CN107186481B - 卫星用天线框架波导安装孔加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卫星用天线框架波导安装孔加工方法，本发明采用所述成型刀具对波导孔进行一体化加工，保证了销孔段与螺孔段的同轴度；采用所述支撑装夹装置，“以撑代压”，最大程度减少了铣面时由装夹力引入的变形误差。采用本发明提出的工艺方法及附属装置，提高了天线框架波导安装孔的加工效率、精度及可靠性。解决卫星用天线框架高精度波导孔加工时质量可靠性无法保证等问题，提供一种可靠的波导孔机加工工艺方法，使波导孔的加工合格率达到100％。

Description

卫星用天线框架波导安装孔加工方法
技术领域
本发明涉及一种卫星用天线框架波导安装孔加工方法。
背景技术
某型号卫星上使用的天线框架，是以碳纤维为主体的胶接结构件，其中一个面为波导器件安装面，波导面上1700×1100mm范围内均布有约200个相同结构的波导安装孔(以下简称波导孔)。为保证整星装配时波导器件的安装精度，组件状态对波导孔的尺寸及形位精度要求较高，单个波导孔的结构请参阅图1，销孔段孔径及孔深精度要求较高，并且销孔与螺纹底孔的同轴度≤0.05。
但是，传统的顺次加工方法很难保证该特征的精度要求，一方面，销孔段为平底孔，由于镗削的工艺方法不能清根，只能采用套铣的方式加工，加工精度不易保证；另一方面，由于温度变化会引起机床原点漂移、导轨的反向间隙使机床在较大尺寸范围尺度上(2000mm)重复定位精度往往较差等因素，极易导致销-螺孔的同轴度超差；此外，由于框架纵梁刚性较差，在1700×1100mm范围内保证所有孔的深度公差在0.04以内，有一定的实施难度。
因此，从加工效率和质量可靠性出发，亟需开发一种满足天线框架波导安装孔精度要求的工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星用天线框架波导安装孔加工方法，能够解决卫星用天线框架高精度波导孔加工时质量可靠性无法保证等问题。
为解决上述问题，本发明提供一种卫星用天线框架波导安装孔加工方法，包括：
铣面时利用支撑装夹装置，采用“以撑代压”的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度；
对成型刀具进行试切试验，确定切削参数和深度方向进给量；
利用成型刀具对波导安装孔进行加工，产品上的波导孔精加工时，依据试件表面与产品波导面的高度差进行补偿。
进一步的，在上述方法中，所述成型刀具，采用平底两齿两段刃，同轴度优于0.025。
进一步的，在上述方法中，所述成型刀具的材料采用硬质合金基体、TiN涂层。
进一步的，在上述方法中，所述成型刀具为阶梯钻，精加工时，销孔段与螺纹底孔一体加工成型。
进一步的，在上述方法中，所述支撑装夹装置包括基体、支撑用内六角螺钉M8、固定用内六角螺钉M12和缓冲垫片，其中，所述基体上有沉孔结构，由所述固定用内六角螺钉M12固定在机床工作台面，所述基体中间开槽，避让出天线框架的纵梁。所述基体1两侧有螺纹孔，配合所述支撑用内六角螺钉M8及缓冲垫片，将纵梁支撑固定。
进一步的，在上述方法中，确定切削参数和深度方向进给量，包括：
采用三爪内径千分尺和平底深度千分尺测量孔径、孔深，确定切削参数和深度方向进给量，并打表测量所述试件与天线框架的波导面的高度差，其中，孔径测量采用三爪内径千分尺和通止销；销孔深度测量采用平底深度千分尺。
进一步的，在上述方法中，铣面时利用支撑装夹装置，采用“以撑代压”的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度中，所述天线框架纵梁侧面及上表面均支有杠杆百分表，以此控制装夹变形。
进一步的，在上述方法中，铣面时利用支撑装夹装置，采用“以撑代压”的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度，包括：
使用专用装夹工装支撑，利用
Figure BDA0001305577950000031
金刚石镶片立铣刀铣波导面，控制平面度优于0.02。
进一步的，在上述方法中，对成型刀具进行试切试验，确定切削参数和深度方向进给量，包括：
准备与埋件相同材料的试件，固定在机床台面，将上表面铣出，打表测量试件表面与产品波导面的高度差并记录；利用专用阶梯钻试切，确定出合适的加工参数。
进一步的，在上述方法中，利用成型刀具对波导安装孔进行加工，产品上的波导孔精加工时，依据试件表面与产品波导面的高度差进行补偿，包括：
产品上加工波导孔时，分粗精加工，粗加工时采用多次套钻的方式；
精加工时采用阶梯钻一体加工成型，其中，产品上的波导孔精加工时，不再单独对刀，而是依据试件表面与产品波导面的高度差进行补偿，从而避免了对刀误差。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本工艺方法能避免由机床原点漂移、定位误差引起的锥孔与螺孔同轴度误差；本工艺方法省去了在产品上重新对刀的步骤，避免了多次对刀引入的对刀误差；本发明提到的一体成型方法提高了加工效率。此外，本工艺方法中提到的支撑工装，可最大限度地避免装夹变形引起的平面度超差。该工艺方法在某型号天线框架的精密加工中收到了很好的应用效果。
附图说明
图1是本发明一实施例的某卫星型号天线框架波导安装孔的结构示意图；
图2是本发明一实施例的波导孔加工专用复合阶梯钻示意图；
图3是本发明一实施例的天线框架装夹支撑专用工装示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种卫星用天线框架波导安装孔加工方法，包括：
铣面时利用支撑装夹装置，采用“以撑代压”的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度；
对成型刀具进行试切试验，确定切削参数和深度方向进给量；
利用成型刀具对波导安装孔进行加工，产品上的波导孔精加工时，不再单独对刀，而是依据试件表面与产品波导面的高度差进行补偿，从而避免了对刀误差。
在此，本发明采用所述成型刀具对波导孔进行一体化加工，保证了销孔段与螺孔段的同轴度；采用所述支撑装夹装置，“以撑代压”，最大程度减少了铣面时由装夹力引入的变形误差。采用本发明提出的工艺方法及附属装置，提高了天线框架波导安装孔的加工效率、精度及可靠性。解决卫星用天线框架高精度波导孔加工时质量可靠性无法保证等问题，提供一种可靠的波导孔机加工工艺方法，使波导孔的加工合格率达到100％。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，所述成型刀具，采用平底两齿两段刃，同轴度优于0.025。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，所述成型刀具的材料采用硬质合金基体、TiN涂层。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，所述成型刀具为阶梯钻，精加工时，销孔段与螺纹底孔一体加工成型，从而保证销孔与螺孔的同轴度。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，所述支撑装夹装置包括基体、支撑用内六角螺钉M8、固定用内六角螺钉M12和缓冲垫片，其中，所述基体上有沉孔结构，由所述固定用内六角螺钉M12固定在机床工作台面，所述基体中间开槽，避让出天线框架的纵梁。所述基体1两侧有螺纹孔，配合所述支撑用内六角螺钉M8及缓冲垫片，将纵梁支撑固定。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，保证铣削的平面度中，保证铣削的平面度优于0.02。在此，通过设计专用装夹工装，铣面装夹时“以撑代压”，保证1700×1100mm范围内所有波导点组成的平面度优于0.02；从而可以控制销孔的深度尺寸。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，确定切削参数和深度方向进给量，包括：
采用三爪内径千分尺和平底深度千分尺测量孔径、孔深，确定切削参数和深度方向进给量，并打表测量所述试件与天线框架波导面的高度差，其中，孔径测量采用三爪内径千分尺和通止销；销孔深度测量采用平底深度千分尺。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，铣面时利用支撑装夹装置，采用“以撑代压”的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度中，所述天线框架纵梁侧面及上表面均支有杠杆百分表，以此控制装夹变形。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，铣面时利用支撑装夹装置，采用“以撑代压”的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度，包括：
使用专用装夹工装支撑，利用
Figure BDA0001305577950000061
金刚石镶片立铣刀铣波导面，控制平面度优于0.02。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，对成型刀具进行试切试验，确定切削参数和深度方向进给量，包括：
准备与埋件相同材料的试件，固定在机床台面，将上表面铣出，打表测量试件表面与产品波导面的高度差并记录；利用专用阶梯钻试切，确定出合适的加工参数。
本发明的卫星用天线框架波导安装孔加工方法一实施例中，利用成型刀具对波导安装孔进行加工，产品上的波导孔精加工时，依据试件表面与产品波导面的高度差进行补偿，包括：
产品上加工波导孔时，分粗精加工，粗加工时采用多次套钻的方式；
精加工时采用阶梯钻一体加工成型，其中，产品上的波导孔精加工时，不再单独对刀，而是依据试件表面与产品波导面的高度差进行补偿，从而避免了对刀误差。
请参阅图1，为某卫星型号天线框架波导安装孔的典型结构示意图，该特征共200组均布在1700×1100mm范围内的10条纵梁上。埋件为铝合金，外部主体为碳纤维复合材料，整体厚度约为8mm，要求波导孔不能打穿埋件。下面结合附图，对波导孔加工的工艺方法及附属装置设计详述如下：
1.成型刀具设计
为了保证销孔段与螺孔段的同轴度，设计了专用复合阶梯钻。请参阅图2，阶梯钻分为两部分切削刃(
Figure BDA0001305577950000071
和
Figure BDA0001305577950000072
)，均为2齿结构，并且底部
Figure BDA0001305577950000073
段设计为平底结构，在保证螺纹底孔深度的同时使埋件厚度余量尽量充裕。
Figure BDA0001305577950000074
段长度的精度要求为0.02，方便对刀；上、下刃的同轴度为
Figure BDA0001305577950000075
为防止因刀具磨损引起的尺寸超差，本刀具材料选用硬质合金基体、TiN涂层。
2.支撑工装
为保证波导面铣削加工完成后的平面度能优于0.02，装夹时应最大程度避免由于夹紧力引起的装夹变形，为此，提出了“以撑代压”的装夹方法，并设计了专用装夹支撑工装。
请参阅图3，所述支撑工装具体结构包括基体1，设置于所述基体1的两侧的支撑用内六角螺钉2，设置于所述基体1下部的固定用内六角螺钉3，缓冲垫片4。所述基体1上有沉孔结构，由所述固定用内六角螺钉3(M12)固定在机床工作台面。所述基体1中间开槽，避让出天线框架的纵梁。所述基体1两侧有螺纹孔，配合所述支撑用内六角螺钉2(M8)及缓冲垫片4，将纵梁支撑固定。所述缓冲垫片4是为了保护纵梁侧壁不被螺钉压伤。
3.装夹方法
由于天线框架纵梁刚性较差，因此所述“以撑代压”装夹方法最重要一步是打表装夹。当旋转两侧支撑用内六角螺钉2固定天线框架纵梁时，纵梁侧面及上表面均支有杠杆百分表，对装夹中引入的变形量实时监控，最大变形控制在0.02以内。
4.具体工艺流程
(1)铣波导面：由于波导面同时存在铝合金和碳纤维两种物理属性不同的材料，为避免刀具过快磨损及发热严重，故选用
Figure BDA0001305577950000081
金刚石镶片刀，控制平面度0.02。
(2)准备铝合金试件装夹于工作台面，并将上表面铣出，打表测量该试件表面至天线框架波导面的高度差H，并记录。
(3)本工步在试件和产品上同时执行：
先用
Figure BDA0001305577950000082
钻头钻底孔，深度≥7.4(1.8+5.6)，钻为7.5，这样可以避免复合阶梯钻底刃参与切削引起的振动；
然后用
Figure BDA0001305577950000083
立铣刀铣出平底；
然后用
Figure BDA0001305577950000084
立铣刀铣上端销孔至
Figure BDA0001305577950000085
深度控制如下：试件上其中10个孔深度铣至4(便于用三爪内径千分尺测量孔径)，试件上另外10个孔及产品上的孔深度铣至中间公差1.78。
(4)打表复测天线框架波导面的平面度，应满足0.02。
(5)本工步在试件执行：自端面对刀后，用阶梯钻直接钻到位；其中10个总深钻为9.1(3.5销段+5.6螺孔段)，另外10个总深钻为7.37(1.77销段+5.6螺孔段)；
说明：用阶梯钻加工销孔段时，为避免底齿铣削引起的加工振动，加工深度较底孔
Figure BDA0001305577950000086
抬高0.01。
(6)用三爪内径千分尺测量孔径，用平底深度千分尺测量销孔深度是否满足要求，以此确定深度方向进给量Z。
(7)本工步在产品上执行：按照试切出的参数，用阶梯钻直接钻到位，深度方向的进给量为Z+H，将全部波导孔加工出。
进一步的，
本方法利用
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本工艺方法能避免由机床原点漂移、定位误差引起的锥孔与螺孔同轴度误差；本工艺方法省去了在产品上重新对刀的步骤，避免了多次对刀引入的对刀误差；本发明提到的一体成型方法提高了加工效率。此外，本工艺方法中提到的支撑工装，可最大限度地避免装夹变形引起的平面度超差。该工艺方法在某型号天线框架的精密加工中收到了很好的应用效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种卫星用天线框架波导安装孔加工方法，其特征在于，包括：
铣面时利用支撑装夹装置，采用“ 以撑代压” 的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度；所述支撑装夹装置包括基体、支撑用内六角螺钉M8、固定用内六角螺钉M12和缓冲垫片，其中，所述基体上有沉孔结构，由所述固定用内六角螺钉M12 固定在机床工作台面，所述基体中间开槽，避让出天线框架的纵梁，所述基体两侧有螺纹孔，配合所述支撑用内六角螺钉M8 及缓冲垫片，将纵梁支撑固定；
对成型刀具进行试切试验，确定切削参数和深度方向进给量，具体为：准备与埋件相同材料的试件，固定在机床台面，将上表面铣出，打表测量试件表面与产品波导面的高度差并记录；利用专用阶梯钻试切，确定出合适的加工参数；所述成型刀具为阶梯钻，采用平底两齿两段刃，同轴度优于0.025；
产品上加工波导孔时，分粗精加工，粗加工时采用多次套钻的方式；精加工时销孔段与螺纹底孔采用阶梯钻一体加工成型，其中，产品上的波导孔精加工时，不再单独对刀，而是依据试件表面与产品波导面的高度差进行补偿，从而避免了对刀误差。
2.如权利要求1 所述的卫星用天线框架波导安装孔加工方法，其特征在于，所述成型刀具的材料采用硬质合金基体、TiN 涂层。
3.如权利要求1 所述的卫星用天线框架波导安装孔加工方法，其特征在于，
确定切削参数和深度方向进给量，包括：
采用三爪内径千分尺和平底深度千分尺测量孔径、孔深，确定切削参数和深度方向进给量，并打表测量所述试件与天线框架的波导面的高度差，其中，孔径测量采用三爪内径千分尺和通止销；销孔深度测量采用平底深度千分尺。
4.如权利要求3 所述的卫星用天线框架波导安装孔加工方法，其特征在于，铣面时利用支撑装夹装置，采用“ 以撑代压” 的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度中，所述天线框架纵梁侧面及上表面均支有杠杆百分表，以此控制装夹变形。
5.如权利要求1 所述的卫星用天线框架波导安装孔加工方法，其特征在于，铣面时利用支撑装夹装置，采用“ 以撑代压” 的装夹方法打表装夹，保证铣削的平面度，包括：
使用专用装夹工装支撑，利用φ 20 金刚石镶片立铣刀铣波导面，控制平面度优于0.02。
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