CN106134332B - 卫星质量特性直角测量装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星质量特性直角测量装置的制造方法，该装置中的主要部件采用铸造铝合金制造，包括：(1)对铸造件进行回火处理消除铸造应力；(2)对铸造件进行粗加工；(3)进行一次除应力处理，粗加工和除应力处理后，进行介于粗加工和精加工之间的半精加工；(4)进行一次稳定化处理，再进行精加工；(5)进行硬质阳极化处理。本发明解决了卫星质量特性直角测量装置制造和测试精度等问题，取得了转动惯量的测量精度由0.5％提高到0.15％，转动惯量的测量时间由2.5天缩短到0.5天的有益效果。

Description

卫星质量特性直角测量装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种卫星质量特性直角测量装置的制造方法。

背景技术

卫星质量特性是通过对卫星各个舱段及卫星整星的质量特性，如对卫星质量、质心位置、转动惯量和惯性积的测试，获得准确的舱段与整星的质量特性数据，从而提高卫星整星质量特性数据的精度，为运载火箭和卫星姿态控制系统提供精确的输入数据。

目前，国内外测量卫星质量特性的试验装置主要采用卫星质量特性L型梁测试工装和其他工装组合进行测试的，有框式工装、垂直工装和其他辅助工装等。通常，绕X轴和绕Y轴转动的转动惯量的测量，采用框式工装加上L型梁测试工装来实现。

采用L型梁测试工装测量卫星质量特性，调节质心位置需移动过渡圆盘，通常先将L型梁测试工装或L型梁测试工装与卫星组合体，从质心测试台起吊至地面，采用手工将过渡圆盘移至指定位置，过渡圆盘移动到位后，再将L型梁测试工装或L型梁测试工装与卫星组合体起吊至质心测试台上，操作过程费时又费力，尤其是质心位置的调节不易操作，多次起吊还会给卫星带来不安全性，严重时卫星将遭受损坏。

采用L型梁测试工装和框式工装组合测量卫星的质量特性。框式工装由两块很大的不锈钢板加上四根大梁组成一个门框形的结构，在四根大梁上还有两个与卫星相连接的工装。由于框式工装体积较大，且采用不锈钢材料制造，重量也非常重；框式工装质心位置是不能调节的，在框式工装上安装卫星操作不方便。测量卫星质量特性时通常要用1～2个框式工装。在框式工装上安装卫星要先拆去两根大梁，然后安装卫星，再安装保护支架，重新装上两根大梁，最后将框式工装连同卫星一起吊装到L型梁测试工装上。由于框式工装自身的转动惯量也很大，所以测量得到的卫星转动惯量的误差相对就很大。因此，用不锈钢制造的框式工装测量卫星的转动惯量精度不是很高。

由于上述现有技术利用框式工装测量卫星的质量特性存在着不足，特别是对质心位置的调节存在着不足，我们提出了一种可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置(已另案申请专利)，该装置包括：Y方向导轨与X方向导轨通过直角支架连接；Y方向导轨上安装有Y轴方向移动圆盘；X方向导轨上安装有X轴方向移动圆盘；X轴方向移动圆盘上安装有卫星垂直连接工装，卫星垂直连接工装的中心轴与X轴方向移动圆盘上的中心定位轴重合；卫星垂直连接工装的上平面安装被测试卫星，下平面与X轴方向移动圆盘相连接，通过中心定位轴调节并固定卫星质心位置。

上述Y轴方向移动圆盘、直角支架、X轴方向移动圆盘和卫星垂直连接工装四个部件都采用铸造铝合金制造。为保证卫星质量特性测试的精度，上述部件的制造工艺方法至关重要；但是，在上述专利申请中，没有涉及该装置的制造方法，尤其是制造过程中，上述卫星垂直连接工装的动、静平衡测量与调整的方法，对该装置的测量精度起到至关重要的作用。

发明内容

为了解决上述卫星质量特性直角测量装置的制造和测试精度问题，本发明的目的在于提供一种卫星质量特性直角测量装置的制造方法，利用本发明，使得这种直角测量装置的测试精度和测试速度得到提高。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种卫星质量特性直角测量装置的制造方法，该装置中的Y轴方向移动圆盘、直角支架、X轴方向移动圆盘和卫星垂直连接工装采用铸造铝合金制造，其加工过程包括如下步骤：

(1)对铸造件进行回火处理消除铸造应力，回火温度为720℃左右，时间为6小时，随炉冷却24小时后取出产品；

(2)对铸造件进行粗加工，从铸造件上切削去除多余的加工余量，并放4～5mm的加工余量，达到初步的加工精度和较低的加工光洁度；

(3)粗加工后，进行一次除应力处理；粗加工和除应力处理后，进行介于粗加工和精加工之间的半精加工；

(4)半精加工后进行一次稳定化处理，再进行精加工；

(5)进行硬质阳极化处理。

上述卫星垂直连接工装加工后还要进行动、静平衡测量与调整，包括如下的步骤：

步骤1，吊装卫星垂直连接工装，利用定位销轴将卫星垂直连接工装安装在E5立式动平衡机上，并用内六角螺钉固定；开动E5立式动平衡机，在50转/分运行状态下进行静平衡的测量与调整；反复进行三次测量与调整，保证卫星垂直连接工装与E5立式动平衡机旋转轴线合一，使卫星垂直连接工装的质心轴可由E5立式动平衡机的旋转轴来替代；

步骤2，用力矩-力偶平衡测量与调整的方法进行动、静平衡测量，采用去重法调整，即对卫星垂直连接工装去除不平衡质量；E5立式动平衡机的转速为250转/分，使卫星垂直连接工装的残余偶不平衡量≤30kgmm²，偏心e≤0.008mm；

步骤3，动、静平衡测量与调整后，进行硬质阳极化处理。

卫星垂直连接工装经过加工和动、静平衡测量与调整后，上、下平面的平面度达到0.012mm，平行度达到0.016mm，中心定位孔Φ50，精度达到0.01mm，偏心e≤0.008mm。

上述的直角支架在精加工X方向移动导轨和Y方向移动导轨时，采用反复测量和修正加工相结合的方法，使X方向和Y方向移动导轨的同轴度的精度和光洁度精度分别达到0.01mm和0.4μm。

本发明卫星质量特性直角测量装置的制造方法，由于采取了上述的技术方案，因此解决了直角测量装置的制造和测试精度问题，取得了质量降低、自身的转动惯量是框式工装转动惯量的1/4和对卫星质心位置调节简单并操作轻便等有益效果。经实际使用，其转动惯量的测试精度由原来的0.5％提高到0.15％，测试时间由2.5天缩短到0.5天。

附图说明

下面结合附图说明和具体实施方式对卫星质量特性直角测量装置的制造方法作进一步说明。

卫星质量特性直角测量装置结构示意图如图1所示，由Y轴方向移动圆盘1、直角支架2、X轴方向移动圆盘3、中心定位轴4、卫星垂直连接工装5、被测试卫星6和配重块7组成。

具体实施方式

图1是一种卫星质量特性直角测量装置(已另案申请专利)的结构示意图，如图1的实施例所示，该装置包括：

垂直方向设置有Y轴方向移动圆盘1，其水平方向设置有X轴方向移动圆盘3，分别通过导轨与直角支架2连接。X轴方向移动圆盘3上安装有卫星垂直连接工装5，卫星垂直连接工装5的中心轴与X轴方向移动圆盘3的中心定位轴4重合。Y轴方向移动圆盘1的顶部具有一个配重块7。卫星垂直连接工装5的上平面安装被测试卫星6，下平面与X轴方向移动圆盘3相连接，通过中心定位轴4调节并固定卫星质心位置。

被测试卫星6安装在卫星垂直连接工装5上，利用Y轴方向移动圆盘1在Y轴方向的移动和X轴方向移动圆盘3在X轴方向的移动，实现对卫星质心的调节。测量卫星质量特性时，将本发明的卫星质量特性直角测量装置连接到L型梁测试工装上，通过L型梁测试工装主轴的转动，使卫星质量特性直角测量装置绕L型梁测试工装主轴转动，当卫星转动到指定角度时，锁定L型梁测试工装的旋转机构，利用转动惯量测试台可测出可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置和卫星组合体的转动惯量。旋转L型梁测试工装到各种不同的角度，还可以测量可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置和卫星组合体在各种不同角度的转动惯量，由此测得卫星的转动惯量和惯性积。

下面，结合附图对本发明一种卫星质量特性直角测量装置的制造方法进行详细的描述。

上述卫星质量特性直角测量装置中，Y轴方向移动圆盘1、直角支架2、X轴方向移动圆盘3和卫星垂直连接工装5四个部件都采用铸造铝合金制造。铸造铝合金质量轻，质量只有不锈钢的1/3；其特点是：切削加工性能好，不易变形，易加工，自身转动惯量下降近70％。

上述四个部件的加工过程包括如下步骤：

(1)先对铸造件进行回火处理消除铸造应力，回火温度为720℃左右，时间为6小时，随炉冷却24小时后取出产品；

(2)对铸造件进行粗加工，从铸造件上切削去除多余的加工余量，并放4～5mm的加工余量，达到初步的加工精度和较低的加工光洁度；

(3)粗加工后，进行一次除应力处理；粗加工和除应力处理后，进行介于粗加工和精加工之间的半精加工，使粗加工的加工精度能得到保证；

(4)半精加工后进行一次稳定化处理，再进行精加工；精加工对各档尺寸的加工精度均要达到设计要求；

(5)进行硬质阳极化处理。加工后采用硬质阳极化处理，可克服铸铝不耐磨的缺陷，使表面硬度大大提高。

为保证卫星垂直连接工装5的质心与下平面中心定位孔的中心相重合，卫星垂直连接工装5加工后还要进行动、静平衡测量与调整。卫星垂直连接工装5的动、静平衡测量与调整按以下步骤进行：

步骤1，吊装卫星垂直连接工装5，利用定位销轴将卫星垂直连接工装5安装在E5立式动平衡机上，并用4个M12×50mm的内六角螺钉固定；开动E5立式动平衡机，在50转/分运行状态下进行静平衡的测量与调整；反复进行三次测量与调整，保证卫星垂直连接工装5与E5立式动平衡机旋转轴线合一，使卫星垂直连接工装5的质心轴可由E5立式动平衡机的旋转轴来替代。

步骤2，用力矩-力偶平衡测量与调整的方法进行动、静平衡测量，采用去重法调整，即对卫星垂直连接工装5去除不平衡质量。E5立式动平衡机的转速为250转/分，使卫星垂直连接工装5的残余偶不平衡量≤30kgmm²，偏心e≤0.008mm。

步骤3，动、静平衡测量与调整后，进行硬质阳极化处理，克服铸铝不耐磨的缺陷，使表面硬度大大提高。

卫星垂直连接工装5经过加工和动、静平衡测量与调整后，上、下平面的平面度达到0.012mm，平行度达到0.016mm，中心定位孔Φ50，精度达到0.01mm，偏心e≤0.008mm。

上述的直角支架2是可调质心位置的卫星质量特性直角测量装置的关键件，为保证X方向和Y方向移动导轨具有较高的同轴度的精度和光洁度精度；在精加工X方向移动导轨和Y方向移动导轨时，采用反复测量和修正加工相结合的方法，使X方向和Y方向移动导轨与中心定位轴轴线的平行度达到0.01mm移动导轨表面光洁度达到0.4μm。

本发明具有的有益效果：

1、提高了卫星的安全。

2、工装自身转动惯量的减少，提高了卫星测量精度。

3、适应不同体积大小的卫星的使用。

4、操作过程方便、可以节省试验的时间和人力。

Claims (4)

1.一种卫星质量特性直角测量装置的制造方法，包括：Y轴方向移动圆盘、直角支架、X轴方向移动圆盘和卫星垂直连接工装；其特征在于：所述的Y轴方向移动圆盘、直角支架、X轴方向移动圆盘和卫星垂直连接工装采用铸造铝合金制造，其加工过程包括如下的步骤：

(1)对铸造件进行回火处理消除铸造应力，回火温度为720℃左右，时间为6小时，随炉冷却24小时后取出产品；

(2)对铸造件进行粗加工，从铸造件上切削去除多余的加工余量，并放4～5mm的加工余量，达到初步的加工精度和较低的加工光洁度；

(3)粗加工后，进行一次除应力处理；粗加工和除应力处理后，进行介于粗加工和精加工之间的半精加工；

(4)半精加工后进行一次稳定化处理，再进行精加工；

(5)进行硬质阳极化处理；

(6)通过直角支架连接Y方向导轨与X方向导轨；Y方向导轨上安装有Y轴方向移动圆盘；X方向导轨上安装有X轴方向移动圆盘；X轴方向移动圆盘上安装有卫星垂直连接工装，卫星垂直连接工装的中心轴与X轴方向移动圆盘上的中心定位轴重合；卫星垂直连接工装的上平面安装被测试卫星，下平面与X轴方向移动圆盘相连接，通过中心定位轴调节并固定卫星质心位置。

2.如权利要求1所述的直角测量装置的制造方法，其特征在于：所述的卫星垂直连接工装加工后还要进行动、静平衡测量与调整，包括如下的步骤：

步骤1，吊装卫星垂直连接工装，利用定位销轴将卫星垂直连接工装安装在E5立式动平衡机上，并用内六角螺钉固定；开动E5立式动平衡机，在50转/分运行状态下进行静平衡的测量与调整；反复进行三次测量与调整，保证卫星垂直连接工装与E5立式动平衡机旋转轴线合一，使卫星垂直连接工装的质心轴可由E5立式动平衡机的旋转轴来替代；

步骤2，用力矩-力偶平衡测量与调整的方法进行动、静平衡测量，采用去重法调整，即对卫星垂直连接工装去除不平衡质量；E5立式动平衡机的转速为250转/分，使卫星垂直连接工装的残余偶不平衡量≤30kgmm²，偏心e≤0.008mm：

步骤3，动、静平衡测量与调整后，进行硬质阳极化处理。

3.如权利要求1或2所述的直角测量装置的制造方法，其特征在于：所述的卫星垂直连接工装经过加工和动、静平衡测量与调整后，上、下平面的平面度达到0.012mm，平行度达到0.016mm，中心定位孔Φ50，精度达到0.01mm，偏心e≤0.008mm。

4.如权利要求1所述的直角测量装置的制造方法，其特征在于：所述的直角支架在精加工X方向移动导轨和Y方向移动导轨时，采用反复测量和修正加工相结合的方法，使X方向和Y方向移动导轨与中心定位轴轴线的平行度达到0.01mm移动导轨表面光洁度达到0.4μm。