大尺寸平板陣列天線加工工藝技術(shù)研究

耿　浩

（長嶺電氣有限責(zé)任公司，寶雞721006）

大尺寸平板陣列天線加工工藝技術(shù)研究

耿浩

（長嶺電氣有限責(zé)任公司，寶雞721006）

文章針對平板陣列天線結(jié)構(gòu)尺寸大、精度要求高、加工難度大的特點，通過工藝材料加工試驗，設(shè)計精密的裝夾方式，并應(yīng)用高速切削技術(shù)、真空爐中鋁釬焊定位裝夾技術(shù)等相關(guān)的工藝加工技術(shù)，制定科學(xué)合理的加工工藝方案，以期為此類零件加工積累經(jīng)驗。

陣列天線薄壁腔體切削應(yīng)力加工變形

波導(dǎo)平板裂縫陣列天線具有效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、易獲得高增益低副瓣等特點，在雷達(dá)和微波通信系統(tǒng)中獲得了廣泛應(yīng)用。本文針對大尺寸平板陣列天線的材料優(yōu)選、消除薄壁零件的加工應(yīng)力、釬焊時的變形以及提升材料強度等方面展開研究。通過工藝試驗來選擇合理切削用量、優(yōu)化真空釬焊工藝參數(shù)、合理安排工藝流程等，摸索出大尺寸平板陣列天線精密加工的工藝的實現(xiàn)途徑。

1　天線結(jié)構(gòu)特點

陣列天線外形920mm×155mm×86mm，天線前板密布228個波導(dǎo)陣列單元，與背板釬焊形成波導(dǎo)腔體。每一個單元都包括裂縫波導(dǎo)、喇叭腔體及減重孔等。裂縫波導(dǎo)內(nèi)腔尺寸精度為±0.05mm，表面粗糙度Ra為 0.8μm，整體平面度要求為0.03mm，如圖1所示。

圖1　波導(dǎo)單元

2　工藝難點

平板陣列天線為前后釬焊結(jié)構(gòu)。正面密布 228個深30mm的波導(dǎo)槽，每個槽底有寬2mm的裂縫槽，反面 6條深22.86mm的波導(dǎo)通槽，與正面最薄連接處僅為1mm。零件外形巨大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件在工作臺裝夾難度大。

天線前板零件尺寸精度±0.02mm，平面度為0.03mm，表面粗糙度Ra0.8。正反面要求以中心軸線對稱。因此，減少切削加工中時的零件變形，提高效率、保證精度為又一難點。

保證在深30mm的波導(dǎo)內(nèi)底面加工出寬度為2mm的裂縫槽，并保證其形位尺寸精度為難點三。

天線為兩層零件釬焊成形，兩層之間的對稱度允差為0.02mm，且焊接后不允許腔內(nèi)焊料堆積，釬角R不大于0.5mm；波導(dǎo)腔內(nèi)壁應(yīng)保證接平；釬焊時，必須保證很高的定位精度要求。

零件焊接時有懸空部位。焊接時，因受熱變形，懸空部分會塌陷，導(dǎo)致零件裝配后平面度差，進(jìn)而影響電性能要求。因此，需解決焊接時部分部位的懸空問題。

3　工藝措施

天線前板是薄壁、空腔件，加工變形是影響精度的關(guān)鍵。造成空腔、薄壁饋電腔體加工變形的因素有材料本身的特點、殘余內(nèi)應(yīng)力釋放、切削力和切削熱過大、材料去除率不均勻以及刀具使用狀況等。由于工件相對較薄，結(jié)構(gòu)強度低，工件變形、工件的震顫等均會產(chǎn)生較大影響。通過采用高速銑削加工來減少材料及切削過程對精度的影響。同時，在制造流程中采取措施充分釋放殘余應(yīng)力、采取防變形的裝夾方式、優(yōu)化切削參數(shù)等，保證材料受力的均勻性以減小切削應(yīng)力。針對零件的特點，制定了加工方案。具體加工流程如下：天線前板備料→粗銑→加工中心半精銑→自然時效→精銑→去毛刺→焊前清洗→裝配→真空釬焊→熱處理→表面處理→檢驗。

4　工藝實施

（1）材料時效。零件材料為6061，狀態(tài)為T651為預(yù)拉伸鋁合金板料。由于材料本身采用了預(yù)拉伸的方式，內(nèi)應(yīng)力平衡。因此，采用熱處理方式去除應(yīng)力無太大意義。所以，加工過程中無需增加熱處理去應(yīng)力，而選擇平板靜置48小時自然時效去應(yīng)力。

（2）定位及裝夾。由于零件屬于薄壁、蜂窩狀，采用虎鉗夾緊方式裝夾易造成零件變形。加工時的裝夾方式為：在零件輪廓外的毛坯部份鉆孔，通過螺釘將零件固定并壓緊在機床工作臺面上，通過兩銷釘孔來保證正面與反面的各內(nèi)腔的相對位置。

（3）加工參數(shù)。零件備料厚度留5mm余量，先去除板料上下面的表皮，由銑削加工中心分粗加工、自然時效、半精加工、精加工四個步驟。粗加工零件正反面，各個尺寸留1mm余量；半精加工，所有減重槽加工到最終尺寸，正反面波導(dǎo)內(nèi)腔留0.1mm余量；精加工，先加工反面的6個深22.86mm的波導(dǎo)槽，再翻面加工正面228個波導(dǎo)內(nèi)腔。內(nèi)腔四角為R2，加工時必須使用不大于φ4的銑刀來加工，考慮到波導(dǎo)內(nèi)腔深30mm，銑刀的直徑越小，剛性越差，刀具讓刀越嚴(yán)重。因此，選用直徑φ4的銑刀加工。波導(dǎo)內(nèi)腔銑削加工完成后，采用小直徑銑刀沿筋從中心向四周排銑920mm×185mm大面，保證平面度0.03mm。

（4）裂縫槽加工。加工裂縫槽時，根據(jù)以往的加工經(jīng)驗，采用高轉(zhuǎn)速，小吃刀量，高速進(jìn)給加工。加工2mm裂縫的銑刀刃長為5mm，柄粗為φ5。銑刀裝夾后只露出刀刃部分，最大限度保證銑刀的剛性。先用φ1.5銑刀粗加工，然后用φ1.8銑刀精加工。各個裂縫的間距、角度依靠機床精度保證，如圖2所示。

圖2　天線前板

（5）焊接定位。該天線采用2層拼焊，且兩件零件的厚度各不相同且差異較大，分別為3mm和50mm。為保證釬焊后各零件的相對位置精度和釬焊質(zhì)量，對焊接前的整體組裝要求有嚴(yán)格的定位。為了保證零件加工、檢測、裝配、釬焊過程采用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，避免因基準(zhǔn)不統(tǒng)一造成的誤差，同時不產(chǎn)生定位干涉，故采用“一面兩銷”的定位方式。在操作中采用專用工裝固定后，依次組裝，整體固定，配作定位銷孔；再采用定位銷定位方式來組裝并固定，將各組件連接在一起，組裝好后進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證其組裝精度，如圖3所示。

（6）焊料控制。為保證焊接后內(nèi)腔無多出焊料，工藝采取措施選擇0.1mm厚度中溫焊片。考慮到焊片太薄，沒有什么強度，加工完后的組裝固定至關(guān)重要。我們采取兩項措施：設(shè)計焊片時，考慮在焊片上增加64個Φ2定位小孔，這樣在組裝焊片時可以用小銷子來定位焊片防止錯位，相應(yīng)地在2層焊接件上要增加焊片定位孔；在設(shè)計焊片時，考慮到焊料的可流動性，控制多余焊料流入內(nèi)腔，焊片寬度相對零件搭接面寬度收縮0.1mm，這樣焊片在熔化后不會有更多焊料流入內(nèi)腔，并使用了工藝墊塊防止蓋板塌陷。

圖3　定位銷位置

試驗加工的平板陣列天線，經(jīng)后續(xù)加工、測試及上機聯(lián)試，其電氣性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計圖樣的要求。

5　結(jié)論

平板陣列天線結(jié)構(gòu)尺寸大，精度要求高，加工難度大。通過工藝加工試驗和設(shè)計精密的裝夾方式，并應(yīng)用高速切削技術(shù)、真空爐中鋁釬焊定位裝夾技術(shù)等相關(guān)的加工技術(shù)，成功完成了平板裂縫天線的制造，為其他大尺寸平板陣列天線的研制奠定了工藝技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］張祖稷.雷達(dá)天線技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［2］張潤逵.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［3］朱春臨，汪方寶.平板裂縫天線的精密制造［J］.電子工藝技術(shù)，2006，27（1）：47-49.

Research on Processing Technology of Large Size Flat Plate Array Antenna

GENG Hao
（Changling Electric Co.，Ltd.，Baoji 721006）

This paper is aimed at the characteristics of large size，high precision and difficult processing of flat plate array antenna. Through the test of materials processing technology and design precision clamp and application of high-speed cutting technology，vacuum furnace in aluminum brazing positioning installed pinch technology，and other related processing technology，formulated the processing scheme of scientific and reasonable.It has accumulated practical experience for the processing of such parts.

array antenna，thin wall cavity，cutting stress，machining deformation