抛物面雷达天线制造工艺

■ 扬州恒星精密机械有限公司 （江苏 225127） 曾天俊

抛物面天线是雷达的重要部件，其精度对雷达信号的收发可靠性起决定性作用，如何提高抛物面天线的制造工艺水平是行业内关注的热门课题。本天线为抛物面薄壁结构，采用5A05铝合金材料制造，具有质量轻、结构紧凑等优势，产品如图1所示。我公司通过制造工艺研究，使其制造精度很好地满足了设计要求，抛物面成形精度可以达到0.03mm，并取得了良好的经济性，所以此制造工艺具有很好的推广应用价值。

图1 天线轴测图

1.天线结构及主要技术要求

如图2所示，整个天线为薄壁结构，高精度、低刚性，天线外形尺寸500mm×500mm。天线由反射面、加强筋和安装座组成，反射面厚度2mm，加强筋厚度2mm。反射面为天线功能面，用于接收和反射雷达微波信号，为抛物面结构。加强筋的作用是增加天线反射面刚性，保持抛物面的成形精度。安装座用于天线安装固定。天线主要技术要求为抛物面成形精度均方根＜0.03mm，表面粗糙度值Ra=0.8μm。设计要求材料为5A05铝镁合金，成品天线结构强度＞300MPa，结构尺寸公差＜0.05mm。

图2 天线截面

根据产品结构特点及关键技术要求，我公司分别选用两种制造工艺进行研究，方案1为厚板料直接加工成形，方案2为焊接毛坯加工成形。由于产品具有壁薄、高精度、低刚性的特点，加工技术难点主要是如何控制和减小变形量。

2.厚板料直接加工成形

根据零件最终规格大小并考虑加工装夹余量，需用520mm×520mm×120mm厚板料毛坯进行加工，由于零件属曲面加工，为了提高加工效率并保证表面质量，需选用高速铣加工。由于此加工方案材料去除率极高，约90%，会产生较大的切削应力，需设置多次粗加工并进行去应力热处理工序。从装夹方式到切削参数的选择都很关键，对产品成形精度都会产生直接影响。

（1）工序设置。为了尽可能地减少和控制切削应力导致的工件变形量，工艺路线在粗精铣之间增加半精铣，粗铣后单边留5mm余量，半精铣后留有1mm余量精铣，粗铣和半精铣后都设置了热处理去应力工序，工艺路线为：备料→粗铣→热处理→半精铣→热处理→精铣。

（2）装夹方式。由于工件是抛物面结构，没有装夹平面，工艺设计时考虑装夹方便，设计6个等高装夹凸台。为了防止凸台去除后产生二次变形，此凸台设计为分散断续状结构，如图3所示。

（3）切削参数。由于工件材料切除率90%以上，切削应力需进行控制，本次加工全过程采用小切深大进给量高速铣加工方式，粗加工阶段主要是去除材料，采用圆柱平底立铣刀加工，半精加工阶段再次进行大量材料切除并为精加工做准备，选用球形铣刀加工保证良好的表面质量，精加工阶段要求高的表面质量和成形精度。各阶段切削参数的选择是关键，具体切削参数如表1所示。

3.焊接毛坯加工成形

从产品批量生产的经济性考虑，必须提升材料的利用率，因此选择焊接毛坯加工成形的方案。此方案是先将反射板抛物面通过模具冲压成形，再与加强筋、安装座通过氩弧焊连成整体。此方案在节省材料的同时，材料去除率低，切削应力大大减小，有利于抛物面成形精度的保证。

图3 装夹凸台示意图

表1 切削参数

（1）工序设置。由于焊接会产生一定的变形量，不能直接保证抛物面成形精度均方根＜0.03mm，因此将反射板抛物面留有3mm余量，焊后再对抛物面进行精铣加工，确保壁厚2mm及精度要求。由于抛物面反射板焊后会产生焊接变形和热应力，焊接变形量会超出3mm加工余量的范围，因此焊后设置了一个热处理定形工序，同时也能去除焊接残余应力。工艺路线为：备料→冲压→焊接→热定形→精铣。

（2）冲压模具设计。由于铝合金变形抗力相对较小、塑性好，而且是毛坯冲压，冲压成形精度要求＜1mm，因此只需要设计冷冲模具。模具采用Q235低碳钢材料焊接成形，焊后成形面采用数控加工成形。回弹量通过试压修模，确定为10mm。考虑到热定形的需要，模具上设计了压板支撑结构，具体模具结构如图4所示。

4.结论

以上两种方案各有优缺点，从技术角度都能保证产品要求，但工艺经济性有明显区别，具体经济性和技术指标达成情况如表2所示。

综上所述，使用厚板料直接加工，通过机械尺寸检测和电性能测试，产品质量可以得到保证，但加工成本相对较高。厚板料直接加工适合单件生产，焊接毛坯方案适合批量生产。

图4 抛物面天线冲压模具

表2 经济性和技术指标达成情况

[1] 张士林，任颂赞. 简明铝合金手册[M]. 2版. 上海：上海科学技术文献出版社，2006.

[2] 冲模设计手册编写组. 冲模设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，1988.

[3] 王先逵. 精密加工技术实用手册[M].北京：机械工业出版社，2001.