CN107234393B - 四臂螺旋天线的加工工装 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供一种用于四臂螺旋天线的加工工装，包括折弯工装、热处理工装以及焊接工装。所述折弯工装、热处理工装以及焊接工装在各自的加工工序中单独发挥作用，又在四臂螺旋天线的整个加工工序中共同促使四臂螺旋天线获得高精度可靠安装。本发明创造能够使得四臂螺旋天线在无基准的情况下实现精准折弯、定型、和安装定位。

Description

四臂螺旋天线的加工工装
技术领域
本发明属于微波产品制造技术领域，具体涉及四臂螺旋天线的加工工装。
背景技术
螺旋线，是实现微波能量放大的关键结构。螺旋的螺距，是辐射系统的一个重要参数，直接影响到天线的辐射特性和耦合阻抗，因此控制螺旋线绕制时的螺距精度对于天线的性能至关重要。四臂螺旋天线由四条螺旋线组合焊接在馈管上，四条螺旋线的相对位置，直接影响天线的轴比、增益及方向图，因此加工装备对四臂螺旋天线尤为重要。
四臂螺旋天线及其安装结构如图1所示，4条螺旋天线01均布在馈管02的四周，螺旋天线01的两端为呈180°对称的两个交错的直线段011，两个直线段011中间由跨越180°倾斜延伸的一段曲线段012一体连接，所述直线段011的两个端部分别固定于馈管02上。
例如，在研制某型号卫星GPS天线过程中，涉及到直径φ2的不锈钢丝(1Cr18Ni9TiQ)的螺旋类零件，螺旋天线无法从定型的工装上拆除、且直线段翘曲，强行拆除后折弯位置尺寸破坏，而且产品焊接过程中仅靠卡尺进行测量控制，焊接后的产品易产生上下异型、四条螺旋线不同心等缺陷，产品成品率极低。
现有用于对螺旋天线进行折弯的弯丝机折弯精度低、变形能力控制不足，需进行大量试验发现回弹规律控制变形，对于小批量产品而言经济性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一系列四臂螺旋天线的加工工装，能够使得四臂螺旋天线在无基准的情况下实现精准折弯、定型、和安装定位。
本发明创造首先提供了一种用于螺旋天线的芯轴，所述芯轴沿轴向分为至少3段，且通过跨越各段的螺钉进行连接；所述芯轴沿轴的两个端面上设有定位台，所述定位台的位置分别与螺旋天线的两个直线段的位置相匹配；所述芯轴外周的半个侧面上设有螺旋槽，所述螺旋槽的两端分别与两个所述定位台的两个相对的端部邻接，所述螺旋槽的位置与螺旋天线的曲线段的位置相匹配；所述芯轴的两个定位台和螺旋槽共同构成螺旋天线的结构通道。
进一步，所述定位台的高度大于所述螺旋天线的直径的1/2，所述螺旋槽的深度为所述螺旋天线的直径的1/2，所述芯轴沿轴向分为3段。
进一步，所述芯轴沿轴的两个端面上还设有能够用于与其他机构连接的连接孔，该连接孔可以为螺纹孔，数量优选为4个。
本发明创造还提供一种用于螺旋天线的折弯工装，所述折弯工装包括所述芯轴以及能够套装于所述芯轴之外的套筒，所述套筒的筒体上设有能够使所述芯轴压紧于筒体内侧壁的压紧装置。
进一步，所述压紧装置可以为至少一个可旋拧设置于所述套筒的筒体的螺纹通孔上的螺纹钉。所述螺纹钉优选地设置为两个。
本发明创造还提供一种用于螺旋天线的热处理工装，所述热处理工装所述芯轴以及一对盖板，所述盖板内侧设有凸台，所述凸台能够与所述芯轴的定位台匹配并形成容纳螺旋天线的直线段的通道；所述盖板上还设有压紧件，所述压紧件自侧面压紧芯轴使螺旋天线的直线段夹紧于定位台和凸台之间；所述盖板能够可拆卸固定于所述芯轴的端面上。
进一步，所述凸的高度等于或略小于螺旋天线的直径，优选地不小于螺旋天线的直径的1/2。
进一步，所述压紧件可以为可旋拧设置于所述盖板的螺纹通孔上的压紧螺钉。
进一步，所述盖板能够通过与所述连接孔匹配的固定螺钉实现与所述芯轴的可拆卸固定。
本发明创造还提供一种用于四臂螺旋天线的焊接工装，所述焊接工装包括焊接上工装和焊接下工装两部分；所述焊接上工装的底部中央设有用于固定馈管的沉头孔，所述沉头孔外周呈十字均布有4个用于固定螺旋天线的直线段的上条形槽，所述沉头孔内中央开设固定通孔，所述沉头孔内四周均布4个焊接工艺通孔，所述上条形槽的一端分别与所述焊接工艺通孔连通，另一端分别设有上折弯通孔；所述焊接上工装四周还设有上弧形侧壁，所述上弧形侧壁与所述上条形槽交错分布，所述上弧形侧壁的内弧所在圆的直径与螺旋天线的曲线段外周所在圆的直径相匹配；所述焊接下工装对称分为可拆卸连接的两个工装块，所述两个工装块拼合后，底部中央呈能够夹紧馈管的下通孔，所述下通孔外周呈十字均布有4个用于固定螺旋天线的直线段的下条形槽，所述下条形槽的一端分别与所述下通孔连通，另一端分别设有下折弯沉槽；所述焊接下工装四周还设有下弧形侧壁，所述下弧形侧壁与所述下条形槽交错分布，所述下弧形侧壁的内弧所在圆的直径与螺旋天线的曲线段外周所在圆的直径相匹配。
进一步，所述焊接下工装的两个工装块可以通过相互配合的卡钩或螺孔螺钉等实现可拆卸连接。
本发明创造还提供一种用于四臂螺旋天线的加工工装，包括所述折弯工装、热处理工装以及焊接工装。所述折弯工装、热处理工装以及焊接工装在各自的加工工序中单独发挥作用，又在四臂螺旋天线的整个加工工序中共同促使四臂螺旋天线获得高精度可靠安装。
相对于现有技术，本发明创具有以下优势：
(1)本发明创造解决的问题之一是螺旋天线的成型问题。对加工工装(折弯工装、热处理工装)尺寸进行微调，便可以得到不同螺距、螺旋升角的螺旋天线。螺旋天线从工装上拆除无约束，适用性广、通用性强。
(2)螺旋天线材料状态与目标状态一致，能够实现精准定型，避免加工变形。对于螺旋天线这类微波产品，批量较小，精度要求较高，加工工装(折弯工装、热处理工装)能够实现降低成本的同时保证质量，具有较高的合格率，适用于小批量加工。
(3)焊接工装保证了焊接前后螺旋天线的定型问题，提高了加工精度。
附图说明
本发明创造的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，附图中的相关工装装置仅作为示例性的参考，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为四臂螺旋天线及其安装结构示意图；
图2为芯轴结构示意图；
图3为折弯工装结构示意图；
图4为热处理工装结构示意图；
图5为芯轴的拆除过程示意图；
图6为焊接工装结构示意图；
图7为焊接工装与螺旋天线匹配状态的结构示意图。
01-螺旋天线；011-直线段；012-曲线段；02-馈管；100-芯轴；101-螺钉；102-定位台；103-螺旋槽；104-连接孔；200-套筒；201-筒体；202-螺纹钉；300-盖板；301-凸台；302-压紧件；303-固定螺钉；400-焊接上工装；401-沉头孔；402-上条形槽；403-固定通孔；404-焊接工艺通孔；405-上折弯通孔；406-上弧形侧壁；500-焊接下工装；501-下通孔；502-下条形槽；503-下折弯沉槽；504-下弧形侧壁。
具体实施方式
下面将参考附图来详细说明本发明创造。
本发明创造的四臂螺旋天线的加工工装，包括折弯工装(图3)、热处理工装(图4)以及焊接工装(图6)，所述折弯工装、热处理工装以及焊接工装在各自的加工工序中单独发挥作用，又在四臂螺旋天线的整个加工工序中共同促使四臂螺旋天线获得高精度可靠安装。
所述加工工装设有芯轴100(图2)，所述芯轴100可以分别作为折弯工装和热处理工装的一个有效部分。所述芯轴100沿轴向分为至少3段，且通过跨越各段的螺钉101进行连接；所述芯轴100沿轴的两个端面上设有定位台102，所述定位台102的位置分别与螺旋天线的两个直线段011的位置相匹配；所述芯轴100外周的半个侧面上设有螺旋槽103，所述螺旋槽103的两端分别与两个所述定位台102的两个相对的端部邻接，所述螺旋槽103的位置与螺旋天线的曲线段012的位置相匹配；所述芯轴100的两个定位台102和螺旋槽103共同构成螺旋天线的结构通道。
芯轴100的设置是保证螺旋天线加工精度的重要因素之一，在螺旋天线进行折弯和热处理的过程中，能够有效保证加工过程螺旋线在定位台102和螺旋槽103内不发生变形。另外，芯轴100沿轴的分段设置能够巧妙利用中间段可抽出的特点，避免了传统加工工艺中上下两端受螺旋天线直线段011及螺旋圆角(直线段011和曲线段012相接的转角部分)限制无法拆除或拆除损坏的现象。拆除过程如图5所示，螺钉101拆卸后，首先将芯轴100中间段抽离，然后芯轴100边缘的一段沿螺旋槽103的方向向下旋转一定距离，然后取下即可，这样即可避免螺旋天线直线段011及螺旋圆角对工装拆除的干涉。
进一步，所述定位台102的高度大于所述螺旋天线的直径的1/2，所述螺旋槽103的深度为所述螺旋天线的直径的1/2，所述芯轴100沿轴向分为3段。
进一步，所述芯轴100沿轴的两个端面上还设有能够用于与其他机构(如下面的盖板300)连接的连接孔104，该连接孔104可以为螺纹孔，数量优选为4个。
所述折弯工装包括所述芯轴100以及能够套装于所述芯轴100之外的套筒200(图3)，所述套筒200的筒体201上设有能够使所述芯轴100压紧于筒体201内侧壁的压紧装置。
进一步，所述压紧装置可以为至少一个可旋拧设置于所述套筒200的筒体201的螺纹通孔上的螺纹钉202。所述螺纹钉202通过旋拧调整深入所述套筒200内的深度，并将芯轴100自侧壁压紧于套筒200的筒体201内侧壁。所述螺纹钉202优选地设置为两个。
所述热处理工装所述芯轴100以及一对盖板300(图4)，所述盖板300内侧设有凸台301，所述凸台301能够与所述芯轴100的定位台102匹配并形成容纳螺旋天线的直线段011的通道；所述盖板300上还设有压紧件302，所述压紧件302自侧面压紧芯轴100使螺旋天线的直线段011夹紧于定位台102和凸台301之间；所述盖板300能够可拆卸固定于所述芯轴100的端面上。
进一步，所述凸台301的高度等于或略小于螺旋天线的直径，优选地不小于螺旋天线的直径的1/2，便于对螺旋天线的的直线段011进行夹紧。
进一步，所述压紧件302可以为可旋拧设置于所述盖板300的螺纹通孔上的压紧螺钉。
进一步，所述盖板300能够通过与所述连接孔104匹配的固定螺钉303实现与所述芯轴100的可拆卸固定。
所述焊接工装包括焊接上工装400和焊接下工装500两部分(图6、图7)；所述焊接上工装400的底部中央设有用于固定馈管02的沉头孔401，所述沉头孔401外周呈十字均布有4个用于固定螺旋天线的直线段011的上条形槽402，所述沉头孔401内中央开设固定通孔403，所述沉头孔401内四周均布4个焊接工艺通孔404，所述上条形槽402的一端分别与所述焊接工艺通孔404连通，另一端分别设有上折弯通孔405；所述焊接上工装400四周还设有上弧形侧壁406，所述上弧形侧壁406与所述上条形槽402交错分布，所述上弧形侧壁406的内弧所在圆的直径与螺旋天线的曲线段012外周所在圆的直径相匹配；所述焊接下工装500对称分为可拆卸连接的两个工装块，所述两个工装块拼合后，底部中央呈能够夹紧馈管02的下通孔501，所述下通孔501外周呈十字均布有4个用于固定螺旋天线的直线段011的下条形槽502，所述下条形槽502的一端分别与所述下通孔501连通，另一端分别设有下折弯沉槽503；所述焊接下工装500四周还设有下弧形侧壁504，所述下弧形侧壁504与所述下条形槽502交错分布，所述下弧形侧壁504的内弧所在圆的直径与螺旋天线的曲线段012外周所在圆的直径相匹配。
其中，所述焊接工装的上条形槽402和下条形槽502分别用于对螺旋天线的直线段011进行限位固定，上折弯通孔405和下折弯沉槽503分别用于避免螺旋天线的螺旋圆角(直线段011和曲线段012相接的转角部分，也称折弯处)与上条形槽402或下条形槽502的干涉，所述焊接工艺通孔404用于焊接观察，所述固定通孔403用于通过螺钉实现焊接工装与馈管02的固定，所述上弧形侧壁406和下弧形侧壁504分别用于对螺旋天线的曲线段012进行限位固定。所述焊接工装能够保证：1、消除馈管02机加变形对螺旋天线焊接的影响；2、保证四条螺旋天线上下端处于同一个平面且相互垂直；3、保证螺旋天线焊前后外径尺寸要求，防止加工变形。
进一步，所述焊接下工装500的两个工装块可以通过相互配合的卡钩或螺孔螺钉等实现可拆卸连接。
采用上述工装，对四臂螺旋天线的一个简要的加工过程如下：将用车床绕制好的螺旋线至于芯轴100上螺旋槽103内，安装套筒200，保证芯轴100上一侧定位台102突出套筒200。通过套筒200侧面的螺纹钉202将芯轴100自侧壁压紧于套筒200的筒体201内侧壁，使螺旋天线的曲线段012压紧固定，避免后续的折弯操作对曲线段012造成扭曲变形。将套筒200用虎钳装夹固定，用缠绕医用胶带的钳子将需要折弯并制成直线段011的螺旋线校直，利用方铁将校直的螺旋线向芯轴100突出的定位台102方向折弯，方铁与螺旋线接触面用医用胶带缠绕，保护螺旋线，用锤子敲击方铁将校直后的螺旋线有与芯轴100突出的定位台102贴合的趋势，将套筒200拆除。按照相同的方法完成另一侧螺旋线折弯。
将带有折弯后螺旋线的芯轴100与盖板300组合形成热处理工装，采用压紧件302自侧面压紧芯轴100，使螺旋天线的直线段011夹紧于定位台102和凸台301之间进行定位，然后按照需要的热处理制度对螺旋线进行定型，形成一根螺旋天线01。经热处理后的螺旋天线01半径精度可达到±0.05mm。
将4条螺旋天线01通过焊接工装定位，焊接上工装400通过螺钉和固定通孔403与馈管02连接，焊接下工装500通过两个工装块夹紧在馈管02圆柱上。然后对螺旋天线01和馈管02进行焊接操作，焊接过程可通过焊接工艺通孔404进行观察。焊接完成后拆除焊接工装即可。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于螺旋天线的芯轴，所述芯轴沿轴向分为至少3段，且通过跨越各段的螺钉进行连接；所述芯轴沿轴的两个端面上设有定位台，所述定位台的位置分别与螺旋天线的两个直线段的位置相匹配；所述芯轴外周的半个侧面上设有螺旋槽，所述螺旋槽的两端分别与两个所述定位台的两个相对的端部邻接，所述螺旋槽的位置与螺旋天线的曲线段的位置相匹配；所述芯轴的两个定位台和螺旋槽共同构成螺旋天线的结构通道；所述定位台的高度大于所述螺旋天线的直径的1/2，所述螺旋槽的深度为所述螺旋天线的直径的1/2，所述芯轴沿轴向分为3段；所述芯轴沿轴的两个端面上还设有能够用于与其他机构连接的连接孔，该连接孔为螺纹孔，数量为4个。
2.一种用于螺旋天线的折弯工装，包括权利要求1所述的芯轴以及能够套装于所述芯轴之外的套筒，所述套筒的筒体上设有能够使所述芯轴压紧于筒体内侧壁的压紧装置。
3.根据权利要求2所述的用于螺旋天线的折弯工装，其特征在于，所述压紧装置为至少一个可旋拧设置于所述套筒的筒体的螺纹通孔上的螺纹钉，所述螺纹钉设置为两个。
4.一种用于螺旋天线的热处理工装，包括权利要求1所述的芯轴以及一对盖板，所述盖板内侧设有凸台，所述凸台能够与所述芯轴的定位台匹配并形成容纳螺旋天线的直线段的通道；所述盖板上还设有压紧件，所述压紧件自侧面压紧芯轴使螺旋天线的直线段夹紧于定位台和凸台之间；所述盖板能够可拆卸固定于所述芯轴的端面上。
5.根据权利要求4所述的用于螺旋天线的热处理工装，其特征在于，所述凸台的高度等于或小于螺旋天线的直径，不小于螺旋天线的直径的1/2。
6.根据权利要求4所述的用于螺旋天线的热处理工装，其特征在于，所述压紧件为可旋拧设置于所述盖板的螺纹通孔上的压紧螺钉。
7.根据权利要求4所述的用于螺旋天线的热处理工装，其特征在于，所述盖板能够通过与所述连接孔匹配的固定螺钉实现与所述芯轴的可拆卸固定。
8.一种用于四臂螺旋天线的加工工装，包括折弯工装、热处理工装以及焊接工装；
所述折弯工装，包括权利要求1所述的芯轴以及能够套装于所述芯轴之外的套筒，所述套筒的筒体上设有能够使所述芯轴压紧于筒体内侧壁的压紧装置；
所述热处理工装，包括权利要求1所述的芯轴以及一对盖板，所述盖板内侧设有凸台，所述凸台能够与所述芯轴的定位台匹配并形成容纳螺旋天线的直线段的通道；所述盖板上还设有压紧件，所述压紧件自侧面压紧芯轴使螺旋天线的直线段夹紧于定位台和凸台之间；所述盖板能够可拆卸固定于所述芯轴的端面上。
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