CN113036387B

CN113036387B - 一种正交模转换器的加工方法

Info

Publication number: CN113036387B
Application number: CN202110427805.4A
Authority: CN
Inventors: 梁谦; 孙祺; 郑元鹏; 曹江涛; 王进; 尹可鑫; 高扬
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2021-10-22
Anticipated expiration: 2041-04-21
Also published as: CN113036387A

Abstract

本发明公开了一种正交模转换器的加工方法，属于波导器件加工技术领域。其包括以下步骤：对待加工的正交模转换器进行结构拆分；在拆分出的各子结构的两端设计辅助柱体、延长段、定位结构以及连接结构；在对应于辅助柱体外端面的位置上加工出顶尖孔；在车床上加工完成辅助柱体外圆面、子结构外圆面和延长段的端面；采用数控铣加工出该子结构对应的正交模转换器内腔结构以及子结构上的定位结构和连接结构；将各子结构进行组装；去除组装体的多余特征。本方法易于实施，可以有效地实现内腔均布复杂变截面脊片的OMT的加工，且精度高，成本低，尤其适用于批量化生产，是对现有技术的一种重要改进。

Description

一种正交模转换器的加工方法

技术领域

本发明涉及波导器件以及机械加工技术领域，尤其是一种正交模转换器的加工方法。

背景技术

卫星通信的迅猛发展，使得通信使用的频率资源日渐紧张。为解决这一问题，“频率复用”的概念越来越引起人们的重视。作为微波系统中组合、分离频率信号的关键元件之一，正交模转换器（Ortho-Mode Transducer，OMT）扮演着重要角色。

为实现分频功能，通常OMT都为内腔带有复杂特征的设计，给加工制造带来的极大的困难。以某型OMT为例，其结构形式为两端的法兰及中间的内腔长径比大且均布有复杂变截面脊片的腔体。脊片的高度从小法兰一端到大法兰一端按一定曲率逐渐变小，宽度逐渐变大，呈扇形状。按照常规机械加工方法，由于其内腔空间较小，待加工特征的所处深度远远超出相应刀具的最大加工深度，因此不具备直接加工的条件。电火花、3D打印等其他特种加工虽可完成内腔复杂特征的直接制造，但在表面粗糙度度等要求上无法满足要求，会造成电信号在传播过程中的损失。并且这些方式往往需要较高的费用，尤其不适合批量化的生产。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种正交模转换器的加工方法，可用于内腔狭长且带有复杂变截面脊片的OMT的加工，具有可操作性强、成本低、精度高的特点，尤其适用于批量化生产。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种正交模转换器的加工方法，用于内腔均布复杂变截面脊片的正交模转换器的加工，包括如下步骤：

（1）对待加工的正交模转换器进行结构拆分，拆分出可直接加工的子结构；

（2）在拆分出的各子结构的两端设计辅助柱体；

（3）在子结构和辅助柱体之间设计延长段；

（4）在相邻子结构之间设计定位结构和连接结构；

（5）将用于加工子结构的物料在镗床上装夹定位，并在对应于辅助柱体外端面的位置上加工出顶尖孔；

（6）采用双顶尖形式装夹步骤（5）加工后的物料，一次装夹下在车床上加工完成辅助柱体外圆面、子结构外圆面和延长段的端面；

（7）装夹辅助柱体的外圆面，以步骤（6）中加工出的延长段的端面为基准，采用数控铣加工出该子结构对应的正交模转换器内腔结构以及子结构上的定位结构和连接结构；

（8）将步骤（7）加工出的各子结构进行组装，并连接固定；

（9）去除步骤（8）得到的组装体的多余特征，并加工出两端法兰止口和安装孔，得到正交模转换器成品。

进一步的，子结构两端的辅助柱体同轴且与待加工正交模转换器的轴线平行；所述辅助柱体的横截面为圆形或正多边形。

进一步的，步骤（4）中还包括在相邻子结构之间设计密封结构的步骤，所述密封结构在步骤（7）中加工出来。

进一步的，所述密封结构为设于相邻子结构之间接触面上的凹槽，且相邻子结构的凹槽相对，所述凹槽用于放置密封垫或注胶。

进一步的，所述定位结构为分别设于相邻两子结构上的相互配合的定位柱和定位孔。

进一步的，所述连接结构为螺孔；组装子结构后，通过穿过螺孔的螺栓对相邻的子结构进行紧固，从而实现连接固定。

进一步的，所述定位结构为销孔，相邻两子结构之间通过穿过销孔的销钉进行定位；所述销孔和螺孔均为沉孔。

进一步的，所述子结构上设计有支耳，所述定位结构和连接结构均设于支耳上。

进一步的，所述多余特征为各子结构上的辅助柱体。

进一步的，所述延长段为设于子结构上的用于进刀和退刀的沟槽。

从上面的叙述可以看出，本发明的有益效果在于：

1、本发明仅采用传统机械加工手段即可实现内腔均布复杂渐变截面脊片的OMT的加工，并且具有精度高的特点。

2、本发明采用的技术方案工艺成熟，可操作性强。

3、本发明采用的技术方案成本较低，适宜推广，尤其适用于批量化生产。

总之，本发明工艺成熟，易于实施，精度高，成本低，可以有效地实现内腔均布复杂变截面脊片的OMT的加工。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。

图1是本发明实施例中一OMT的外形结构示意图。

图2是图1OMT的内部结构示意图。

图3是将图1的OMT做1/4拆分后的子结构示意图。

图4是对图3的子结构进行二次设计后的结构示意图。

图5是组装后的整体OMT的结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

一种正交模转换器的加工方法，该方法用于加工制造如图1和2所示的正交模转换器，该正交模转换器两端的法兰1和3及中间的内腔中均匀分布有复杂变截面脊片的腔体2。脊片4从小法兰一端到大法兰一端，高度按一定曲率逐渐变小，宽度逐渐变大。对于这种正交模转换器，按照常规机械加工方法，由于其内腔空间较小，且长度较长，远远超出相应刀具的最大加工深度，因此不具备直接加工的条件。而特种加工中，电火花虽具备成型能力，但其成品表面粗糙度等指标无法保证，同时其成本较高，加工周期较长。

该方法首先对不能整体加工的狭长内腔内均布复杂变截面脊片的OMT进行结构分析，将其分解成四部分基本一致的子结构，从而使无法直接加工的内部特征转换为可利用常规机械加工方式进行加工的外部特征；接着，在分解出的子结构两端增加辅助圆柱体设计用作加工、装夹基准，在子结构与辅助圆柱体之间增加延长段用于提供进刀和退刀的空间，在子结构的连接面处增加“销孔+螺纹孔”的组合连接设计，并在连接面增加凹槽的密封设计，从而完成对子结构的二次设计；然后，采用铸造后再依次镗顶尖孔，车基准面和外轮廓，数控铣内腔及连接面特征；最后将子结构采取内藏“销钉+螺钉”的方式连接一体，加工去除辅助圆柱和延长段，并完成剩余外部特征的加工，从而得到成品。

该方法的具体步骤如下：

（1）对内腔均布有复杂变截面脊片的OMT进行结构分析和分解。具体来说，如图3所示，沿相邻两脊片的中间位置将OMT分解为四部分相等的子结构5，其整体特征为带有一定曲率的壳类结构，壳外两端为1/4圆环形法兰6和7，壳内的中间位置有一处脊片4，由于复杂的变截面脊片由内部特征变为了外部特征，刀具可到达并有足够的操作空间，因此，该子结构可利用常规机械加工手段完成加工。

（2）如图4所示，对（1）中分解后的子结构进行分析并重新设计，在子结构的两端增加辅助圆柱体的设计。

分解后的子结构为壳类结构，缺乏合适的定位及装夹部位，因此在子结构两端各增加一个相同的辅助圆柱体8和9，除用作加工过程中的定位基准与装夹结构外，两个辅助圆柱还有以下作用：

a)用于增加零件的刚度，抵抗加工变形；

b)用作分解出的子结构的加工基准，即考虑到圆柱的中心线与原整体结构的中心线为轴向偏移关系，通过坐标转换，便很容易地将脊片曲线变为以辅助圆柱中心线为基准的曲线；

c)承担部分组装过程中的夹持力，避免将全部夹持力施加在结构外轮廓上造成的变形损伤。

（3）在（2）的基础上，在子结构和辅助圆柱体之间增加延长段的设计。

辅助圆柱体的存在，带来了加工脊片两端时的让刀问题，使根部的脊片特征不能加工；为此，采取了在子结构原端面10和11与辅助圆柱体之间增加延长段12和13的设计。加工脊片过程中，刀具从一端进入，先加工延长段的脊片特征，然后便可在延长段12和13与原端面10和11的分界处形成平滑的过渡；到达另一端时，延长段的设计提供了足够的空间，供刀具一直越过脊片的边缘并顺利退出。同时，延长段的端面还可作为加工过程中轴向的基准面。

（4）在子结构上增加“销钉+螺钉”的连接结构。

考虑到后续组装连接的可靠性，同时为了尽可能地保持组装体与原整体结构外形的一致性，在脊片两侧面设计内藏“螺钉+销钉”的组合连接方式，即在子结构接触面处设计均匀分布的螺纹孔14（共20个）和用作定位的销钉孔15（共4个）。相较于额外增加凸耳或安装板等辅助结构来实现“销钉+螺钉”外漏的连接形式，“内藏”的设计最大化地保证零件外形与原设计的一致性，有效地避免额外增加安装板等设计可能带来的结构干涉问题，同时也能较好地满足部分产品的重量指标要求。

（5）在子结构的接触面上增加密封结构。

对于拆分加工再组装的方式，接合面的密封设计是需要考虑的一项重要因素，密封效果差，会造成使用过程中因缝隙存在而产生的电磁波损耗，影响正常使用。密封设计可采取增加密封垫来实现密封，也可以靠螺钉拧紧过程中提供的压力使接触面发生微小变形，从而使接触面贴合，实现密封。为了提高接触面的贴合程度，可以通过减少接触面面积的方式来实现。将贴合面设计成台阶状，内侧接触外侧存在小的缝隙；或在接触面中部设置凹槽16，使内侧和外侧接触，中部存在缝隙，这样可在螺钉提供的压力基本不变的情况下，由于接触面积的减小和缝隙的存在，可使接触面的微小变形增大，提升贴合程度。

（6）将物料在镗床上装夹定位，在对应于两端辅助圆柱体的外端面的位置上加工出顶尖孔17和18。考虑到用棒料或板料直接加工，材料利用率低；同时鉴于批量化生产的需求，原材料采用铸件。在镗床上加工顶尖孔，可很好地保证两顶尖孔的同轴度，提高加工精度；并在一定程度上保证加工余量的合理分配，降低废品率。

（7）采用双顶尖形式装夹，一次装夹下在车床上完成辅助圆柱体外圆面19和20、子结构外圆面和（3）中延长后的新端面21的加工。

（8）装夹辅助圆柱体的外圆面19和20，以（7）中加工出的延长段的端面21为基准，采用数控铣加工出脊片4、接触面的连接孔14和15以及凹槽16等特征。

（9）如图5所示，对（8）中加工出的子结构进行组装，以销钉定位，螺栓紧固。螺栓采取对称分步的方式并借助力矩扳手上紧，尽可能地保证接触面各位置的均匀受力变形，提高接触面整体的贴合程度。

（10）将（9）中的组合体加工掉多余特征8、9、12和13，并加工两端法兰止口22和安装孔23，以及外轮廓的再次加工，以保证个接缝处的光滑过渡，提高外观质量。

总之，本发明工艺成熟，易于实施，精度高，成本低，可以有效地实现内腔均布复杂变截面脊片的OMT的加工，是对现有技术的一种重要改进。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内。

Claims

1.一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，用于内腔均布复杂变截面脊片的正交模转换器的加工，包括如下步骤：

（2）在拆分出的各子结构的两端设计辅助柱体；

（3）在子结构和辅助柱体之间设计延长段；

（4）在相邻子结构之间设计定位结构和连接结构；

2.根据权利要求1所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，子结构两端的辅助柱体同轴且与待加工正交模转换器的轴线平行；所述辅助柱体的横截面为圆形或正多边形。

3.根据权利要求1所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，步骤（4）中还包括在相邻子结构之间设计密封结构的步骤，所述密封结构在步骤（7）中加工出来。

4.根据权利要求3所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，所述密封结构为设于相邻子结构之间接触面上的凹槽，且相邻子结构的凹槽相对，所述凹槽用于放置密封垫或注胶。

5.根据权利要求1所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，所述定位结构为分别设于相邻两子结构上的相互配合的定位柱和定位孔。

6.根据权利要求1所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，所述连接结构为螺孔；组装子结构后，通过穿过螺孔的螺栓对相邻的子结构进行紧固，从而实现连接固定。

7.根据权利要求6所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，所述定位结构为销孔，相邻两子结构之间通过穿过销孔的销钉进行定位；所述销孔和螺孔均为沉孔。

8.根据权利要求1所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，所述子结构上设计有支耳，所述定位结构和连接结构均设于支耳上。

9.根据权利要求1所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，所述多余特征为各子结构上的辅助柱体。

10.根据权利要求1所述的一种正交模转换器的加工方法，其特征在于，所述延长段为设于子结构上的用于进刀和退刀的沟槽。