數(shù)控加工在雷達(dá)制造中的應(yīng)用
摘 要:簡(jiǎn)要敘述了數(shù)控加工技術(shù)的作用、優(yōu)點(diǎn),并列舉了雷達(dá)制造過(guò)程中眾多復(fù)雜高精度構(gòu)件采用數(shù)控加工并獲得高質(zhì)量的典例。
關(guān)鍵詞:數(shù)控加工;柔性生產(chǎn);精度
數(shù)控(NC)加工由于具有加工精度高,批量加工一致性好、可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn),已廣泛在電子、機(jī)械加工行業(yè)中得到應(yīng)用。雷達(dá)作為高精度的電子探測(cè)設(shè)備,特別是天饋系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺(tái)裝置等,其復(fù)雜的結(jié)構(gòu),高的精度要求是一般普通加工設(shè)備難以承擔(dān)的。以前在加工條件受限制的情況下,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受到了很大的局限性,一些關(guān)鍵件的加工也往往成為雷達(dá)制造中的瓶頸,影響了生產(chǎn)周期,同時(shí)造成構(gòu)件加工精度不高,影響整機(jī)性能和增益的提高。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展,由加工中心、數(shù)控機(jī)床組成的柔性生產(chǎn)技[HJ*3/5]術(shù)、柔性生產(chǎn)線日趨成熟,集高效、高柔性于一體,逐步替代落后的普通機(jī)械加工設(shè)備,解決了眾多電子和機(jī)械制造業(yè)中的許多難題,使設(shè)計(jì)的自由度增大,加工精度得以提高,生產(chǎn)周期大大縮短。我所從九五年引進(jìn)數(shù)控加工中心以來(lái),在重點(diǎn)工程雷達(dá)的研制中發(fā)揮[HJ*3/4]了極大作用,許多以前在普通機(jī)床上加工的難題,現(xiàn)在已是輕而易舉,唾手可得,有些在以前難以想象的復(fù)雜高精度加工件亦能得到圓滿的解決?,F(xiàn)列舉雷達(dá)產(chǎn)品中一些典型的加工件進(jìn)行說(shuō)明。
1平面陣天線裂縫線源
裂縫線源是平面陣相掃天線的單元,在長(zhǎng)達(dá)3~4米的波導(dǎo)壁上銑開(kāi)若干中心間距一致、方向不同、角度不同、深度不同的等寬裂縫(見(jiàn)圖1)。
以前在普通機(jī)床上加工時(shí),采用了專門(mén)的夾具,但是由于設(shè)備、裝夾、操作等各種因素的影響,完全[CM(22)符合設(shè)計(jì)要求的加工產(chǎn)品幾乎沒(méi)有。盡管兩名操作者全神貫注,緊張操作,各裂縫的中心距、角度、寬度、深度仍有不同程度的超差,由于機(jī)床加工范圍的限制,接刀引起的累計(jì)誤差亦加大。為此,設(shè)計(jì)師只能降低要求,并由長(zhǎng)波導(dǎo)改成分段加工,往往加工一批 線源要花費(fèi)長(zhǎng)達(dá)半年以上的時(shí)間,且質(zhì)量也不理想。
現(xiàn)在加工近四米的裂縫線源,改由加工中心進(jìn)行加工,盡管設(shè)計(jì)提高了精度要求,難度增加了,但由于采用程序數(shù)控加工和逐點(diǎn)采樣補(bǔ)償?shù)奶幚恚拥蹲詣?dòng)測(cè)量定位,選擇合適的進(jìn)給切削速度和切削量,并采取必要的工藝保證措施,加工的線源切削面光潔,裂縫加工后沒(méi)有毛刺,經(jīng)三座標(biāo)測(cè)量?jī)x檢驗(yàn),各裂縫的各項(xiàng)指標(biāo)完全符合要求,達(dá)到設(shè)計(jì)的精度要求,同批加工線源尺寸精度一致性好,加工周期為原來(lái)的三分之一。
2蛇形波導(dǎo)
蛇形波導(dǎo)是平面陣天線中的一重要部件,為減少因多個(gè)波導(dǎo)法蘭連接引起的電磁波傳輸信號(hào)增益
損失,設(shè)計(jì)成整體機(jī)加工波導(dǎo)腔體與蓋板焊接的結(jié)構(gòu)形式,其中薄壁蛇形波導(dǎo)腔體(見(jiàn)圖2)采用整體鋁板機(jī)加工成形,由多個(gè)180°彎波導(dǎo)與直波導(dǎo)直接組合而成,要求各部的口徑一致為× ;粗糙度 0.8mm,各彎波導(dǎo)中心距一致,為(68±0.03)mm;各直波導(dǎo)中的各偶合孔位置度要求高,為(L±0.015)mm,同時(shí)為與蓋板焊接,并保證波導(dǎo)腔口徑的尺寸,蓋板上的蛇形定位臺(tái)階必須與蛇形波導(dǎo)腔體完全吻合。
經(jīng)工藝分析,常規(guī)的機(jī)加工根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。采用多件彎板焊接,因變形難以控制,不能保證精度,且無(wú)法整形,而不能采用。只有采用數(shù)控機(jī)床加工才能保證各結(jié)構(gòu)尺寸精度及形位公差的要求,通過(guò)試驗(yàn),最終采用預(yù)加工后去應(yīng)力,在加工中心上精加工一次加工成形到位,腔體內(nèi)僅留極少量的拋光量,經(jīng)檢測(cè)各部尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求,外形采用數(shù)控程序線切割加工成形。同樣,蓋板上的蛇形定位臺(tái)階采用數(shù)控加工,經(jīng)焊前裝配觀察,腔體與蓋板安裝定位臺(tái)階全部配合適當(dāng),間隙均勻,為整體真空釬焊創(chuàng)造了良好的條件,從而實(shí)現(xiàn)了蛇形波導(dǎo)整體加工腔體,與蓋板焊接成形的設(shè)計(jì)要求。
3波導(dǎo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)
雷達(dá)中常用的波導(dǎo)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中的轉(zhuǎn)子波導(dǎo)(見(jiàn)圖3),要求六口波導(dǎo)口徑尺寸一致,特別是各口徑的分度要求正確、對(duì)稱,一度成為加工中的難題。以前采用專用工裝反復(fù)試切削、計(jì)量、修整,通常需半個(gè)月才能加工好,加工周期長(zhǎng),成品合格率低。在改由加工中心加工后,一次裝夾,直波導(dǎo)、二彎波導(dǎo)的加工完全按程序設(shè)計(jì)進(jìn)行,通過(guò)切削用量的合理安排,亦使加工應(yīng)力和變形減小到最低,僅用二天,便完成精加工,經(jīng)計(jì)量各分度要求和口徑全部符合要求。
4饋電板
該構(gòu)件為新型機(jī)載雷達(dá)天線面陣尺寸約Φ800mm×10mm,由多達(dá)100個(gè)左右多種不同尺寸要求的腔體構(gòu)成的平面陣列天線(見(jiàn)圖4),各腔體間中心距公差為0.02mm,底面及腔體壁厚僅為[CM(22]0.8mm,還有眾多不同尺寸要求和位置要求的偶合孔。此外,為與蓋板拼焊成一體,還需加工數(shù)百個(gè)嚴(yán)格控制尺寸的榫頭,與蓋板上相對(duì)應(yīng)的榫頭孔配合裝配,間隙為0.01mm,加工后饋電板平面度要求為0.2mm。如此復(fù)雜的構(gòu)件簡(jiǎn)直難以想象,僅這么多高精度榫頭的加工就是很難的,不用說(shuō)要求更高的腔體和偶合孔。此外,這么大的薄壁構(gòu)件裝夾、加工,如何防止變形翹曲,亦是一大難題。通過(guò)工藝研究、試驗(yàn),在解決了工藝路線裝夾定位的難題后,集中在程序編制上下功夫,確定了合理的切削路線,切削用量及補(bǔ)償方式,經(jīng)過(guò)近三個(gè)月的努力,終于圓滿完成任務(wù)。經(jīng)三座標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè),各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)小批量投產(chǎn),證明該加工方法程序合理,加工周期亦相應(yīng)縮短,獲得用戶的好評(píng)。
5功率合成器
功率合成器為一多處變截面的內(nèi)導(dǎo)體(見(jiàn)圖5),由厚度1mm的銅板加工而成,各尺寸公差可允許±0.05mm。顯而易見(jiàn),采用程序控制線切割,即能很方便加工成形,只需注意防止變形,保持平整即可。
6樣機(jī)天線
某新研制雷達(dá)樣機(jī)天線,面陣尺寸2860mm×1700mm,為偏置拋物面天線,準(zhǔn)備采用鈑金結(jié)構(gòu)制造,但制造鈑金成型模具周期長(zhǎng),趕不上研制進(jìn)度,經(jīng)研究探討,為不影響研制計(jì)劃進(jìn)度,樣機(jī)天線采用鋁合金鑄造、整體數(shù)控加工型面的方法,利用協(xié)作單位意大利jobl五軸加工中心切削型面,按期加工出產(chǎn)品,經(jīng)三座標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè)均方根誤差為0.24mm,比鈑金天線精度指標(biāo)提高1倍,及時(shí)提供進(jìn)行電性能測(cè)試,使新型雷達(dá)樣機(jī)天饋系統(tǒng)測(cè)試任務(wù)如期完成。
諸如此類的典例還有如雷達(dá)饋源喇叭的成形加工,穩(wěn)定平臺(tái)框架、轉(zhuǎn)臺(tái),高精度方位齒輪箱體的加工,各種異型密封槽的成形加工,及大型平面陣天線背架線源定位槽的加工等等,這些復(fù)雜加工件均為雷達(dá)中的關(guān)鍵和重要部件,都有較高的精度要求,加工難度大,加工的成敗,精度的高低對(duì)雷達(dá)整機(jī)性能是至關(guān)重要的,而只有通過(guò)這些當(dāng)代先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)和設(shè)備才能解決和滿足如此復(fù)雜構(gòu)件的加工。我們準(zhǔn)備繼續(xù)引進(jìn)數(shù)控加工設(shè)備和技術(shù),在普及機(jī)械CAD設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)復(fù)雜、高精度零部件進(jìn)行CAM仿真分析,并與加工中心配合,使用UG-II三維設(shè)計(jì)軟件,進(jìn)行自動(dòng)編程,實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM一體化,進(jìn)一步提高效率,使產(chǎn)品質(zhì)量更上一個(gè)臺(tái)階。
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