一种天线窗口高效高精度加工方法

徐鹤　宫顼　田桂芝　王琦

摘 要：本文提出了一种复合材料天线窗口高效高精度加工方法，目的是解决传统天线窗口加工方式繁琐的缺点。通过设计工艺装备、优化加工流程等，保证窗口加工符合要求。在型号生产中的应用表明，新工艺可有效节省生产成本，提高生产效率，保证产品质量，可广泛应用于航空航天产品。

关键词：天线窗口 复合材料 高效高精度加工方法

中图分类号：TN953 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）03（c）-0053-02

天线是航天产品结构的一部分，承受着气动外压、气动加热和冲击、振动等环境。由于其外表面存在复合材料防热层，防热层本身含有的碳元素经烧蚀后产生的碳化层对电磁波的传输有屏蔽作用。为保证电波的传输，就不得不将天线处的防热材料局部开口并更换材料，即形成天线窗口。天线窗和复合材料防热层具有不同的热膨胀系数要求它们之间留有一定的缝隙，其配合缝隙的存在能使边界层紊流度增加，致使表面热流率加大。因此，天线窗口的加工质量及加工精度显得尤为重要[1-2]。本文就其中的窗口间隙问题进行深入的研究和探讨。

带有天线的航天产品一般由金属壳体与复合材料防热层胶接形成，金属壳体在胶接前已加工出天线安装部位，在胶接后需以金属壳体上已有窗口为基准对复合材料防热层进行加工，并与天线盖板试配，保证配合间隙。由于各型号的不同需要，配合间隙的要求也不一致，一般来说，要求配合间隙≤0.3mm，如图1所示。

1 实验

1.1 手工加工方法

传统手工加工方法是采用手工划线锉修窗口方法，工艺流程为：安装钻模→钻中心孔→划窗口外形线→粗开→精开→适配并重复精开动作。为保证加工精度，需为每一个不同尺寸的窗口制作专用的窗口划线工装，具体工艺流程为：① 在天线窗口内安装中心孔钻模；② 用手电钻从内到外钻中心孔；③ 将划线样板上孔对正防热层上已有孔，插销固定，用划针劃出窗口外形线（留余量）；④以已划外形线为基准，去除多余防热层；⑤ 用金刚砂磨头打磨多余防热层，以金属壳体窗口为基准，保证防热层与金属的尺寸差，不断试配天线盖板，不断精修，保证均匀的配合间隙。

由于手动划针划线带来的误差，窗口处的划线往往并不精确，通常精加工至留余量不少于1mm，之后的手工锉修需要不断试配天线盖板以保证加工精度；另外由于手工加工，锉修的方向不能保证完全与产品轴线平行，锉修的力度掌控也需凭借操作者的经验，导致的结果就是窗口的局部点内外间隙不同，甚至超差。

1.2 数控加工方法

为提高天线窗口的加工精度，对导弹天线窗口数控加工技术进行了研究，其工艺流程为：划线→装夹找正→窗口粗开→窗口精找正→窗口精开。

天线窗口的数控加工法中，为保证加工精度，存在多次找正的情况，具体工艺流程为：①在防热层外表面粗划窗口外形参考线；② 将产品装夹到机床上并找正；③ 以参考线粗铣窗口，四周留余量；④找正窗口中心点；⑤ 编制程序，对窗口进行精加工，保证防热层与金属口框的尺寸差值。

该加工方法利用加工程序进行加工，能很好地保证产品的加工精度，但需对产品进行装夹及多次找正，延长了加工时间，且其加工精度较大程度上依赖于找正精度。该方法较适用于少量产品的加工，不适合批量、进度急的型号生产。

1.3 天线窗口加工新方法

天线窗口手工加工法及数控加工法都各有其优缺点，其适用范围也不一样，但都消耗大量人力，生产效率低下，无法实现低成本制造技术及产业化。目前武器型号生产中有大量的天线窗口加工需求，对窗口的加工要求也逐渐提升，尤其是窗口间隙的加工精度。一旦配合间隙超差，严重时可致使产品报废。针对这类问题，设计并制作了精度高而又简易的工装，完善传统的加工方法，为产品加工的质量、效率提供了保障，且大幅降低了生产成本。优化后的加工工艺流程为：安装钻模→钻中心孔→划粗开线→粗开→划精开线→精开。

本工艺方案的核心解决手工划线精度问题和加工面垂直度问题，设计的精加工工装由图2的两部分组成，二者配合使用。

（1）精划线工装原理：近封口形金属铝块，与防热层接触处为尖锐的划针样式。它以金属壳体已有窗口内表面为基础，通过位置保证和定位面的限定，使用自带划针进行移动式划线。由于它的划线基准为金属壳体窗口表面，且完全消除手动划针带来的偏差，精度较高。将精划线工装一侧紧贴金属口框内侧，将工装自带划线尖角对准防热层，移动工装，精划窗口外形线。该外形线是窗口最终的精加工尺寸，是加工过程中不能超过的界限。

（2）精加工工装原理：采用不锈钢制成，用于天线窗口精开时手电钻的导向限制。工装外侧与金属口框贴合，工装内侧对电动工具的方向和加工范围进行限定，使加工时能有效防止手电钻因人为操作不当而导致的大角度偏转或防热层损伤，对产品金属部分也形成了保护。这样在精加工时，一方面有精准的划线参考，一方面有手电钻加工导向限制，两个工装的配合使用能够较好完成窗口手工加工操作，使加工面平整，间隙均匀，精度符合要求。更加重要的是，这种加工方法大大提高了生产效率，减轻了人员的劳动强度。

2 结果与讨论

将三种方法分别以加工10件试验件进行质量和效率上的直观比较。结果手工加工方法废品率为20%，加工时间4～4.5h；数控加工方法废品率为0，加工时间5h；窗口加工新方法废品率为0，加工时间2h。可见新方法有效提高生产率，降低废品率，极大程度上实现了低成本高效高质量生产制造。

通过实际应用表明，天线窗口高效高精度加工方法避免了手工加工试配的繁琐和易超差，加工质量较高，配合间隙≤0.3mm，结果完全满足天线窗口加工精度要求。

3 结语

天线窗口高效高精度加工方法主要创新性地设计了高精度窗口划线工装，优化了窗口加工工艺流程，既解决了划线精度问题，又降低了操作难度，提高了加工质量和加工效率。目前车间面临的批产型号任务量大、型号生产进度急、要求质量高，上述天线窗口高效高精度加工方法的提出为型号的生产起到了关键的作用，工装的简单易用性也大幅地节省了生产成本，从根本上实现了低成本制造技术及产业化。上述方法已成功应用到批产型号的研制生产中。

参考文献

[1] 彭望泽.导弹与航天丛书—防空导弹天线罩[M].北京： 宇航出版社，1991.

[2] 王国雄.导弹与航天丛书—弹头技术[M].北京：宇航出版社，1993.

[3] 徐鹤.一种天线窗口高效高精度加工方法[A].第三届中国国际复合材料科技大会摘要集-分会场46-50[C].中国复合材料学会，杭州市人民政府：中国复合材料学会，2017.