǎn)率，降低廢品率，極大程度上實(shí)現(xiàn)了低成本高效高質(zhì)量生產(chǎn)制造。

通過(guò)實(shí)際應(yīng)用表明，天線窗口高效高精度加工方法避免了手工加工試配的繁瑣和易超差，加工質(zhì)量較高，配合間隙≤0.3mm，結(jié)果完全滿足天線窗口加工精度要求。

3 結(jié)語(yǔ)

天線窗口高效高精度加工方法主要?jiǎng)?chuàng)新性地設(shè)計(jì)了高精度窗口劃線工裝，優(yōu)化了窗口加工工藝流程，既解決了劃線精度問(wèn)題，又降低了操作難度，提高了加工質(zhì)量和加工效率。目前車間面臨的批產(chǎn)型號(hào)任務(wù)量大、型號(hào)生產(chǎn)進(jìn)度急、要求質(zhì)量高，上述天線窗口高效高精度加工方法的提出為型號(hào)的生產(chǎn)起到了關(guān)鍵的作用，工裝的簡(jiǎn)單易用性也大幅地節(jié)省了生產(chǎn)成本，從根本上實(shí)現(xiàn)了低成本制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化。上述方法已成功應(yīng)用到批產(chǎn)型號(hào)的研制生產(chǎn)中。

參考文獻(xiàn)

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