四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法
【专利摘要】本发明涉及直线加速器四翼型射频四极场腔体的核心部件制造工艺【技术领域】，尤其是涉及一种四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法。利用深孔钻机床，在单翼底部钻出水冷孔；利用工装进行半精加工，在立式加工中心上用立铣刀精加工单翼的内腔面，在卧式加工中心上用杠杆式千分表找正单翼；用半精加工专用成型刀具加工单翼的极头面，再半精加工刀具粗加工极头曲面；用精加工专用刀具加工单翼极头的调制线，利用三坐标测量仪对单翼的调制线的加工精度进行检测；最后对所有的单翼进行表面酸洗处理。该工艺制造出的单翼精度高、表面光洁度高，总装后在线测量的场频率稳定、场平整度好、场对称度好，与理论值极其吻合。
【专利说明】四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直线加速器四翼型射频四极场腔体的核心部件制造工艺【技术领域】，尤其是涉及一种四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法。
【背景技术】
[0002]射频四极场(Rad1 Frequency Quadrupole, RFQ)腔体高精度单翼的制造水平是影响四翼型RFQ腔体性能参数的关键之一。RFQ腔体是由两件水平单翼和两件垂直单翼钎焊而成，RFQ腔体高精度单翼极头面的形状是波浪形的调制线，安装时相邻的两个单翼波峰对波谷、相对的两个单翼波峰对波峰或波谷对波谷。以这样的方式安装的四个单翼组成腔体，在腔体的束流中心线上产生纵向电场，从而对束流进行加速，其稳定可靠性对加速器非常重要，其加工精度对RFQ腔体非常重要，因此，能否通过良好地机械制造方法保证单翼的加工质量，关系RFQ腔体品质因数的高低、场平整度、对称度的好坏及谐振频率的稳定性。目前，用常规制造方法制造RFQ单翼时，由于产生加工变形、精度不高、单翼之间的一致性差等缺陷，直接影响RFQ单翼的制造水平，甚至容易产生中途报废。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，从而有效解决现有技术的问题。
[0004]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其特点是包括如下步骤:
[0005](I)、一段四翼型射频四极场腔体由四块单翼组成，分别是两块尺寸完全相同的水平单翼和两块尺寸完全相同的垂直单翼；
[0006](2)、利用带形锯床,将尺寸为IlOOmm(长)x410mm(宽)x225mm(高)的长方体无氧铜原材料切割成T字形，在宽度方向的对称轴左右两侧沿长度方向分别切除11 OOmm (长)xl60mm (宽)xl35mm (高)的两个立方体块,T字形中间部分的厚度为90mm,完成两块水平单翼的下料；同样，将尺寸为IlOOmm(长)x370mm(宽)x225mm(高)的长方体无氧铜原材料切割成T字形，在宽度方向的对称轴左右两侧沿长度方向分别切除I10mm(长)xl40mm(宽)xl35mm(高)的两个立方体块，T字形中间部分的厚度为90mm,完成两块水平单翼的下料；
[0007](3)、将切割好的T字形水平单翼在机床上进行粗加工，沿T字形中心对称轴的左右两侧面，由上到下呈阶梯状沿长度方向加工翼的外形，底面宽度354，公差0.1-0.2mm，厚度55mm,单翼中间部分三个台阶由下至上的尺寸分别为:宽度84mm,高度55mm ;宽度44mm,高度55mm ;宽度26臟，高度BOmm ;
[0008](4)、将切割好的T字形垂直单翼在机床上进行粗加工，沿T字形中心对称轴的左右两侧面，由上到下呈阶梯状沿长度方向加工翼的外形，底面宽度394，公差0.1-0.2mm，厚度90mm,单翼中间部分三个台阶由下至上的尺寸分别为:宽度74mm,高度35mm ;宽度46mm,高度50mm ;宽度26mm,高度50mm ；
[0009](5)、利用深孔钻机床，在单翼底部钻出深度100mm直径012的水冷孔，要求孔的直线度为0.3mm ；
[0010](6)、用一块长1100mm，宽460mm，厚度60mm锻铝作为水平单翼半精加工的底板，将单翼用螺钉固定后进行半精加工，所有加工面留精加工余量5mm ；
[0011](7)、在真空炉内对单翼进行去应力热处理，退火温度在550?600°C，保温时间I小时，升温速度50°C /小时，保温结束后随炉冷却至室温；
[0012](8)、在立式加工中心上用立铣刀精加工单翼的内腔面，包括两侧面、凹槽面和焊接面，并且完成钎料槽的加工，极头的调制线部分留出Imm的精加工余量；
[0013](9)、采用三坐标测量仪检测各尺寸是否符合图纸要求，调制线的基准面尺寸及安装尺寸精度达到±0.02mm ；
[0014](10)、在卧式加工中心上用杠杆式千分表找正单翼，保证单翼极头部位的左右对称度在0.02mm以内，同时保证焊接面的平面度在0.03mm以内；
[0015](11)、用半精加工专用成型刀具加工单翼的极头面，先用专用半精加工刀具开粗拉直线，极头面呈直线状，高度方向留余量0.7mm ；
[0016](12)、再用成型刀具粗加工极头曲面，极头面呈波浪形调制线，并留出加工余量
0.3mm ；
[0017](13)、用精加工专用刀具加工单翼极头的调制线，分三次进刀，完成单翼极头面调谐线的加工。每次吃刀量均为0.1mm ；
[0018](14)、利用三坐标测量仪对单翼的调制线的加工精度进行检测，所有尺寸精度完全符合要求，极头调制线的加工精度在0.02mm以内；
[0019](15)、为保证单翼在氢炉中进行钎焊，最后对所有的单翼进行表面酸洗处理，酸洗完成后立即将工件置入真空环境中，防止表面被氧化。
[0020]所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，半精加工和精加工工序，均在恒温20°C的工作环境下进行，保证加工尺寸精度的稳定性和一致性。
[0021]所述的单翼粗加工、半精加工好精加工，需要制造工装夹具，精加工过程中工件始终不与锻铝底板拆分，避免因工装反复拆装造成的误差，便于保证单翼极头侧面、端面与立式加工中心的Z轴轴线平行，其平行度< 0.02mm,同时保证单翼极头的左右对称度好于
0.02mm。
[0022]所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其加工精度测量在恒温20 0C的检测环境下的三坐标测量仪上检测。
[0023]本发明的有益效果是:所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其采用新工艺制造出的单翼精度高、表面光洁度高，总装后在线测量的场频率稳定性好于2.5%。、场平整度好于1.0%、场对称度好于1.2%，与理论值极其吻合。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为单翼粗加工后的示意图；
[0025]图2为本发明的水平单翼结构示意图；
[0026]图3为本发明的垂直单翼结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0028]如图1至3所示，所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其特点是包括如下步骤:
[0029](I)、一段四翼型射频四极场腔体由四块单翼组成，分别是两块尺寸完全相同的水平单翼和两块尺寸完全相同的垂直单翼；
[0030]⑵、利用带形锯床,将尺寸为IlOOmm(长)x410mm(宽)x225mm(高)的长方体无氧铜原材料切割成T字形，在宽度方向的对称轴左右两侧沿长度方向分别切除11 OOmm (长)xl60mm (宽)xl35mm (高)的两个立方体块,T字形中间部分的厚度为90mm,完成两块水平单翼的下料；同样，将尺寸为IlOOmm(长)x370mm(宽)x225mm(高)的长方体无氧铜原材料切割成T字形，在宽度方向的对称轴左右两侧沿长度方向分别切除I10mm(长)xl40mm(宽)xl35mm(高)的两个立方体块，T字形中间部分的厚度为90mm,完成两块水平单翼的下料；
[0031](3)、将切割好的T字形水平单翼在机床上进行粗加工，沿T字形中心对称轴的左右两侧面，由上到下呈阶梯状沿长度方向加工翼的外形，底面宽度354，公差0.1-0.2mm，厚度55mm,单翼中间部分三个台阶由下至上的尺寸分别为:宽度84mm,高度55mm ;宽度44mm,高度55mm ;宽度26臟，高度BOmm ;
[0032](4)、将切割好的T字形垂直单翼在机床上进行粗加工，沿T字形中心对称轴的左右两侧面，由上到下呈阶梯状沿长度方向加工翼的外形，底面宽度394，公差0.1-0.2mm，厚度90mm,单翼中间部分三个台阶由下至上的尺寸分别为:宽度74mm,高度35mm ;宽度46mm,高度50mm ;宽度26mm,高度50mm ；
[0033](5)、利用深孔钻机床，在单翼底部钻出深度100mm直径012的水冷孔，要求孔的直线度为0.3mm ；
[0034](6)、用一块长1100mm，宽460mm，厚度60mm锻铝作为水平单翼半精加工的底板，将单翼用螺钉固定后进行半精加工，所有加工面留精加工余量5mm ；
[0035](7)、在真空炉内对单翼进行去应力热处理，退火温度在550?600°C，保温时间I小时，升温速度50°C /小时，保温结束后随炉冷却至室温；
[0036](8)、在立式加工中心上用立铣刀精加工单翼的内腔面，包括两侧面、凹槽面和焊接面，并且完成钎料槽的加工，极头的调制线部分留出Imm的精加工余量；
[0037](9)、采用三坐标测量仪检测各尺寸是否符合图纸要求，调制线的基准面尺寸及安装尺寸精度达到±0.02mm ；
[0038](10)、在卧式加工中心上用杠杆式千分表找正单翼，保证单翼极头部位的左右对称度在0.02mm以内，同时保证焊接面的平面度在0.03mm以内；
[0039](11)、用半精加工专用成型刀具加工单翼的极头面，先用专用半精加工刀具开粗拉直线，极头面呈直线状，高度方向留余量0.7mm ；
[0040](12)、再用成型刀具粗加工极头曲面，极头面呈波浪形调制线，并留出加工余量
0.3mm ；
[0041](13)、用精加工专用刀具加工单翼极头的调制线，分三次进刀，完成单翼极头面调谐线的加工。每次吃刀量均为0.1mm ；
[0042](14)、利用三坐标测量仪对单翼的调制线的加工精度进行检测，所有尺寸精度完全符合要求，极头调制线的加工精度在0.02mm以内；
[0043](15)、为保证单翼在氢炉中进行钎焊，最后对所有的单翼进行表面酸洗处理，酸洗完成后立即将工件置入真空环境中，防止表面被氧化。
[0044]所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，半精加工和精加工工序，均在恒温20°C的工作环境下进行，保证加工尺寸精度的稳定性和一致性。
[0045]所述的单翼粗加工、半精加工好精加工，需要制造工装夹具，精加工过程中工件始终不与锻铝底板拆分，避免因工装反复拆装造成的误差，便于保证单翼极头侧面、端面与立式加工中心的Z轴轴线平行，其平行度< 0.02mm,同时保证单翼极头的左右对称度好于
0.02mm。
[0046]所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其加工精度测量在恒温20 0C的检测环境下的三坐标测量仪上检测。
[0047]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其特点是包括如下步骤: (1)、一段四翼型射频四极场腔体由四块单翼组成，分别是两块尺寸完全相同的水平单翼和两块尺寸完全相同的垂直单翼； (2)、利用带形锯床，将尺寸为1100mm(长)x410mm(宽)x225mm(高)的长方体无氧铜原材料切割成T字形，在宽度方向的对称轴左右两侧沿长度方向分别切除IlOOmm(长)xl60mm (宽)xl35mm (高)的两个立方体块,T字形中间部分的厚度为90mm,完成两块水平单翼的下料；同样，将尺寸为IlOOmm(长)x370mm(宽)x225mm(高)的长方体无氧铜原材料切割成T字形，在宽度方向的对称轴左右两侧沿长度方向分别切除I10mm(长)xl40mm(宽)X135mm(高)的两个立方体块，T字形中间部分的厚度为90mm,完成两块水平单翼的下料； (3)、将切割好的T字形水平单翼在机床上进行粗加工，沿T字形中心对称轴的左右两侧面，由上到下呈阶梯状沿长度方向加工翼的外形，底面宽度354，公差0.1-0.2mm，厚度55mm,单翼中间部分三个台阶由下至上的尺寸分别为:宽度84mm,高度55mm ;宽度44mm,高度55mm ;宽度26mm,高度BOmm ； (4)、将切割好的T字形垂直单翼在机床上进行粗加工，沿T字形中心对称轴的左右两侧面，由上到下呈阶梯状沿长度方向加工翼的外形，底面宽度394，公差0.1-0.2mm，厚度90mm,单翼中间部分三个台阶由下至上的尺寸分别为:宽度74mm,高度35mm ;宽度46mm,高度50mm ;宽度26mm,高度50mm ； (5)、利用深孔钻机床，在单翼底部钻出深度100mm直径012的水冷孔，要求孔的直线度为0.3mm ； (6)、用一块长1100mm，宽460mm，厚度60mm锻铝作为水平单翼半精加工的底板，将单翼用螺钉固定后进行半精加工，所有加工面留精加工余量5mm ； (7)、在真空炉内对单翼进行去应力热处理，退火温度在550?600°C，保温时间I小时，升温速度50°C /小时，保温结束后随炉冷却至室温； (8)、在立式加工中心上用立铣刀精加工单翼的内腔面，包括两侧面、凹槽面和焊接面，并且完成钎料槽的加工，极头的调制线部分留出Imm的精加工余量； (9)、采用三坐标测量仪检测各尺寸是否符合图纸要求，调制线的基准面尺寸及安装尺寸精度达到±0.02mm； (10)、在卧式加工中心上用杠杆式千分表找正单翼，保证单翼极头部位的左右对称度在0.02mm以内，同时保证焊接面的平面度在0.03mm以内； (11)、用半精加工专用成型刀具加工单翼的极头面，先用专用半精加工刀具开粗拉直线，极头面呈直线状，高度方向留余量0.7mm ； (12)、再用成型刀具粗加工极头曲面，极头面呈波浪形调制线，并留出加工余量0.3mm ； (13)、用精加工专用刀具加工单翼极头的调制线，分三次进刀，完成单翼极头面调谐线的加工。每次吃刀量均为0.1mm ； (14)、利用三坐标测量仪对单翼的调制线的加工精度进行检测，所有尺寸精度完全符合要求，极头调制线的加工精度在0.02mm以内； (15)、为保证单翼在氢炉中进行钎焊，最后对所有的单翼进行表面酸洗处理，酸洗完成后立即将工件置入真空环境中，防止表面被氧化。
2.根据权利要求1所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其特征在于:所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，半精加工和精加工工序，均在恒温20°C的工作环境下进行，保证加工尺寸精度的稳定性和一致性。
3.根据权利要求1所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其特征在于:所述的单翼粗加工、半精加工好精加工，需要制造工装夹具，精加工过程中工件始终不与锻铝底板拆分，避免因工装反复拆装造成的误差，便于保证单翼极头侧面、端面与立式加工中心的Z轴轴线平行，其平行度< 0.02mm,同时保证单翼极头的左右对称度好于0.02mm。
4.根据权利要求1所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其特征在于:所述的四翼型射频四极场腔体高精度单翼的制造方法，其加工精度测量在恒温20°C的检测环境下的三坐标测量仪上检测。
【文档编号】B23P15/00GK104128752SQ201410343133
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】孙国平, 李学敏, 牛小强, 谢春安, 王文进, 王丰, 张小奇, 雷海亮, 徐大宇 申请人:中国科学院近代物理研究所