CN102556370B - 一种卫星用的精度工艺适配器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星用的精度工艺适配器，包括精度修正垫片、上连接圆盘、支撑管以及下连接圆盘；其中，上连接圆盘与下连接圆盘通过所述支撑管连接在一起，在所述的上连接圆盘的上表面粘贴有精度修正垫片，而在下连接圆盘的下表面粘贴有精度修正垫片；上连接圆盘、下连接圆盘都是采用invar 36低膨胀合金板型材料制成的圆环；所述上连接圆盘和下连接圆盘的外圆圆度和同轴度至少优于0.03mm；通过所述支撑管连接后，所述上连接圆盘、下连接圆盘所形成的上下两平面的平面度和平行度至少优于0.05mm。本发明的精度工艺适配器易加工，重量轻，制造成本低，且能满足精度要求。

Description

一种卫星用的精度工艺适配器及其制造方法

技术领域

本发明涉及精度工艺适配器，特别涉及一种卫星用的精度工艺适配器。

背景技术

传统的卫星工艺适配器如图1所示，是一个圆环状的过度法兰类零件，由铝合金制成，高度在60mm左右，直径依实际使用要求而定，上下圆环的圆度和同轴度一般要求优于0.05mm，上下两平面的平面度和平行度一般要求优于0.05mm，粗糙度要求优于0.0016mm。这种适配器的优点是重量轻，耐蚀性好，制造相对比较容易，在车床上加工成型后，由人工铲刮修正达到精度要求。缺点是容易变形，必须小心使用，仔细保护，并进行定期检验修正。目前基本上所有的卫星采用的工艺适配器均是此种类型或它的简单变型。

但在某些形状特殊的卫星上，此种类型的卫星工艺适配器就不再适用。如图2中所示的火星探测器，它的两侧太阳电池阵低于卫星的底板，因此它的适配器高度需要达到400mm左右，传统的工艺适配器不能满足这一使用要求，因此有必要研制一种新型的工艺适配器，既能满足400mm的高度要求，又能满足精度要求，并且要兼顾到它的抗变形能力，加工性能，耐蚀性，重量等因素。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的工艺适配器无法满足特定卫星需求的缺陷，从而提供一种具有较高精度、抗变形能力、耐腐蚀能力的工艺适配器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种卫星用的精度工艺适配器，包括精度修正垫片、上连接圆盘、支撑管以及下连接圆盘；其中，

所述的上连接圆盘与下连接圆盘通过所述支撑管连接在一起，在所述的上连接圆盘的上表面粘贴有精度修正垫片，而在下连接圆盘的下表面粘贴有精度修正垫片；

所述的上连接圆盘、下连接圆盘都是采用invar 36低膨胀合金板型材料制成的圆环；所述上连接圆盘和下连接圆盘的外圆圆度和同轴度至少优于0.03mm；通过所述支撑管连接后，所述上连接圆盘、下连接圆盘所形成的上下两平面的平面度和平行度至少优于0.05mm。

上述技术方案中，所述上连接圆盘和下连接圆盘所形成的圆环的尺寸为Φ720/540×15mm。

上述技术方案中，在所述上连接圆盘上安装了四块精度修正垫片且这些精度修正垫片在上连接圆盘上成90°均布，在所述下连接圆盘上安装有八块精度修正垫片，这些精度修正垫片按45°均布。

上述技术方案中，所述的精度修正垫片2A12T4硬铝合金制成。

上述技术方案中，所述支撑管至少有3个，采用invar 36低膨胀合金板型材料制成。

本发明还提供了一种所述的卫星用的精度工艺适配器的制造方法，包括：

步骤1)、选取12块2mm厚且厚薄均匀、表面平整的2A12T4硬铝合金片材料，落料成型，修锉毛刺和圆角，作为精度修正垫片；

步骤2)、选用invar 36低膨胀合金的板料来制作所述上连接圆盘和下连接圆盘；

步骤3)、在待焊接的上连接圆盘下平面、下连接圆盘上平面与支撑管焊接的位置上，铣出3mm深的支撑管焊接用定位槽，注意与支撑管外径的配合尺寸，并在定位槽上铣出焊接坡口；

步骤4)、选用invar 36低膨胀合金的管材来制作支撑管，根据要求落料后，铣准两端管口，注意管口平面与管材中心线的垂直度，并在每根支撑管上留下一个Φ2mm的焊接通气孔；

步骤5)、利用所述上连接圆盘、下连接圆盘上的定位槽定位焊接位置，焊接上连接圆盘、下连接圆盘、支撑管；

步骤6)、在立式车床上对精度工艺适配器做半精车和精车，直到最后实测至少达到下列要求：上连接圆盘和下连接圆盘的外圆圆度和同轴度优于0.03mm，上下两平面的平面度和平行度优于0.05mm；

步骤7)、在上、下连接圆盘的上、下平面上用高强度结构胶将步骤1)得到的精度修正垫片胶接，其中上连接圆盘的上平面胶接4块，按90°均布；下连接圆盘的下平面胶接8块，按45°均布；经过24小时固化后，在精度修正垫片的上、下平面处进行精度修正，最后实测达到上、下两连接面平面度优于0.015mm，平行度优于0.03mm，粗糙度为0.0016；

步骤8)、利用高精度加工中心，钻准上下连接面的连接孔；

步骤9)、最后进行表面处理，对上下连接面、上下连接圆盘的外圆和连接孔进行保护，其余部位喷塑处理。

上述技术方案中，所述的步骤2)包括：

步骤2-1)、对所述invar 36低膨胀合金落料后，经过粗车和半精车形成所述上连接圆盘和下连接圆盘的基本形状，且在外圆和厚度方向留适当余量；

步骤2-2)、采用两次高、低温处理来消除应力，其中，所述高温处理是将材料在温度为215°的恒温烘箱中处理，所述低温处理是在温度为-118°的低温箱中进行处理。

上述技术方案中，在所述的步骤5)中，所述焊接包括：

步骤5-1)、先用点焊固定所述上连接圆盘、下连接圆盘、支撑管，检验上下平面的平行度和同轴度；

步骤5-2)、待基本合格后，再将所述上连接圆盘、下连接圆盘、支撑管焊接牢固，焊缝打磨平整。

上述技术方案中，在所述的步骤7)中，所述精度修正采用人工铲刮研磨的方法进行。

本发明的优点在于：

本发明的精度工艺适配器易加工，重量轻，制造成本低，且能满足精度要求。

附图说明

图1为现有技术中的卫星工艺适配器的正视图；

图2为卫星的正视图；

图3为本发明的精度工艺适配器在一个实施例中的立体示意图；

图4为本发明的精度工艺适配器在一个实施例中的正视图；

图5为本发明的精度工艺适配器在一个实施例中的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图3为在一个实施例中，本发明的卫星用的精度工艺适配器的三维图，该精度工艺适配器可用于卫星上。从图中可以看出，该适配器包括12块精度修正垫片1、1个上连接圆盘2、4根支撑管3以及1个下连接圆盘4。其中，所述的上连接圆盘2与下连接圆盘4通过支撑管3连接在一起，在所述的上连接圆盘2的上表面粘贴有4块精度修正垫片，而在下连接圆盘4的下表面粘贴有8块精度修正垫片。

下面对该精度工艺适配器中的各个部件做进一步说明。

所述的上连接圆盘2、下连接圆盘4都是尺寸为Φ720/540×15mm的金属圆环。由于精度工艺适配器在卫星装配和精测过程中是作为整星基准，为保证装配和测量精度，上连接圆盘2和下连接圆盘4的外圆圆度和同轴度应优于0.03mm；通过支撑管3连接后，上连接圆盘2、下连接圆盘4所形成的上下两平面的平面度和平行度应优于0.05mm。

上连接圆盘2、下连接圆盘4均采用invar 36低膨胀合金板型材料制成。所述的invar 36(因瓦合金)是一种典型的低膨胀合金，它的中文名：殷钢。它属于铁基高镍合金，含有36％的Ni，60％左右的Fe以及少量的S、P、C等元素。它的主要特点为膨胀系数极低，为1.8×10^-8/℃，且在-80℃～+100℃的温度区间内不发生变化。此外它有较高的耐蚀性、耐磨性；强度、硬度不高，抗拉强度在517MPa左右，屈服强度在276MPa左右，维氏硬度在160左右，能够满足卫星研制生产的要求，并且可以通过冷变形来提高强度，此外还具有导热系数低；塑性、韧性高；切削加工性差，必须使用高性能的硬质合金涂层刀具等特点。上连接圆盘2、下连接圆盘4采用invar 36合金能够保证精度工艺适配器的精度稳定性能和使用性能。

所述的支撑管3采用规格为Φ40/3的invar 36低膨胀合金的管材制成，支撑管高370mm，如图4所示，各个支撑管的高度应当一致，以保证前文所提到的上连接圆盘2、下连接圆盘4所形成的上下两平面的平行度至少为0.05mm。在本实施例中，所述支撑管3的数目为4个，但在其他实施例中，支撑管的数目可根据需要加以改变，如可以是3个、5个，但至少为3个，以保证精度工艺适配器的稳定性。但也不应太多，与传统的适配器结构相比，本发明的具有较少支撑管的工艺适配器的整个侧面基本无遮挡，操作空间开阔，便于进行卫星底部电缆插头插拔、热控多层包覆等操作。

所述的精度修正垫片1选用2A12T4硬铝合金制成，它的厚度在2mm左右，安装到精度工艺适配器上后，工作人员可根据需要对精度修正垫片采用铲刮研磨等方式进行组合加工，以保证上、下连接圆盘的平面度。在本实施例中，由于火星探测器底板上的连接面为四个圆盘状的小凸台，且90°均布在底板的四个侧边上，因此如图5所示，在上连接圆盘2上安装了四块精度修正垫片且这些精度修正垫片在上连接圆盘2上成90°均布，以与卫星上的四个小凸台连接，这样既方便了生产，又保证了精度。由于下连接圆盘4与探测器的其余部分以面接触的方式，因此在下连接圆盘上安装有八块精度修正垫片，这些精度修正垫片按45°均布。在其他实施例中，精度修正垫片的数量、厚度、安装位置等均可根据需要加以调整。

下面对本发明的精度工艺适配器的制造方法进行说明。

步骤1、选取12块2mm厚且厚薄均匀、表面平整的2A12T4硬铝合金片材料，落料成型，修锉毛刺和圆角后，放在一边备用。

步骤2、选用invar 36低膨胀合金的板料来制作上连接圆盘2和下连接圆盘4。落料后，经过粗车和半精车形成上连接圆盘2和下连接圆盘4的基本形状，但在外圆和厚度方向留适当余量。为确保精度，在加工时还要采用两次高、低温处理来消除应力。高温处理是将材料在温度为215°的恒温烘箱中处理，低温是在温度为-118°的低温箱中进行处理，经过两次高、低温处理后能够消除加工残余应力。

步骤3、在待焊接的上连接圆盘2下平面、下连接圆盘4上平面与支撑管3焊接的位置上，铣出3mm深的支撑管焊接用定位槽，注意与支撑管外径的配合尺寸；并在定位槽上铣出焊接坡口。

步骤4、选用invar 36低膨胀合金的管材来制作支撑管3，根据要求落料后，铣准两端管口，注意管口平面与管材中心线的垂直度，并在每根支撑管上留下一个Φ2mm的焊接通气孔。

步骤5、利用上下连接圆盘2上的定位槽定位焊接位置，焊接上连接圆盘2、下连接圆盘4、支撑管3。为了保证组装的精度，在焊接过程中，可以先用点焊固定三个零件，检验上下平面的平行度和同轴度，待基本合格后，再将三个零件焊接牢固，焊缝打磨平整。

步骤6、在立式车床上对精度工艺适配器做半精车和精车，直到最后实测至少达到下列要求：上连接圆盘2和下连接圆盘4的外圆圆度和同轴度优于0.03mm，上下两平面的平面度和平行度优于0.05mm。

步骤7、在上、下连接圆盘的上、下平面上用高强度结构胶将精度修正垫片1胶接，其中上连接圆盘2的上平面胶接4块，按90°均布；下连接圆盘4的下平面胶接8块，按45°均布。经过24小时固化后，在精度修正垫片1的上、下平面处进行精度修正，所述精度修正采用人工铲刮研磨的方法进行。最后实测达到上、下两连接面平面度优于0.015mm，平行度优于0.03mm，粗糙度为0.0016。

步骤8、利用高精度加工中心，钻准上下连接面的连接孔。

步骤9、最后进行表面处理。对上下连接面、上下连接圆盘的外圆和连接孔进行保护，其余部位喷塑处理。

通过上述制造方法可得到本发明的精度工艺适配器。

本发明具有以下优点：

1、本发明的精度工艺适配器采用了焊接结构，由上下连接圆盘和四根圆管焊接成型，再通过组合加工，达到精度要求。这样的结构比较容易加工，并且重量轻，制造成本低，配合invar 36合金的应用，在保证适配器刚度和精度的情况下，满足了400mm的高度要求。

2、本发明的精度工艺适配器在上下连接盘之间只有4根立柱，与传统的适配器结构相比，整个侧面基本无遮挡，操作空间开阔，便于进行卫星底部电缆插头插拔、热控多层包覆等操作。

3、本发明的精度工艺适配器采用精度修正垫片作为工艺适配器的连接面，这一方式减少了连接面的接触面积，减少了生产的工作量，降低了生产难度，提高了产品质量，降低了成本，而且便于将来进行精度修正。

4、本发明的精度工艺适配器的主体部分采用invar36低膨胀合金材料制成，该材料具有极高的耐蚀性与耐磨性，具有较高的强度与硬度，有力地保证了精度稳定性能和使用性能，大大提高了新型精度工艺适配器的抗变形能力。

本发明的精度工艺适配器可用于卫星的精度测量、整星装配、组合加工及各类卫星地面试验。

Claims (9)

1.一种卫星用的精度工艺适配器，其特征在于，包括精度修正垫片(1)、上连接圆盘(2)、支撑管(3)以及下连接圆盘(4)；其中，

所述的上连接圆盘(2)与下连接圆盘(4)通过所述支撑管(3)连接在一起，在所述的上连接圆盘(2)的上表面粘贴有精度修正垫片，而在下连接圆盘(4)的下表面粘贴有精度修正垫片；

所述的上连接圆盘(2)、下连接圆盘(4)都是采用invar36低膨胀合金板型材料制成的圆环；所述上连接圆盘(2)和下连接圆盘(4)的外圆圆度和同轴度优于0.03mm；通过所述支撑管(3)连接后，所述上连接圆盘(2)、下连接圆盘(4)所形成的上下两平面的平面度和平行度优于0.05mm。

2.根据权利要求1所述的卫星用的精度工艺适配器，其特征在于，所述上连接圆盘(2)和下连接圆盘(4)所形成的圆环的尺寸为Φ720/540×15mm。

3.根据权利要求1所述的卫星用的精度工艺适配器，其特征在于，在所述上连接圆盘(2)上安装了四块精度修正垫片且这些精度修正垫片在上连接圆盘(2)上成90°均布，在所述下连接圆盘(4)上安装有八块精度修正垫片，这些精度修正垫片按45°均布。

4.根据权利要求2所述的卫星用的精度工艺适配器，其特征在于，所述的精度修正垫片(1)2A12T4硬铝合金制成。

5.根据权利要求1所述的卫星用的精度工艺适配器，其特征在于，所述支撑管(3)至少有3个，采用invar36低膨胀合金板型材料制成。

6.一种权利要求1-5之一所述的卫星用的精度工艺适配器的制造方法，包括：

步骤1)、选取12块2mm厚且厚薄均匀、表面平整的2A12T4硬铝合金片材料，落料成型，修锉毛刺和圆角，作为精度修正垫片1)；

步骤2)、选用invar36低膨胀合金的板料来制作所述上连接圆盘(2)和下连接圆盘(4)；

步骤3)、在待焊接的上连接圆盘(2)下平面、下连接圆盘(4)上平面与支撑管(3)焊接的位置上，铣出3mm深的支撑管焊接用定位槽，注意与支撑管外径的配合尺寸，并在定位槽上铣出焊接坡口；

步骤4)、选用invar36低膨胀合金的管材来制作支撑管(3)，根据要求落料后，铣准两端管口，注意管口平面与管材中心线的垂直度，并在每根支撑管上留下一个Φ2mm的焊接通气孔；

步骤5)、利用所述上连接圆盘(2)、下连接圆盘(4)上的定位槽定位焊接位置，焊接上连接圆盘(2)、下连接圆盘(4)、支撑管(3)；

步骤6)、在立式车床上对精度工艺适配器做半精车和精车，直到最后实测至少达到下列要求：上连接圆盘(2)和下连接圆盘(4)的外圆圆度和同轴度优于0.03mm，上下两平面的平面度和平行度优于0.05mm

步骤7)、在上、下连接圆盘的上、下平面上用高强度结构胶将步骤1)得到的精度修正垫片(1)胶接，其中上连接圆盘(2)的上平面胶接4块，按90°均布；下连接圆盘(4)的下平面胶接8块，按45°均布；经过24小时固化后，在精度修正垫片(1)的上、下平面处进行精度修正，最后实测达到上、下两平面平面度优于0.015mm，平行度优于0.03mm，粗糙度为0.0016mm；

步骤8)、利用高精度加工中心，钻准上下平面的连接孔；

步骤9)、最后进行表面处理，对上下平面、上下连接圆盘的外圆和连接孔进行保护，其余部位喷塑处理。

7.根据权利要求6所述的卫星用的精度工艺适配器的制造方法，其特征在于，所述的步骤2)包括：

步骤2-1)、对所述invar36低膨胀合金落料后，经过粗车和半精车形成所述上连接圆盘(2)和下连接圆盘(4)的基本形状，且在外圆和厚度方向留适当余量；

步骤2-2)、采用两次高、低温处理来消除应力，其中，所述高温处理是将材料在温度为215°的恒温烘箱中处理，所述低温处理是在温度为-118°的低温箱中进行处理。

8.根据权利要求6所述的卫星用的精度工艺适配器的制造方法，其特征在于，在所述的步骤5)中，所述焊接包括：

步骤5-1)、先用点焊固定所述上连接圆盘(2)、下连接圆盘(4)、支撑管(3)，检验上下平面的平行度和同轴度；

步骤5-2)、待基本合格后，再将所述上连接圆盘(2)、下连接圆盘(4)、支撑管(3)焊接牢固，焊缝打磨平整。

9.根据权利要求6所述的卫星用的精度工艺适配器的制造方法，其特征在于，在所述的步骤7)中，所述精度修正采用人工铲刮研磨的方法进行。