一种4m望远镜主镜室箱体加工方法与流程

本发明属于望远镜技术领域，具体涉及一种4m望远镜主镜室箱体加工方法。

背景技术：

光学望远镜，是用于收集可见光的一种望远镜。在地基光电探测设备对空中目标的观测过程中，大型望远镜发挥着十分重要的作用。过去的20年，国内外投入使用的4m级光学望远镜越来越多，而我国研发成功的大型光学望远镜仅仅几台。

4m级光学望远镜主镜室箱体要求极高，主要表现为以下几点：（1）主镜室箱体主要由上、下面板焊接而成，上、下面板分别采用采用δ10、δ6钢板拼焊成形，12条边都留加工余量10mm，拼焊坡口用刨床加工，拼焊缝的错边量不超过0.5mm，焊缝采用全焊透，ut探伤ⅱ级合格，上、下面板拼焊完，探伤合格后，须整体校平，平面度不得超过0.05mm；（2）上、下面板之间设置有60个轴向支撑柱和48个径向支撑柱，径向支撑柱和轴向支撑柱安装端面平面度要求为0.05mm；（3）主镜室分区为6个，每个分区都要求密闭，并能进行抽真空工作，对密封度要求高；（4）主镜室内部需要进行喷漆，因加工过程需要两步退火工序，因此对于喷漆要求也很高，保证油漆不会掉落；（5）径向支撑柱焊接孔和轴向支撑柱焊接孔加工，孔距经红外线检测误差应该小于0.01mm；(6)加工完成后需要对主镜室箱体内部进行清理，保持主镜室箱体内部清洁度；（7）主镜室箱体的加工后重量有要求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种4m望远镜主镜室箱体加工方法，本发明包括零件制备、工件焊装、工件退火处理和工件铣床加工四个步骤，在工件焊装、工件退火处理和工件铣床加工中联合使用工艺平台，有效防止焊接过程、退火过程和铣床加工过程工件变形，使得最终加工的工件能够满足4m望远镜使用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种4m望远镜主镜室箱体加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）零件制备：将钢板焊接成5000mm×5000mm的上面板和下面板，并且在上面板上加工第一径向支撑柱焊接孔和第一轴向支撑柱焊接孔，在下面板上加工第二径向支撑柱焊接孔、第二轴向支撑柱焊接孔和筋板焊接槽；用钢板加工得到12条1200mm×450mm的边条和6条1200mm×450mm筋板；加工得到径向支撑柱和轴向支撑柱；

（2）工件装焊：将上面板压紧在工艺平台后，把全部轴向支撑柱和径向支撑柱与上面板预装，随后将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上面板点焊，检测装配是否到位；确认无误后将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与下面板点焊；用螺栓将工件与工艺平台固定后，抽出需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱，将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上面板和下面板焊接固定；随后将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱由内到外依次装配焊接；随后将边板与上面板和下面板焊接固定，合格后拆下工艺平台；将下面板放置在工艺平台上，用螺栓将工件与工艺平台固定好，随后将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱与上面板焊接牢固；

（3）工件退火、喷砂和底漆处理：将工件与工艺平台一起退火，随后将工艺平台和螺栓拆下，检查上面板和下面板的变形情况，并校平；加工后的工件喷砂、底漆处理；

（4）工件铣床加工：将工艺平台的工装上班重新加工后，将工件下平面放置在工艺平台上，加工上面板，随后拆下工艺平台，将工件上平面放置在工艺平台上，加工下面板。

优选的，零件制备包括以下步骤：

步骤一：采用δ10mm钢板拼焊成5000mm×5000mm的上面板，采用δ6mm钢板拼焊成5000mm×5000mm的下面板，采用δ10mm钢板加工得到12条1200mm×450mm的边条；

步骤二：将上面板和下面板整体校平；

步骤三：将上面板在数控龙门铣床上加工出直径为200mm的第一径向支撑柱焊接孔和直径为130mm的第一轴向支撑柱焊接孔，将下面板在数控龙门铣床上加工出直径为180mm的第二径向支撑柱焊接孔和直径为244mm的第二轴向支撑柱焊接孔；将相临的边条加工出焊接坡口，并在下面板上加工出6条1200mm×10mm×1mm筋板塞焊槽；

步骤四：将上面板、下面板和12条边条整体校平，并喷砂喷涂高温油漆；

步骤五：采用δ10mm钢板加工得到1200mm×450mm筋板并校平，最后喷砂喷涂高温油漆；

步骤六：加工得到轴向支撑柱和径向支撑柱，随后喷砂喷涂高温油漆。

优选的，所述工件装焊包括以下步骤：

步骤一：将上面板压紧在工艺平台上，在上面板上划出6条筋板装配线，并将轴向连接板插入第一轴向支撑柱焊接孔中，同时将径向支撑法兰盘插入第一径向支撑柱焊接孔内，然后将筋板按筋板装配线点焊牢固，并且将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑与上面板点焊；

步骤二：装配了1/6径向支撑柱和轴向支撑柱后用激光跟踪仪检测轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度，达到后继续装配；将下面板吊与筋板上，检查第二轴向支撑柱焊接孔、第二径向支撑柱焊接孔和筋板分别与轴向大支撑筒、径向支撑筒和筋板塞焊槽是否对齐，从而预装检查第一轴向支撑柱焊接孔、第一径向支撑柱焊接孔和筋板装配线是否能装配到位，确认无误时，将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与下面板点焊牢固定位；

步骤三：用螺栓将轴向支撑柱和径向支撑柱压紧在工艺平台上，抽出需要二次装配的径向支撑柱和轴向支撑柱，将工件与工艺平台立在焊接平台上，然后将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上面板和下面板焊接固定；

步骤四、焊接完成后，释放应力，将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱从内到外依次装配焊接，焊接后再释放应力，随后检测筋板与径向支撑柱和轴向支撑柱的焊缝，以及筋板与上面板和下面板的焊缝，最后检测轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度，装配焊接时一个装配焊接固定好后再装配焊接后面一个；

步骤五、随后将边板与上面板和下面板焊接固定，合格后拆下工艺平台；

步骤六、将下面板放置在工艺平台上，用螺栓将工件与工艺平台固定好，随后将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱与上面板焊接牢固，焊接完成后释放应力，并经查轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度。

优选的，筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上下面板焊接固定时应以小电流多层多道对称施焊，顺序应先焊径向支撑柱和轴向支撑柱与筋板的焊缝，最后焊筋板与上面板的焊缝，焊完1/6并释放一下应力后，用需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱试装一下，合格以后再继续焊接，同时在焊接时应随时测量轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度变化，而调整焊接位置，并且随时释放焊接应力。

优选的，所述检查上面板和下面板的变形情况时，包括检查轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度和垂直度是否小于0.5mm，检查上面板和下面的平面度是否小于0.5mm。

优选的，所述工件铣床加工包括以下步骤：

步骤一、将工艺平台的工装上板加工至ra3.2，平面度0.05mm；

步骤二、将工件下面板放置在工艺平台上，以上面板为基准找平找正，复查轴向支撑柱的位置度和垂直度是否满足要求；

步骤三、检查合格后，用铣床加工上面板至ra3.2，平面度0.05mm；并在上面板上加工多个φ35的孔，加工φ35的孔先粗钻后用铰刀加工保证同心度；

步骤四、拆下工艺平台，将工件上平面放置在工艺平台上，用铣床加工下面板至ra3.2，平面度0.05mm；并在下面板上加工多个φ35的孔，加工φ35的孔先粗钻后用铰刀加工保证同心度；

步骤五、清理毛刺。

本技术方案的有益效果如下：本发明包括零件制备、工件焊装、工件退火处理和工件铣床加工四个步骤，在工件焊装、工件退火处理和工件铣床加工中联合使用工艺平台，有效防止焊接过程、退火过程和铣床加工过程工件变形，使得最终加工的工件能够满足4m望远镜使用。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1是4m主镜室箱体的结构示意图；

图2是上面板的结构示意图；

图3是下面板的结构示意图；

图4是轴向支撑柱的结构示意图；

图5是径向支撑柱的结构示意图；

图6是工艺平台的俯视图；

图7是图6中c-c处的剖视图；

图8是工艺平台的正视图；

图9是图8中a-a处的剖视图；

图中：1、工装上板；2、工装下板；3、第一工装围板；4、第二工装围板；4.1、第二工装围板a；4.2、第二工装围板b；4.3、第二工装围板c；4.4、第二工装围板d；4.5、第二工装围板e；4.6、第二工装围板f；4.7、第二工装围板g；5、第一工装筋板；6、第二工装筋板；7、中心筒安装孔；8、第一安装盲孔；9、第二安装盲孔；10、第三安装盲孔；11、第四安装盲孔；12、螺纹孔；101、轴向大支撑筒；102、轴向支撑过渡板；103、轴向小支撑筒；104、轴向连接板；201、径向支撑法兰盘；202、径向支撑筒；301、上面板；302、第一径向支撑柱焊接孔；303、第一轴向支撑柱焊接孔；401、下面板；402、第二轴向支撑柱焊接孔；403、第二径向支撑柱焊接孔。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本发明目的技术方案，需要说明的是，本发明要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例

作为本发明一种最基本的实施方案，如图1—图5所示，本实施例公开了一种4m望远镜主镜室箱体加工方法，包括以下步骤：

（1）零件制备：将钢板焊接成5000mm×5000mm的上面板301和下面板401，并且在上面板301上加工第一径向支撑柱焊接孔302和第一轴向支撑柱焊接孔303，在下面板401上加工第二径向支撑柱焊接孔403、第二轴向支撑柱焊接孔402和筋板焊接槽；用钢板加工得到12条1200mm×450mm的边条和6条1200mm×450mm筋板；加工得到径向支撑柱和轴向支撑柱；

（2）工件装焊：将上面板301压紧在工艺平台后，把全部轴向支撑柱和径向支撑柱与上面预装，随后将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上面板301点焊，检测装配是否到位；确认无误后将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上面板301和下面板401点焊；用螺栓将工件与工艺平台固定后，抽出需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱，将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上面板301和下面板401焊接固定；随后将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱全部装配上，且将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱与上面板301和下面板401点焊；接着把需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱与下面板401焊接固定，将边板与工件装焊；拆下工艺平台，下面板401放置在工艺平台并用螺栓固定，把需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱与上面板301焊接固定；

（3）工件退火、喷砂和底漆处理：将工件与工艺平台一起退火，随后将工艺平台和螺栓拆下，检查上面板301和下面板401的变形情况，并校平；加工后的工件喷砂、底漆处理；

（4）工件铣床加工：将工艺平台平面重新加工后，将工件下平面放置在工艺平台上，加工上面板301，随后拆下工艺平台，将工件上平面放置在工艺平台上，加工下面板401。

优选的，零件制备包括以下步骤：

步骤一：采用δ10mm钢板拼焊成5000mm×5000mm的上面板301，采用δ6mm钢板拼焊成5000mm×5000mm的下面板401，采用δ10mm钢板加工得到12条1200mm×450mm的边条；

步骤二：将上面板301和下面板401整体校平；

步骤三：将上面板301在数控龙门铣床上加工出直径为200mm的第一径向支撑柱焊接孔302和直径为130mm的第一轴向支撑柱焊接孔303，将下面板401在数控龙门铣床上加工出直径为180mm的第二径向支撑柱焊接孔403和直径为244mm的第二轴向支撑柱焊接孔402；将相临的边条加工出焊接坡口，并在下面板401上加工出6条1200mm×10mm×1mm筋板塞焊槽；

步骤四：将上面板301、下面板401和12条边条整体校平，并喷砂喷涂高温油漆；

步骤五：采用δ10mm钢板加工得到1200mm×450mm筋板并校平，最后喷砂喷涂高温油漆；

步骤六：加工得到轴向支撑柱和径向支撑柱，随后喷砂喷涂高温油漆；所述轴向支撑柱包括轴向连接板104、轴向小支撑筒103、轴向支撑过渡板102和轴向大支撑板，所述轴向连接板104、轴向小支撑筒103、轴向支撑过渡板102和轴向大支撑板依次连接，所述轴向连接板104直径为130mm，高度为32mm；所述轴向小支撑筒103外径为114mm，内径为102mm，高度为198mm；所述轴向支撑过渡板102直径为244mm，高度为17mm；所述轴向大支撑板直径为244，高度为241mm。径向支撑柱包括径向支撑筒202和径向支撑法兰盘201，所述径向支撑筒202和径向支撑法兰盘201相连，所述径向支撑筒202直径为180mm，高度为458mm；所述径向支撑法兰盘201直径为200mm，高度为25mm。

优选的，所述工件装焊包括以下步骤：

步骤一：将上面板301压紧在工艺平台上，在上面板301上划出6条筋板装配线，并将轴向连接板104插入第一轴向支撑柱焊接孔303中，同时将径向支撑法兰盘201插入第一径向支撑柱焊接孔302内，然后将筋板按筋板装配线点焊牢固，并且将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑与上面板301点焊；

步骤二：装配了1/6径向支撑柱和轴向支撑柱后用激光跟踪仪检测轴径向支撑柱的位置度，达到后继续装配；将下面板401吊与筋板上，检查第二轴向支撑柱焊接孔402、第二径向支撑柱焊接孔403和筋板分别与轴向大支撑筒101、径向支撑筒202和筋板塞焊槽是否对齐，从而预装检查第一轴向支撑柱焊接孔303、第一径向支撑柱焊接孔302和筋板装配线是否能装配到位，确认无误时，将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上下面板401点焊牢固定位；

步骤三：将螺栓将轴径向支撑柱压紧在工艺平台上，抽出需要二次装配的径向支撑柱和轴向支撑柱，将工件与工艺平台立在焊接平台上，然后将筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上下面板401焊接固定；

步骤四、焊接完成后，释放应力，将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱安装上，并将需要二次装配的轴径向支撑柱和径向支撑柱与上面板301和下面板401点焊牢固；

步骤五、随后将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱与下面板401焊接固定，随后将边板与上面板301和下面板401焊接固定，再释放应力，随后检测筋板与径向支撑柱和轴向支撑柱的焊缝，以及筋板与上面板301和下面板401的焊缝，最后检测轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度，合格后拆下工艺平台；

步骤六、将下面板401放置在工艺平台上，用螺栓将工件与工艺平台固定好，随后将需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱与上面板301焊接牢固，焊接完成后释放应力，并经查轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度。

优选的，筋板上的轴向支撑柱和径向支撑柱以及筋板与上下面板401焊接固定时应以小电流多层多道对称施焊，顺序应先焊径向支撑柱和轴向支撑柱与筋板的焊缝，最后焊筋板与上面板301的焊缝，焊完1/6并释放一下应力后，用需要二次装配的轴向支撑柱和径向支撑柱试装一下，合格以后再继续焊接，同时在焊接时应随时测量轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度变化，而调整焊接位置，并且随时释放焊接应力。

优选的，所述检查上面板301和下面板401的变形情况时，包括检查轴向支撑柱和径向支撑柱的位置度和垂直度是否小于0.5mm，检查上面板301和下面的平面度是否小于0.5mm。

优选的，所述工件铣床加工包括以下步骤：

步骤一、将工艺平台的工装上板1加工至ra3.2，平面度0.05mm；

步骤二、将工件下面板401放置在工艺平台上，以上面板301为基准找平找正，复查轴向支撑柱的位置度和垂直度是否满足要求；

步骤三、检查合格后，用铣床加工上面板301至ra3.2，平面度0.05mm；并在上面板301上加工多个φ35的孔，加工φ35的孔先粗钻后用铰刀加工保证同心度；

步骤四、拆下工艺平台，将工件上平面放置在工艺平台上，用铣床加工下面板401至ra3.2，平面度0.05mm；并在下面板401上加工多个φ35的孔，加工φ35的孔先粗钻后用铰刀加工保证同心度；

步骤五、清理毛刺。

一种4m望远镜主镜室箱体加工用工艺平台，如图6-图9所示，包括工装上板1和工装下板2，所述工装上板1最上方和最下方通过第一工装围板3与工装下板2相连，所述工装上板1竖直方向通过多个第二工装围板4与工装下板2相连，相邻所述第二工装围板4之间设置有工装筋板，所述工装上板1中部设置有中心筒安装孔7，所述工装上板1上还设置有与主镜室箱体相匹配的多个安装盲孔，所述安装盲孔包括第一安装盲孔8、第二安装盲孔9、第三安装盲孔10和第四安装盲孔11，所述第三安装盲孔10和第四安装盲孔11底部均设置有螺纹孔12。

优选的，所述第一安装盲孔8设置有44个，所述第一安装盲孔8直径为130mm，孔深20mm；所述第二安装盲孔9设置有26个，所述第二安装盲孔9直径为200mm，孔深15mm；所述第三安装盲孔10设置有22个，所述第三安装盲孔10直径为200mm，孔深15mm；所述第四安装盲孔11设置有16个，所述第四安装盲孔11直径为130mm，孔深15mm。

优选的，所述第一工装围板3有2个，第二工装围板4有7个，从左到右依次为第二工装围板a4.1、第二工装围板b4.2、第二工装围板c4.3、第二工装围板d4.4、第二工装围板e4.5、第二工装围板f4.6和第二工装围板g4.7。

优选的，工装筋板包括第一工装筋板5和第二工装筋板6，所述第一工装筋板5设置在第二工装围板a4.1和第二工装围板b4.2之间及其第二工装围板f4.6和第二工装围板g4.7之间，所述第二工装筋板6设置在第二工装围板b4.2、第二工装围板c4.3、第二工装围板d4.4、第二工装围板e4.5和第二工装围板f4.6之间。

优选的，所述第一工装筋板5长度为762.5mm，宽度为25mm，高度为420mm，所述第一工装筋板5有18个。

优选的，所述第二工装筋板6长度为775mm，宽度为25mm，高度为420mm，所述第二工装筋板6有36个。

优选的，所述工装上板1长度为4800mm，宽度为4800mm，厚度为50mm；所述工装下板2长度为4800mm，宽度为4800mm，厚度为30mm。

优选的，所述中心筒安装孔7直径为603mm，孔深为53mm。

优选的，所述工装上板1上还设置有周边压板安装孔，所述周边压板安装孔处可拆卸设置有周边压板。

优选的，所述螺纹孔12直径为21mm。

优选的，所述工装上板1与工装下板2的表面粗糙度ra3.2。（1）上面板301与工艺平台的压紧原理为：使用时，先将上面板301吊至工艺平台上，上面板301上的第一轴向支撑柱焊接孔303分别与工装上板1上的第一安装盲孔8或第三安装盲板对齐，上面板301上的第一径向支撑柱焊接孔302分别与工装上板1上的第二安装盲孔9或第四安装盲板对齐，螺栓一端穿过上面板301与第三安装盲孔10或第四安装盲孔11底部设置的螺纹孔12螺纹连接，螺栓一端上套设一个压板，然后将螺母拧上，实现上面板301与工艺平台的压紧。

（2）轴向支撑柱和径向支撑柱与工艺平台的压紧原理：先将上面板301吊至工艺平台上，上面板301上的第一轴向支撑柱焊接孔303分别与工装上板1上的第一安装盲孔8或第三安装盲板对齐，上面板301上的第一径向支撑柱焊接孔302分别与工装上板1上的第二安装盲孔9或第四安装盲板对齐，螺栓一端依次穿过下面板401、径向支撑柱（或轴向支撑柱）和上面板301与第三安装盲孔10或第四安装盲孔11底部设置的螺纹孔12螺纹连接，螺栓一端上套设一个压板，然后将螺母拧上，实现轴向支撑柱和径向支撑柱与工艺平台的压紧。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。