一种整体波导型腔剖分加工的方法与流程

本发明属于精密机械制造技术领域，涉及整体波导型腔加工领域，尤其涉及一种整体波导型腔剖分加工的方法。加工中先将整体结构按加工特征进行剖分，再使用销轴将加工出的若干个被剖分零件通过其上的定位销孔进行精密配合组装，得到理想的整体波导型腔零件的一种方法。

背景技术：

毫米波雷达目前在制导、战略、战术通信、电子对抗等诸多方面得到了广泛地应用，且波导型腔作为毫米波雷达不可或缺的关重部件，是毫米波雷达等电子装备中最为重要的部件，毫米波雷达波导型腔其种类涵盖面既广且组成形式繁多，而波导型腔自身的腔体除了结构复杂、加工精度要求高外，还要求其具备高导热、高导电与高密封性等等特点。由于波导型腔加工精度要求高，加工难度大，因此上，给波导型腔的高精度、高质量加工带来了问题。

毫米波雷达波导型腔由于种类繁多，且许多波导型腔往往外形规整而内腔复杂，具有台阶面多、槽多、孔多、尺寸小且加工精度高和表面粗糙度要求高等加工方面的要求。一般情况下，对毫米波雷达波导型腔的加工中，既需要使用高精密加工机床，还需要用到电火花、线切割等加工设备，而采用电火花、线切割等这样的加工方法就造成了毫米波雷达波导型腔在其整个加工过程中，不但其加工难度大、加工工艺复杂，且容易出现加工质量问题。由于加工方法选择上的不合理，因而就导致了毫米波雷达波导型腔的加工过程中，极易出现成品率低、加工周期长、加工成本大幅度上升等等问题。为了解决上述在毫米波雷达波导型腔加工中存在的诸多问题，就需要对毫米波雷达波导型腔采用一种与众不同的加工方法，从而使得毫米波雷达波导型腔能够以最佳、最合理、最有效的加工方法，来满足毫米波雷达对其广泛而大量地需求。

波导型腔毫米波组件是现代毫米波雷达等电子装备的重要部件，由于其种类繁多、结构复杂、尺寸精度要求高，因而它的制造加工难度大、成本高。

波导型腔的加工主要存在以下几个难点：

1)高尺寸精度、高形状位置精度和表面质量要求；

毫米波组件波导腔体的面、槽、孔等几何要素的尺寸精度和形位精度是电性能的重要设计参数和影响要素，由于零件工作于毫米波频段，机电耦合的要求对腔体制造精度提出很高的要求，其尺寸精度要求多为it6～8级，而关键部位精度甚至要达到it5～6级。例如，8mm波导尺寸加工精度要求为±0.02mm，其中3mm波导腔体尺寸加工精度要求为±0.01mm以内，有时甚至要求达到±0.005mm；毫米波组件波导腔的面、槽的表面粗糙度则多要求在ra0.8以下，其槽型、孔系的位置精度也有相当严格的要求，在通常情况下，槽型与孔系相对于基准的垂直度、位置度、对称度等型位精度要求不大于0.02mm。

2)材料塑性高，精加工困难；

由于高导热、高导电以及高密封性的使用需求，波导型腔多使用塑性较好的铝合金或铜合金材料，由于整个微波系统结构十分紧凑，对波导腔体的重量有严格的限制，故腔体零件多含薄壁、小孔、槽等复杂要素，这些都导致零件在定位、装夹和加工时产生变形，难以获得高的加工精度。

3)加工基准与设计基准不一致

通常零件制造加工时，设计基准、加工基准和检测基准保持一致，容易获得高的加工精度。毫米波组件腔体设计要求严格的对称度和同轴度，其设计基准多为波导腔体几何中心，而多数情况下，由于加工工艺的限制不能采用中心定位来装夹，仅可采用外表面这些间接的加工基准来定位进行装夹，这种装夹方式相对于设计基准存在误差。另外由于加工部位多，需要进行多工步、多工序加工，基准难以保持一致，这会导致零件加工可靠性差、生产效率低、质量不够稳定和成品率低。

4)波导型腔的整体性要求高。

其整体性直接影响电磁波的波形与传输。为保证型腔的整体性，经常需要用到电火花、线切割等特种加工设备，需要针对不同型腔制作不种电极和装夹工装，加大生产周期，增加制造成本。

加工整体波导型腔，传统加工方法主要有两种：一是在数控机床上加工出零件外形(留适量的精加工余量)——用线切割加工内部腔型——在数控铣床上精加工外形与端面孔系——钳工修抛型腔表面达到表面粗糙度要求，该种工艺方式只适用于直槽型型腔或喇叭型型腔的加工；二是在数控机床上加工出零件外形(留适量的精加工余量)——制作与型腔尺寸一致的电极——利用电火花机床加工内部腔型——在数控机床上精加工外形与端面孔系，该种工艺方式适用于直槽型腔和台阶型腔的加工。

技术实现要素：

要解决的技术问题

本发明特别针对毫米波雷达波导型腔加工的实际，对毫米波雷达波导型腔的加工过程进行了改进，以达到采用简单易行的方法就能即快速、又确保精密地加工毫米波雷达波导型腔，同时还大幅度降低加工周期，且又能减少各种加工设备的投入，并达到能保证毫米波雷达波导型腔在采用常规设备进行加工时就能高效率、高质量地生产且完全符合设计要求，且被工艺和检验认可的目的。

在毫米波雷达波导型腔整个加工过程中，其毫米波雷达波导型腔的加工方法是高精度加工毫米波雷达波导型腔的重中之重。这是因为，毫米波雷达波导型腔是毫米波雷达波完成雷达发射和接收功能的最为重要的整件，起着毫米波雷达探测灵敏度是否达到设计指标至关重要的作用。因而，毫米波雷达波导型腔的科学、合理、保质保量地加工就是毫米波雷达不可或缺的最为重要的一环。本发明中的毫米波雷达波导型腔是将整体波导分别对称剖开，使其成为两个剖开的对称的腔体组成的。原毫米波雷达波导型腔采用整体加工时，其加工过程中主要存在以下问题，首先，若使用电火花加工设备进行加工时，因电火花加工属于金属融化加工形式，即在加工波导型腔时，电火花设备是从波导型腔大口向小口方向进行加工，此时电极在产生电火花时，电极产生的热量既烧融着波导型腔，同时电极的尺寸本身也随之在变小，因而，在即将完成波导型腔的内腔加工时，却难以保证小口的加工精度，致使波导型腔极易出现加工质量问题；且电火花设备加工的时间也较长，本例中波导型腔自身高度为60mm，加工时间长达6小时。其次，若是使用线切割设备进行毫米波雷达波导型腔内腔加工的话，那么，首先就要在该波导型腔两端钻孔，以便操作者穿线切割丝。由于该波导型腔内腔尺寸小，因而只能使用φ1特制加长钻头将该波导型腔钻穿，然后才能穿丝后，进行线切割加工。但是，因钻孔的钻头自身直径小，仅为φ1，故在进行钻穿加工过程中，因排屑不畅，极易造成该规格钻头折断，则使得波导型腔加工效率低。在完成波导型腔钻穿加工过程后，因该波导型腔内腔切削角为17°，还存在着波导型腔大口与小口的口径尺寸不一致，因而还必须制作相应的装夹、调整工装，以确保在进行线切割加工过程中，该波导型腔内腔的切削角为17°，所以，采用线切割设备进行该波导型腔内腔加工时，生产效率也是不高的，且需要操作者不停地调整线切割设备上装夹的自制装夹、调整工装，才能完成该波导型腔内腔的加工。但是，线切割加工还存在着在该波导型腔内腔上有线切割丝在线切割加工过程中的呈波浪形的纹路，又会产生影响毫米波电气性能的问题。由此可见，在加工该波导型腔内腔时如果使用电火花、线切割进行该类型毫米波雷达波导型腔内腔加工时，设备的加工效率不高，易出现各种加工问题，而且电火花、线切割设备都易出现加工精度和表面粗糙度达不到设计所要求的加工精度和表面粗糙度的问题。

为了避免现有技术的存在工序繁琐、加工局限性大、加工基准容易偏差和产品加工周期长、成品率低等缺点，本发明提供一种整体波导型腔剖分加工法。

技术方案

一种整体波导型腔剖分加工的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将波导型腔腔体从中心部位沿着波导腔的方向将其剖分为上、下两部分；

步骤2：采用机用虎钳与适合剖分零件外形的专用工装将剖分零件夹紧在机床上；

步骤3：在剖分零件的表面中心线的两边，对称的使用铣刀从一端到另一端铣一个锥形的波导腔；

步骤4：在波导腔两边添加定位销轴、销孔和用来组合紧固的螺钉孔；

步骤5：将上、下两部分腔体先使用定位销轴和对应的销孔进行定位，然后使用螺钉紧固，组成整体波导；

步骤6：在波导的两端法兰盘加工波导端面过孔。

步骤2中的机床选用切削精度和重复定位精度小于±0.005mm的加工中心或者拥有同样加工精度的铣床。

加工中心采用的是韩国起亚的hi—v560m高速加工中心。

步骤3中使用直径为的铣刀从一端到另一端铣一个锥形的波导腔，所述的波导腔与中心线成17°；波导腔的加工精度为±0.01mm和表面粗糙为0.8μm。

有益效果

本发明采用的先将整体毫米波雷达波导型腔从中一分为二，在完成其高精度和高表面粗糙度加工后，再将其合二为一的加工方法，就是将原来采用的较为复杂的加工方法，变成了易于普通操作者进行的加工方法，直接降低对操作者的加工技术技能的要求，便于批量生产加工毫米波雷达波导型腔。其从根本上解决了原来所采用该类型毫米波雷达波导型腔的加工方法，在该类型毫米波雷达波导型腔的加工过程中时，往往因加工方法选用的不合理，使得操作者难以保证波导型腔内腔的加工精度和内腔的表面粗糙度的加工质量问题。而采用本发明的加工方法，最终达到了该类型毫米波雷达波导型腔加工合格率为100％的质量目标，同时单个该类型毫米波雷达波导型腔就节约加工工时5小时以上，也大幅度提高了毫米波雷达波导型腔的加工效率。因此上，为毫米波雷达提高其探测灵敏度和探测距离提供了有益的支持。因此上，采用本发明的加工技术方案，最终达到了最大限度地减少使用者的使用难度和降低使费用的目的。

采用本发明的加工技术方案，从根本上解决了原来那种既难以保证该类型毫米波雷达波导型腔的加工精度和表面粗糙度；又难以保证加工该类型毫米波雷达波导型腔的合格率100％的质量目标，同时，在其整个加工过程中还因加工质量问题致使生产效率低下等诸多问题，并且很好地完成了该型毫米波雷达波导型腔高质量和高效率的加工。

本发明提出的一种整体波导型腔剖分加工的方法，与现有方法相比本发明的有益效果如下：

1、减少设备投入；

采用整体波导型腔剖分加工法加工波导型腔，不再需要投入电火花、线切割等特种加工设备。在制造精度达到一定要求后，不需要使用真空焊接，而直接用销钉、螺钉紧固腔体就能达到整体波导型腔所需的精度要求，这样单套节省设备投入就达数万元。

2、减少工装投入；

采用整体波导型腔剖分加工法加工波导型腔，生产波导型腔不用再另外加工电极与辅助工装，节约了工装的投入成本。

3、缩短了产品生产周期；

采用整体波导型腔剖分加工法加工波导型腔，单件产品生产周期至少节省三天以上，这样就能大幅提高生产效率、降低人员及辅助成本。

4、提高产品成品率；

采用整体波导型腔剖分加工法加工波导型腔，简化了整体波导型腔的加工工序，消除了工序过多对加工基准与制造精度的影响，进而提高了产品的成品率。

附图说明

图1直槽型波导型腔示意图

图2直槽型波导型腔剖开结构外形图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

对毫米波雷达波导型腔内腔进行加工时必须解决下列问题：既要满足毫米波雷达波导型腔最终的加工精度和表面粗糙度，即毫米波雷达波导型腔内腔的加工精度±0.01mm，毫米波雷达波导型腔内腔的表面粗糙0.8μm，同时还必须保证本发明选择的加工方法能保质保量、高效率地完成加工。本发明采用的技术方法是：将原来整体的毫米波雷达波导型腔对称剖开，使得原来采用电火花、线切割加工设备无法解决的加工精度和加工质量问题得到彻底解决。也就是将毫米波雷达波导型腔剖开后，对剖开后的两半个毫米波雷达波导型腔，用数控铣床进行加工，在加工过程中，确保剖开后毫米波雷达波导型腔的加工精度和内腔表面粗糙度分别达到毫米波雷达波导型腔的加工精度±0.01mm和毫米波雷达波导型腔的表面粗糙0.8μm。在完成上述加工尺寸后，再在这两个半边毫米波雷达波导型腔上的其中一个半边波导型腔的两头分别钻两个销钉孔，销钉孔的加工精度为另外一个半边波导型腔的两头则钻紧配合孔两个其中销钉孔和在另一个上的所钻的孔是为其紧密配合在一起所用，然后将两个半个波导型腔组合在一起后，再将其两个波导型腔的高度加工到60mm后，就完成了该类型毫米波雷达波导型腔的高精度、高效率的加工。本发明所采用的先将整体的该类型毫米波雷达波导型腔一剖为二，并将这两半个波导型腔的内腔分别进行加工，在满足毫米波雷达波导型腔设计要求的加工精度和表面粗糙度后，再将其合二为一的技术方案。最后在完成对其的装配后，所取得的该类型毫米波雷达波导型腔加工精度和内腔表面粗糙度等数据均得到了设计和检验的认可。

参见附图2，本发明采用的是先将整体毫米波雷达波导型腔从中一分为二，在完成其高精度和高表面粗糙度加工后，再将其合二为一的加工方法。操作者现将整体的毫米波雷达波导型腔从中剖开即一分为二，然后按设计师所要求的加工精度和表面粗糙度对分割为两半个的波导型腔进行加工，在满足两个半边的波导型腔加工精度和表面粗糙度的前提下，对称各钻两个定位销钉孔和两个过盈配合孔。其中销钉孔的加工精度为另外一个半边的波导型腔过盈配合孔的加工精度为在加工完两个半边之波导型腔后的配合间隙孔和销钉孔后，对这两个半边波导型腔进行组装，将配合孔的一个半边波导型腔与销钉孔的另一个销钉孔的波导型腔进行过盈配合装配，即将二者合二为一。在完成配合装配后，再将预先预留的工艺加工尺寸加工到设计所要求的毫米波雷达波导型腔高度，也就是加工到该毫米波雷达波导型腔高度60mm后，就完成了该类型毫米波雷达波导型腔的全部加工过程。

(1)精确剖分

依照图纸文件，认真分析波导型腔的具体特点，按照不同的腔体层数(单层或多层)，通过相应的剖切面将整体型腔细致剖分，针对剖分后的每一个具体零件进行工艺分析，确定行之有效的加工路径。本具体实施例将波导型腔腔体从中心部位沿着波导腔的方向将其剖分为上、下两部分。

(2)机床准备

选用可实现小直径刀具加工的高速加工中心，譬如hi_560m高速加工中心，其数控系统为西门子840d，最高转速为40000r/min，最高进给速度为50米/分钟，行程为1000㎜×560㎜×460㎜，可实现小直径刀具的加工。

(3)夹具准备

选用机用精密虎钳与适合剖分零件外形的专用工装相结合的夹紧方式。

(4)刀具准备，

根据腔体尺寸，选用(合适型号)合金铣刀，每支刀具正式加工前都需进行试加工，对加工出试件的尺寸使用光学非接触式检测机进行尺寸检测，确定刀具实际加工尺寸和理论尺寸的差值，在正式加工零件时用该差值补偿每支刀具尺寸。

(5)程序准备

采用cad/cam编程软件与手工编程相结合的方式编制程序。在剖分零件的表面中心线的两边，对称的使用直径为的铣刀从一端到另一端铣一个锥形的波导腔，所述的波导腔与中心线成17°；波导腔的加工精度为±0.01mm和表面粗糙为0.8μm。

(6)加工零件

使用高速加工中心分别进行加工出剖分的零件。

(7)完成整件

将零件精确装配紧固成所需完整部件，再加工端面孔系，最终得到整体波导型腔。

本发明中采用的将整体波导型腔分割成两个半边的加工方法，主要用于该类型毫米波雷达波导型腔的快速加工。且在该类型毫米波雷达波导型腔高精度、高质量的整个加工过程中，即能很好地满足各企事业单位预研、研制和大批量生产过程中毫米波雷达对该类型毫米波雷达波导型腔需要，同时还做到了有效地降低了在其整个加工过程中的各种支出，也同步提高了该类型毫米波雷达波导型腔的加工效率。且能在最大限度提高研发、生产和制造毫米波雷达的企事业单位经济效益的同时，这对于提高研发、生产和制造毫米波雷达的企事业单位的市场竞争力均有很大的益处。