羅小宇 梁曉慧 趙文忠

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

高頻箱殼體是伺服系統(tǒng)控制天線系統(tǒng)的中樞。饋源、反射體、發(fā)射模塊及接收機等安裝在高頻箱殼體上。高頻箱殼體通過俯仰軸與天線座相連[1]。雷達通過伺服隨動系統(tǒng)驅動天線波束跟隨目標運動。它的結構為薄壁箱體，兩個側面開口，剛性差，易變形，外形尺寸為400 mm×400 mm×580 mm，壁厚尺寸為 6 mm。殼體兩側俯仰軸安裝孔的同軸度，與四喇叭饋源安裝孔之間垂直度要求較高，因此對加工設備的主軸、刀具與床面的平行精度要求很高，對機床本身的回轉精度要求也很高。由于該零件外形較大、壁厚偏薄、鑄鋁材料熱變形大且切削性能差，加工過程中易產生變形。防止變形的工藝分為粗加工和精加工，中間進行人工時效處理，以消除內應力。加工過程中要求裝夾位置和壓緊力必須合理、可行（為防止裝夾而引起的箱體變形，加工時不允許壓裝箱體頂部中間位置）。本文結合高頻箱的結構特征，選擇合理的工藝路線安排、切削參數、加工基準和裝夾方式，以保證該零件的加工精度。

1 零件結構分析

1.1 重要尺寸分析

高頻箱主要由箱體、爪子和圓凸臺3部分組成，如圖1所示。其中，箱體左右側面兩孔2-Φ80H7+0.0350mm 與圓凸臺上孔Φ105+0.0350mm及爪子端面為重要安裝部位，共有5處重要尺寸（Z1～Z5）。它的尺寸精度直接影響產品的整體精度和性能指標。

圖1 高頻箱結構示意圖（單位：mm）

高頻箱左右側面兩孔2-Φ80H7中心組成公共基準軸線B-C。5處重要尺寸為：圓凸臺上孔Φ105+0.0350mm 中心軸線與公共基準軸線（B-C）垂直度要求不大于0.04（Z1）；左右側面兩孔2-Φ80H7中心與公共基準軸線B-C同軸度要求不大于0.04（Z2、Z3）；左右側面兩孔2-Φ132H11端面與公共基準軸線（B-C）垂直度度要求不大于0.04（Z4、Z5）。此外，圓凸臺端面與公共基準軸線B-C平行度要求不大于0.04；四爪平面與圓凸臺端面平行度要求不大于0.04，且距離公共基準軸線（B-C）尺寸精度為±0.1 mm；各重要加工部位粗糙度要求為1.6 μm。

1.2 加工工藝性分析

高頻箱零件為開口式薄壁箱體零件，毛坯尺寸較大，加工性能較差，加工過程中易產生應力變形且很難控制。同時，該零件毛坯材料為ZL101A（S）T5，塑性較好，黏附性強、線膨脹系數較高（為鋼件的 2.4倍）、強度較低，加工后表面粗糙度質量不高，且加工過程中容易產生變形[2]。

因此，如何利用工藝方法減少加工變形，提高加工表面質量，保證重要尺寸精度是本文的研究重點。

2 零件加工工藝方案

2.1 粗加工和精加工的劃分

高頻箱的尺寸精度和表面要求較高，因此需要分別進行粗加工和精加工。粗加工主要是去除加工面多余金屬，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品。精加工階段主要加工重要尺寸，消除粗加工中留下的誤差。該階段切除少量金屬層，獲得高的加工精度和表面質量，保證重要尺寸精度和位置公差達到圖紙要求。重要尺寸粗加工后余量方面，端面為1 mm，孔徑為2 mm。

2.2 加工基準的選擇

2.2.1 精加工基準的選擇

選擇精基準時，主要考慮如何利用精基準盡可能一次裝夾完成所有重要尺寸的加工，保證設計技術要求的實現以及裝夾準確、可靠、方便。加工應選擇被加工表面的設計基準為精基準。高頻箱選擇前平面為定位精基準。

2.2.2 加工原點的選擇

高頻箱圓凸臺上孔Φ105+0.0350mm中心軸線與左右側面兩孔2-Φ80H7中心軸線在水平方向一致，在另一方向垂直相交。該零件的加工原點設置在孔Φ105+0.0350mm中心軸線與左右側面兩孔2-Φ80H7中心軸線交點處。

2.3 精加工裝夾及找正方式的確定

2.3.1 精加工機床和裝夾方式選擇

高頻箱精加工時，選擇前平面為精基準，即精加工時前平面向下貼緊工作臺面裝夾，3處重要部位由臥式鏜銑加工中心通過工作臺旋轉一次裝夾完成。

2.3.2 找正方法確定

（1）左側面Y、Z方向中心的確定。用百分表找正圓凸臺孔Φ105 mm中心，其中心X坐標值a為順時針旋轉后左側面Z方向加工原點的值，Y坐標值b與順時針旋轉后左側面Z方向加工原點的值相同，如圖2所示。

（2）左側面X、Y方向中心的確定。用百分表找正左側面孔Φ80 mm中心，測出其X方向中心坐標值c，如圖2所示。

圖2 左側面孔中心找正示意圖（單位：mm）

（3）右側面X、Y、Z方向中心的確定。左側面加工完成后，工作臺旋轉180°加工右側面孔系和端面，其加工原點左邊取值為（-c，b，a）。

（4）圓凸臺Z方向中心的確定。右側面加工完成后，工作臺順時針旋轉90°進行圓凸臺孔系和端面加工，其Z方向中心坐標值為-c。

2.4 加工工藝路線安排

工藝路線的主要內容包括加工方法的選擇、加工階段的劃分、工序的劃分、機加工順序的安排、熱處理工序的安排以及其他輔助工序的安排等。高頻箱加工工藝路線安排如圖3所示。

圖3 高頻箱加工工藝流程圖

3 重要尺寸保證措施

3.1 減少變形措施

3.1.1 熱處理工序的安排

高頻箱為靠口薄壁箱體式結構零件，加工過程中易產生大量應力而引起零件變形，所以在加工過程中需要安排熱處理工序以消除應力。

在高頻箱零件的機械加工過程中，在粗加工后進行人工時效熱處理，爐溫設定溫度為120 ℃±5 ℃，保溫6 h。

3.1.2 加工基準的精加工

為消除粗加工和熱處理后前平面的變形，需對精基準（前平面）進行精加工，使其平面度要求不大于0.1°，以保證后續(xù)重要尺寸的加工精度。同時，為避免前平面精加工時由于加工余量較大再次導致引力變形，且前平面位置尺寸要求較低（自由公差），前平面精加工余量留0.15 mm即可。

3.2 精加工切削方式及刀具的選擇

高頻箱重要部位加工精度和表面粗糙度要求較高，因此重要孔系和端面選擇鏜削精加工。鏜削加工可以獲得高精度和高表面質量，孔精度可達到IT6～IT7，表面粗糙度可達到0.8～1.6 μm[3]。

高頻箱精加工時若存在切削力低且有振動問題時，選擇單刃鏜刀為切削刀具。單刃鏜刀能實現小公差、精確的圓度和理想的表面質量。同時，單刃鏜刀可以校正原有孔線的偏斜或位置誤差，且刃磨便利[4]。隨著切削速度的增加，殘余應力有向拉應力方向增大的趨勢。當切削深度較大時，隨著切削深度的增加，殘余應力有向殘余拉應力增大的趨勢。當切削深度較小時，此趨勢不明顯。厚度不均勻的弱剛度結構件，在切削過程中將切削工步變?yōu)榈群穸惹邢?，可以產生分布較為均勻的殘余應力，但對于殘余應力的大小影響并不明顯[5]。因此，要完全消除加工過程中使零件產生變形的內應力是不可能的，只能改變切削參數的合理搭配，使工件所留的殘余應力盡可能小且使其分布盡可能均勻，是保持零件尺寸精度穩(wěn)定性的有效手段。

3.3 進給量的選擇

為提高表面粗糙度，進給量不超過刀尖半徑的30%。精鏜選擇刀尖半徑為0.2 mm的刀片，因此進給量不大于0.06 mm·r-1。精鏜時，進給量取值為0.05 mm·r-1。

3.4 精加工工步順序安排

高頻箱各重要尺寸之間相互關聯(lián)。在精加工工序中，各部位的加工順序直接影響重要尺寸，特別是形位公差的精度。為保證各尺寸精度和形位公差的要求，該工序中工步安排順序如圖4所示。

圖4 精加工工序工步順序安排示意圖

通過各種重要尺寸保證措施完成了高頻箱零件的機械加工，結果顯示各項重要尺寸檢驗均達到了圖紙要求。

4 結語

通過分析高頻箱結構和重要尺寸特征，選擇合適的加工基準，精裝夾找正方式，精加工基準，確定精加工裝夾及找正方式和粗精加工的劃分，最終制定了合理可行的加工工藝方案。通過增加減少變形措施，選擇合適的精加工切削方式及刀具，設置合適的切削參數，安排精加工工步順序，保證了重要尺寸的精度及要求，并最終根據工藝方案和重要尺寸的保證措施加工生產了合格的高頻箱零件，可為薄壁鑄鋁箱體零件的加工提供參考。