CN114619324B - 一种曲面天线罩的加工设备及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面天线罩的加工设备及加工方法，属于天线罩加工领域，解决了现有技术中的曲面天线罩的加工难度大、加工精度和加工效率低的问题。本发明的加工设备，识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据并根据模型数据确定待加工天线罩的加工方式和加工次序，控制模块接收加工方式和加工次序并根据加工方式和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩的加工。本发明的加工方法为划分待加工区域；得到多个全部待加工区域的总加工时间，获取最小总加工时间对应的最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序；控制单元控制加工平台进行曲面天线罩的加工。本发明的加工设备及加工方法可用于曲面天线罩的加工。

Description

一种曲面天线罩的加工设备及加工方法

技术领域

本发明属于天线罩加工领域，具体涉及一种曲面天线罩的加工设备及加工方法。

背景技术

天线罩的作用是保护天线以及与天线相关联的电子设备免受自然环境的影响，要求天线罩具有有利的外形，减小电磁能量的失真，同时保证内部天线性能稳定。其中，对天线罩性能要求最高的就是飞行器天线罩，不但需要满足飞行器的气动特性要求以及飞行器高空高速飞行时所承受的热载荷和力学载荷的要求，还必须满足飞行器制导系统所提出的制导要求，保证电磁波正常传输。而优秀的外形设计，可以使飞行器天线罩具有低阻、高升力、高升阻比，从而获得有利的气动和电性能。

现有技术中，通常采用磨床进行磨削的加工方式来实现曲面天线罩的加工。但是，对于曲面异形、表面复杂结构天线罩的加工，尤其是非对称天线罩的曲面加工，加工难度较大，且加工精度和加工效率均较低。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种曲面天线罩的加工设备及加工方法，解决了现有技术中的曲面天线罩的加工难度大、加工精度和加工效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种曲面天线罩的加工设备，包括加工平台和控制单元，控制单元包括控制模块和识别模块，识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据并根据模型数据确定待加工天线罩的加工方式和加工次序，控制模块接收加工方式和加工次序并根据加工方式和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩的加工。

进一步地，曲面天线罩上的外形加工形状为圆形、方形、矩形、椭圆、菱形中任意一种或组合或按需设计的任意闭合图形。

进一步地，加工平台包括加工组件、设于加工组件加工区域内的旋转托盘以及驱动旋转托盘旋转的第一旋转电机，待加工曲面天线罩设于旋转托盘上。

进一步地，旋转托盘上设有用于固定待加工曲面天线罩的夹具。

进一步地，上述加工组件包括安装座、加工件、平行于旋转托盘径向设置的X轴平台以及平行于旋转托盘轴向设置的Z轴平台，Z轴平台设于安装座上，X轴平台的一端设于Z轴平台的一端且与Z轴平台滑动连接，加工件设于X轴平台上。

进一步地，上述加工组件还包括用于驱动X轴平台滑动的X轴电机以及用于驱动Z轴平台滑动的Z轴电机。

进一步地，上述控制模块用于控制X轴平台的滑动、Z轴平台的滑动、旋转托盘的旋转以及加工件的运动。

进一步地，X轴平台的一端通过井字型滑动件与Z轴平台的一端滑动连接。

进一步地井字型滑动件包括设于Z轴平台上的井字型滑槽以及设于X轴平台的滑块，滑块与井字型滑槽滑动连接。

进一步地，上述加工件为机械切换磨头式外形加工件、激光能量式外形加工件中任意一种或组合。

进一步地，机械切换磨头式外形加工件包括转盘、设于转盘上的多个磨头以及用于驱动转盘转动的第二旋转电机，当需要进行磨头切换时，开启第二旋转电机，第二旋转电机驱动转盘转动，使得当前磨头离开加工区域，更换为另一种磨头，从而实现磨头的切换。

进一步地，磨头为圆形磨头、球形磨头和/或方形磨头。

进一步地，上述加工平台还包括用于人机交互的交互界面。

进一步地，识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据，并将待加工天线罩的曲面模型数据传送至交互界面，交互界面显示待加工天线罩的曲面模型数据。

进一步地，识别模块根据模型数据确定待加工天线罩的加工方式和加工次序，并将加工方式和加工次序传送至交互界面，交互界面显示待加工天线罩的加工方式和加工次序。

进一步地，操作者通过交互界面对识别模块确定的待加工天线罩的加工方式和加工次序进行修正和优化，交互界面接收修正和优化后的加工天线罩的加工方式和加工次序并传送至控制模块，控制模块接收修正和优化后的加工方式和加工次序并根据加工方式和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩柔性加工。

本发明还提供了一种曲面天线罩的加工方法，包括如下步骤：

步骤1：建立待加工曲面天线罩模型；

步骤2：将待加工曲面天线罩模型导入识别模块，识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据，采用等高面法划分待加工区域；

步骤3：分析得出每个待加工区域的加工方式(例如，机械式加工或能量式加工)、空间方位数据、形状数据和尺寸数据，生成每个待加工区域的加工工艺数据图表和加工次序，并评估全部待加工区域的总加工时间；

步骤4：改变每个待加工区域的加工方式、空间方位数据、形状数据和尺寸数据，生成每个待加工区域的新的加工工艺数据图表和加工次序，并评估全部待加工区域的新的总加工时间；

步骤5：重复步骤4，得到多个全部待加工区域的总加工时间，最小总加工时间对应的加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序则为最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序；

步骤6：控制单元接收识别单元发送的最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序，根据最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩的加工。

进一步地，上述步骤6中，曲面天线罩的加工为曲面天线罩上修模、制孔中任意一种或组合。

进一步地，上述步骤6中，根据最优加工方式、空间方位数据和尺寸数据控制加工平台进行曲面天线罩的加工包括如下步骤：

步骤61：控制单元根据最优加工方式、空间方位数据、尺寸数据和加工次序，针对某一待加工区域自动选择加工件；

步骤62：驱动X轴平台和/或Z轴平台，使得加工件移动到所述待加工区域，调整加工件的法线与曲面天线罩的夹角，使得加工件的法线与该待加工区域的曲面垂直，对所述待加工区域进行加工；

步骤63：完成后，根据加工次序和下一待加工区域的加工方式、空间方位数据和尺寸数据，重新针对下一待加工区域自动选择加工件，将加工件移动到下一待加工区域，重新调整加工件的法线与下一待加工区域的夹角，使得加工件的法线与下一待加工区域的曲面垂直，对下一待加工区域进行加工；

步骤64：重复63步骤，直至完成曲面天线罩的全部待加工区域的加工，从而完成曲面天线罩的加工。

进一步地，对于加工件的选择，机械切换磨头式外形加工件主要针对外形尺寸较小、外形复杂且加工精度要求高的待加工区域，控制单元自动配置机械切换磨头式外形加工件中所需的磨头，可以加工异型类天线罩，待加工区域的最大加工高度1700mm，加工精度0.02mm。

进一步地，激光能量式外形加工件主要是针对外形尺寸较大、外形简单且加工精度要求低的待加工区域，控制单元自动调整激光的输出参数，可以加工回转体或其他类对称型天线罩，待加工区域最大加工高度1000mm，加工精度0.04mm。

进一步地，加工次序的选择按照如下方法：

同一形状、同一尺寸的待加工区域为首要加工区域；

同一形状、不同尺寸的待加工区域为次序加工区域；

不同形状、同一尺寸的待加工区域为后序加工区域；

不同形状、不同尺寸的待加工区域为最后加工区域。

也就是说，加工次序按照同一形状且同一尺寸的待加工区域、同一形状且不同尺寸的待加工区域、不同形状且同一尺寸的待加工区域以及不同形状且不同尺寸的待加工区域的次序进行加工。

进一步地，上述待加工曲面天线罩模型包括待加工曲面天线罩的外形模型和/或待加工曲面天线罩的内腔模型，曲面天线罩的加工方法为曲面天线罩的外形曲面的加工和/或曲面天线罩的内腔曲面的加工。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a)本发明提供的曲面天线罩的加工设备，具有加工不同外形和大小曲面天线罩的能力，能够根据任一待加工天线罩的曲面模型数据，自适应调整加工工艺流程的能力，确定相应的加工方式和加工次序，从而能够进行结构复杂的曲面天线罩的精确加工，实现加工效率的最大化。

b)本发明提供的曲面天线罩的加工设备可应用于陶瓷天线罩、编织天线罩及玻璃钢天线罩等特殊材质的曲面天线罩加工。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体发明的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的曲面天线罩的加工设备的结构示意图；

图2为采用本发明提供的曲面天线罩的加工设备加工的样品图。

附图标记：

1-X轴平台；2-Z轴平台；3-加工件；4-旋转托盘；5-第一旋转电机。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选发明，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的发明一起用于阐释本发明的原理。

实施例一

本实施例提供了一种曲面天线罩的加工设备，参见图1至图2，包括加工平台和控制单元，控制单元包括控制模块和识别模块，识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据并根据模型数据确定待加工天线罩的加工方式和加工次序，控制模块接收加工方式和加工次序并根据加工方式和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩的加工。

需要说明的是，曲面天线罩上的外形加工形状为圆形、方形、矩形、椭圆、菱形中任意一种或组合或按需设计的任意闭合图形，且外形大小可以是均一或不均一。

同样需要说明的是，外形加工可以是曲面天线罩上修模、制孔中任意一种或组合。

与现有技术相比，本实施例提供的曲面天线罩的加工设备，具有加工不同外形和大小曲面天线罩的能力，能够根据任一待加工天线罩的曲面模型数据，自适应调整加工工艺流程的能力，确定相应的加工方式和加工次序，从而能够进行结构复杂的曲面天线罩的精确加工，实现加工效率的最大化。

此外，上述曲面天线罩的加工设备可应用于陶瓷天线罩、编织天线罩及玻璃钢天线罩等特殊材质的曲面天线罩加工。

对于加工平台的结构，具体来说，其包括加工组件、设于加工组件加工区域内的旋转托盘4以及驱动旋转托盘4旋转的第一旋转电机5，待加工曲面天线罩设于旋转托盘4上，需要说明的是，旋转托盘4的转动用于实现待加工曲面天线罩在Y向上的加工。

值得注意的是，在旋转托盘4的旋转过程中，为了避免待加工曲面天线罩在离心力的作用下被甩出，旋转托盘4上设有用于固定待加工曲面天线罩的夹具。通过夹具的设置，能够实现待加工曲面天线罩在旋转托盘4上的稳定安装，基本上能够避免待加工曲面天线罩被甩出的情况发生。

可以理解的是，为了能够对曲面天线罩的另外两个方向(X向和Z向)进行加工，上述加工组件包括安装座、加工件3、平行于旋转托盘4径向设置的X轴平台1以及平行于旋转托盘4轴向设置的Z轴平台2，Z轴平台2设于安装座上，X轴平台1的一端设于Z轴平台2的一端且与Z轴平台2滑动连接，加工件3设于X轴平台1上。这样，通过旋转托盘4(用于Y向加工)、X轴平台1和Z轴平台2之间的相互运动，能够实现曲面天线罩X轴、Y轴和Z轴的加工。

可以理解的是，为了实现X轴平台1和Z轴平台2的运动，上述加工组件还包括用于驱动X轴平台1滑动的X轴电机以及用于驱动Z轴平台2滑动的Z轴电机。

相应地，上述控制模块用于控制X轴平台1的滑动、Z轴平台2的滑动、旋转托盘4的旋转以及加工件3的运动。

为了提高X轴平台1和Z轴平台2的移动精度，X轴平台1的一端通过井字型滑动件与Z轴平台2的一端滑动连接，具体来说，井字型滑动件包括设于Z轴平台2上的井字型滑槽以及设于X轴平台1的滑块，滑块与井字型滑槽滑动连接，这样，通过滑块在井字型滑槽中的滑动，能够实现X轴平台1在Z轴平台2的平移，采用井字型滑动件不仅能够提高X轴平台1和Z轴平台2的移动精度，同时，还能够减少上述曲面天线罩的加工设备的整体体积。

示例性地，上述加工件3为机械切换磨头式外形加工件、激光能量式外形加工件中任意一种或组合。

机械切换磨头式外形加工件的具体结构，包括转盘(例如，圆盘)、设于转盘上的多个磨头(例如，圆形磨头，球形磨头、方形磨头等)以及用于驱动转盘转动的第二旋转电机，当需要进行磨头切换或者调整磨头角度时，开启第二旋转电机，第二旋转电机驱动转盘转动，使得当前磨头离开加工区域，更换为另一种磨头，从而实现磨头的切换。

需要说明的是，当加工件3未设置机械切换磨头式外形加工件时，则不需要配置第二旋转电机。

为了便于操作者了解待加工天线罩的曲面模型数据和/或配置加工方式和加工次序，上述加工平台还包括用于人机交互的交互界面，例如，识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据，并将待加工天线罩的曲面模型数据传送至交互界面，交互界面显示待加工天线罩的曲面模型数据；识别模块根据模型数据确定待加工天线罩的加工方式和加工次序，并将加工方式和加工次序传送至交互界面，交互界面显示待加工天线罩的加工方式和加工次序；操作者通过交互界面对识别模块确定的待加工天线罩的加工方式和加工次序进行修正和优化，交互界面接收修正和优化后的加工天线罩的加工方式和加工次序并传送至控制模块，控制模块接收修正和优化后的加工方式和加工次序并根据加工方式和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩柔性加工。

实施例二

本实施例提供了一种曲面天线罩的加工方法，包括如下步骤：

步骤1：建立待加工曲面天线罩模型；

步骤2：将待加工曲面天线罩模型导入识别模块，识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据，采用等高面法划分待加工区域；

步骤3：分析得出每个待加工区域的加工方式、空间方位数据、形状数据和尺寸数据，生成每个待加工区域的加工工艺数据图表和加工次序，并评估全部待加工区域的总加工时间；

步骤4：改变每个待加工区域的加工方式、空间方位数据、形状数据和尺寸数据，生成每个待加工区域的新的加工工艺数据图表和加工次序，并评估全部待加工区域的新的总加工时间；

步骤5：重复步骤4，得到多个全部待加工区域的总加工时间，最小总加工时间对应的加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序则为最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序；

步骤6：控制单元接收识别单元发送的最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序，根据最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩的加工。

与现有技术相比，本实施例提供的曲面天线罩的加工方法与实施例一提供的曲面天线罩的加工设备的有益效果基本相同，在此不一一赘述。

此外，本实施例的曲面天线罩的加工方法，不仅可以自动识别需要加工的形状、数量及加工时间，同时，还可以智能分配机械式磨削、能量式磨削的加工方式，同时，通过识别天线罩模型的尺寸及形状，选择适用的加工件，并安排合适的加工次序来实现加工效率的提升，从而能够实现在曲面天线罩上进行结构加工，为实现高性能天线罩提供技术手段。

示例性地，上述步骤6中，根据最优加工方式、空间方位数据和尺寸数据控制加工平台进行曲面天线罩的加工包括如下步骤：

步骤61：控制单元根据最优加工方式、空间方位数据、尺寸数据和加工次序，针对某一待加工区域自动选择加工件(例如，机械切换磨头式外形加工件或激光能量式外形加工件)；

步骤62：驱动X轴平台和/或Z轴平台，使得加工件移动到所述待加工区域，调整加工件的法线与曲面天线罩的夹角，使得加工件的法线与该待加工区域的曲面垂直，对所述待加工区域进行加工；

步骤63：完成后，根据加工次序和下一待加工区域的加工方式、空间方位数据和尺寸数据，重新针对下一待加工区域自动选择加工件(例如，机械切换磨头式外形加工件或激光能量式外形加工件)，将加工件移动到下一待加工区域，重新调整加工件的法线与下一待加工区域的夹角，使得加工件的法线与下一待加工区域的曲面垂直，对下一待加工区域进行加工；

步骤64：重复63步骤，直至完成曲面天线罩的全部待加工区域的加工，从而完成曲面天线罩的加工。

具体来说，对于加工件的选择，机械切换磨头式外形加工件(机械式加工)主要针对外形尺寸较小、外形复杂且加工精度要求高的待加工区域，控制单元自动配置机械切换磨头式外形加工件中所需的磨头，能够实现不同大小不同形状的外形加工；激光能量式外形加工件(能量式加工)主要是针对外形尺寸较大、外形简单且加工精度要求低的待加工区域，控制单元自动调整激光的输出参数，能够实现不同大小、不同形状的外形加工。这样设置，实现设备和加工工艺柔性，即根据加工不同外形和大小的变化能自适应调整加工工艺流程的能力，能量式加工或机械式加工。需要说明的是，由于机械切换磨头式外形加工件的加工周期比激光能量式外形加工件的加工周期长，因此，从加工效率的角度考虑，应该选择两种加工件相结合的方式。

为了进一步提高上述曲面天线罩的加工效率，加工次序的选择按照如下方法：

同一形状、同一尺寸的待加工区域为首要加工区域；

同一形状、不同尺寸的待加工区域为次序加工区域；

不同形状、同一尺寸的待加工区域为后序加工区域；

不同形状、不同尺寸的待加工区域为最后加工区域。

也就是说，加工次序按照同一形状且同一尺寸的待加工区域、同一形状且不同尺寸的待加工区域、不同形状且同一尺寸的待加工区域以及不同形状且不同尺寸的待加工区域的次序进行加工。采用上述加工次序，有助于曲面天线罩的加工精度和加工效率。

需要说明的是，上述待加工曲面天线罩模型具体指待加工曲面天线罩的外形模型或待加工曲面天线罩的内腔模型，也就是说，本实施例提供的曲面天线罩的加工方法不仅能够对曲面天线罩的外形曲面进行加工，还能够对曲面天线罩的内腔曲面进行加工。在外形曲面的加工和内腔曲面的加工可以通过调整曲面天线罩在旋转托盘上的固定位置进行转换。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种曲面天线罩的加工方法，其特征在于，所述加工方法采用的加工设备包括加工平台和控制单元，所述控制单元包括控制模块和识别模块；所述识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据并根据模型数据确定待加工天线罩的加工方式和加工次序；所述控制模块接收加工方式和加工次序并根据加工方式和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩的加工；

所述加工方法包括如下步骤：

步骤1：建立待加工曲面天线罩模型；

步骤2：将待加工曲面天线罩模型导入识别模块，识别模块识别待加工天线罩的曲面模型数据，采用等高面法划分待加工区域；

步骤3：分析得出每个待加工区域的加工方式、空间方位数据、形状数据和尺寸数据，生成每个待加工区域的加工工艺数据图表和加工次序，并评估全部待加工区域的总加工时间；

步骤4：改变每个待加工区域的加工方式、空间方位数据、形状数据和尺寸数据，生成每个待加工区域的新的加工工艺数据图表和加工次序，并评估全部待加工区域的新的总加工时间；

步骤5：重复步骤4，得到多个全部待加工区域的总加工时间，最小总加工时间对应的加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序则为最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序；

步骤6：控制单元接收识别单元发送的最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序，根据最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩的加工；

所述步骤6中，根据最优加工方式、空间方位数据、形状数据、尺寸数据和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩的加工包括如下步骤：

步骤61：控制单元根据最优加工方式、空间方位数据、尺寸数据和加工次序，针对某一待加工区域自动选择加工件；

步骤62：驱动X轴平台和/或Z轴平台，使得加工件移动到所述待加工区域，调整加工件的法线与曲面天线罩的夹角，使得加工件的法线与该待加工区域的曲面垂直，对所述待加工区域进行加工；

步骤63：完成后，根据加工次序和下一待加工区域的加工方式、空间方位数据和尺寸数据，重新针对下一待加工区域自动选择加工件，将加工件移动到下一待加工区域，重新调整加工件的法线与下一待加工区域的夹角，使得加工件的法线与下一待加工区域的曲面垂直，对下一待加工区域进行加工；

步骤64：重复63步骤，直至完成曲面天线罩的全部待加工区域的加工，从而完成曲面天线罩的加工；

所述加工平台包括用于人机交互的交互界面，将识别模块根据模型数据确定待加工天线罩的加工方式和加工次序传送至交互界面，所述交互界面显示待加工天线罩的加工方式和加工次序；操作者通过交互界面对识别模块确定的待加工天线罩的加工方式和加工次序进行修正和优化，所述交互界面接收修正和优化后的加工天线罩的加工方式和加工次序并传送至控制模块，所述控制模块接收修正和优化后的加工方式和加工次序并根据加工方式和加工次序控制加工平台进行曲面天线罩柔性加工。

2.根据权利要求1所述的曲面天线罩的加工方法，其特征在于，所述加工次序按照同一形状且同一尺寸的待加工区域、同一形状且不同尺寸的待加工区域、不同形状且同一尺寸的待加工区域以及不同形状且不同尺寸的待加工区域的次序进行加工。

3.根据权利要求1或2所述的曲面天线罩的加工方法，其特征在于，所述步骤1中，所述待加工曲面天线罩模型包括待加工曲面天线罩的外形模型和/或待加工曲面天线罩的内腔模型。

4.根据权利要求1所述的曲面天线罩的加工方法，其特征在于，所述加工平台还包括加工组件、设于加工组件加工区域内的旋转托盘以及驱动旋转托盘旋转的第一旋转电机，待加工曲面天线罩设于旋转托盘上。

5.根据权利要求4所述的曲面天线罩的加工方法，其特征在于，所述加工组件包括安装座、加工件、平行于旋转托盘径向设置的X轴平台以及平行于旋转托盘轴向设置的Z轴平台，所述Z轴平台设于安装座上，所述X轴平台的一端设于Z轴平台的一端且与Z轴平台滑动连接，所述加工件设于X轴平台上；

所述加工组件还包括用于驱动X轴平台滑动的X轴电机以及用于驱动Z轴平台滑动的Z轴电机；

所述控制模块用于控制X轴平台的滑动、Z轴平台的滑动、旋转托盘的旋转以及加工件的运动。

6.根据权利要求5所述的曲面天线罩的加工方法，其特征在于，所述X轴平台的一端通过井字型滑动件与Z轴平台的一端滑动连接。

7.根据权利要求5所述的曲面天线罩的加工方法，其特征在于，所述加工件为机械切换磨头式外形加工件、激光能量式外形加工件中任意一种或组合。

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