一種天線窗口高效高精度加工方法

徐鶴　宮頊　田桂芝　王琦

摘 要：本文提出了一種復合材料天線窗口高效高精度加工方法，目的是解決傳統天線窗口加工方式繁瑣的缺點。通過設計工藝裝備、優化加工流程等，保證窗口加工符合要求。在型號生產中的應用表明，新工藝可有效節省生產成本，提高生產效率，保證產品質量，可廣泛應用于航空航天產品。

關鍵詞：天線窗口 復合材料 高效高精度加工方法

中圖分類號：TN953 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）03（c）-0053-02

天線是航天產品結構的一部分，承受著氣動外壓、氣動加熱和沖擊、振動等環境。由于其外表面存在復合材料防熱層，防熱層本身含有的碳元素經燒蝕后產生的碳化層對電磁波的傳輸有屏蔽作用。為保證電波的傳輸，就不得不將天線處的防熱材料局部開口并更換材料，即形成天線窗口。天線窗和復合材料防熱層具有不同的熱膨脹系數要求它們之間留有一定的縫隙，其配合縫隙的存在能使邊界層紊流度增加，致使表面熱流率加大。因此，天線窗口的加工質量及加工精度顯得尤為重要[1-2]。本文就其中的窗口間隙問題進行深入的研究和探討。

帶有天線的航天產品一般由金屬殼體與復合材料防熱層膠接形成，金屬殼體在膠接前已加工出天線安裝部位，在膠接后需以金屬殼體上已有窗口為基準對復合材料防熱層進行加工，并與天線蓋板試配，保證配合間隙。由于各型號的不同需要，配合間隙的要求也不一致，一般來說，要求配合間隙≤0.3mm，如圖1所示。

1 實驗

1.1 手工加工方法

傳統手工加工方法是采用手工劃線銼修窗口方法，工藝流程為：安裝鉆模→鉆中心孔→劃窗口外形線→粗開→精開→適配并重復精開動作。為保證加工精度，需為每一個不同尺寸的窗口制作專用的窗口劃線工裝，具體工藝流程為：① 在天線窗口內安裝中心孔鉆模；② 用手電鉆從內到外鉆中心孔；③ 將劃線樣板上孔對正防熱層上已有孔，插銷固定，用劃針劃出窗口外形線（留余量）；④以已劃外形線為基準，去除多余防熱層；⑤ 用金剛砂磨頭打磨多余防熱層，以金屬殼體窗口為基準，保證防熱層與金屬的尺寸差，不斷試配天線蓋板，不斷精修，保證均勻的配合間隙。

由于手動劃針劃線帶來的誤差，窗口處的劃線往往并不精確，通常精加工至留余量不少于1mm，之后的手工銼修需要不斷試配天線蓋板以保證加工精度；另外由于手工加工，銼修的方向不能保證完全與產品軸線平行，銼修的力度掌控也需憑借操作者的經驗，導致的結果就是窗口的局部點內外間隙不同，甚至超差。

1.2 數控加工方法

為提高天線窗口的加工精度，對導彈天線窗口數控加工技術進行了研究，其工藝流程為：劃線→裝夾找正→窗口粗開→窗口精找正→窗口精開。

天線窗口的數控加工法中，為保證加工精度，存在多次找正的情況，具體工藝流程為：①在防熱層外表面粗劃窗口外形參考線；② 將產品裝夾到機床上并找正；③ 以參考線粗銑窗口，四周留余量；④找正窗口中心點；⑤ 編制程序，對窗口進行精加工，保證防熱層與金屬口框的尺寸差值。

該加工方法利用加工程序進行加工，能很好地保證產品的加工精度，但需對產品進行裝夾及多次找正，延長了加工時間，且其加工精度較大程度上依賴于找正精度。該方法較適用于少量產品的加工，不適合批量、進度急的型號生產。

1.3 天線窗口加工新方法

天線窗口手工加工法及數控加工法都各有其優缺點，其適用范圍也不一樣，但都消耗大量人力，生產效率低下，無法實現低成本制造技術及產業化。目前武器型號生產中有大量的天線窗口加工需求，對窗口的加工要求也逐漸提升，尤其是窗口間隙的加工精度。一旦配合間隙超差，嚴重時可致使產品報廢。針對這類問題，設計并制作了精度高而又簡易的工裝，完善傳統的加工方法，為產品加工的質量、效率提供了保障，且大幅降低了生產成本。優化后的加工工藝流程為：安裝鉆模→鉆中心孔→劃粗開線→粗開→劃精開線→精開。

本工藝方案的核心解決手工劃線精度問題和加工面垂直度問題，設計的精加工工裝由圖2的兩部分組成，二者配合使用。

（1）精劃線工裝原理：近封口形金屬鋁塊，與防熱層接觸處為尖銳的劃針樣式。它以金屬殼體已有窗口內表面為基礎，通過位置保證和定位面的限定，使用自帶劃針進行移動式劃線。由于它的劃線基準為金屬殼體窗口表面，且完全消除手動劃針帶來的偏差，精度較高。將精劃線工裝一側緊貼金屬口框內側，將工裝自帶劃線尖角對準防熱層，移動工裝，精劃窗口外形線。該外形線是窗口最終的精加工尺寸，是加工過程中不能超過的界限。

（2）精加工工裝原理：采用不銹鋼制成，用于天線窗口精開時手電鉆的導向限制。工裝外側與金屬口框貼合，工裝內側對電動工具的方向和加工范圍進行限定，使加工時能有效防止手電鉆因人為操作不當而導致的大角度偏轉或防熱層損傷，對產品金屬部分也形成了保護。這樣在精加工時，一方面有精準的劃線參考，一方面有手電鉆加工導向限制，兩個工裝的配合使用能夠較好完成窗口手工加工操作，使加工面平整，間隙均勻，精度符合要求。更加重要的是，這種加工方法大大提高了生產效率，減輕了人員的勞動強度。

2 結果與討論

將三種方法分別以加工10件試驗件進行質量和效率上的直觀比較。結果手工加工方法廢品率為20%，加工時間4～4.5h；數控加工方法廢品率為0，加工時間5h；窗口加工新方法廢品率為0，加工時間2h。可見新方法有效提高生產率，降低廢品率，極大程度上實現了低成本高效高質量生產制造。

通過實際應用表明，天線窗口高效高精度加工方法避免了手工加工試配的繁瑣和易超差，加工質量較高，配合間隙≤0.3mm，結果完全滿足天線窗口加工精度要求。

3 結語

天線窗口高效高精度加工方法主要創新性地設計了高精度窗口劃線工裝，優化了窗口加工工藝流程，既解決了劃線精度問題，又降低了操作難度，提高了加工質量和加工效率。目前車間面臨的批產型號任務量大、型號生產進度急、要求質量高，上述天線窗口高效高精度加工方法的提出為型號的生產起到了關鍵的作用，工裝的簡單易用性也大幅地節省了生產成本，從根本上實現了低成本制造技術及產業化。上述方法已成功應用到批產型號的研制生產中。

參考文獻

[1] 彭望澤.導彈與航天叢書—防空導彈天線罩[M].北京： 宇航出版社，1991.

[2] 王國雄.導彈與航天叢書—彈頭技術[M].北京：宇航出版社，1993.

[3] 徐鶴.一種天線窗口高效高精度加工方法[A].第三屆中國國際復合材料科技大會摘要集-分會場46-50[C].中國復合材料學會，杭州市人民政府：中國復合材料學會，2017.