四臂螺旋天線的加工工裝的製作方法

2023-12-02 23:53:26 2

本發明屬於微波產品製造技術領域，具體涉及四臂螺旋天線的加工工裝。

背景技術：

螺旋線，是實現微波能量放大的關鍵結構。螺旋的螺距，是輻射系統的一個重要參數，直接影響到天線的輻射特性和耦合阻抗，因此控制螺旋線繞制時的螺距精度對於天線的性能至關重要。四臂螺旋天線由四條螺旋線組合焊接在饋管上，四條螺旋線的相對位置，直接影響天線的軸比、增益及方向圖，因此加工裝備對四臂螺旋天線尤為重要。

四臂螺旋天線及其安裝結構如圖1所示，4條螺旋天線01均布在饋管02的四周，螺旋天線01的兩端為呈180°對稱的兩個交錯的直線段011，兩個直線段011中間由跨越180°傾斜延伸的一段曲線段012一體連接，所述直線段011的兩個端部分別固定於饋管02上。

例如，在研製某型號衛星gps天線過程中，涉及到直徑φ2的不鏽鋼絲(1cr18ni9tiq)的螺旋類零件，螺旋天線無法從定型的工裝上拆除、且直線段翹曲，強行拆除後折彎位置尺寸破壞，而且產品焊接過程中僅靠卡尺進行測量控制，焊接後的產品易產生上下異型、四條螺旋線不同心等缺陷，產品成品率極低。

現有用於對螺旋天線進行折彎的彎絲機折彎精度低、變形能力控制不足，需進行大量試驗發現回彈規律控制變形，對於小批量產品而言經濟性較差。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明創造旨在提出一系列四臂螺旋天線的加工工裝，能夠使得四臂螺旋天線在無基準的情況下實現精準折彎、定型、和安裝定位。

本發明創造首先提供了一種用於螺旋天線的芯軸，所述芯軸沿軸向分為至少3段，且通過跨越各段的螺釘進行連接；所述芯軸沿軸的兩個端面上設有定位臺，所述定位臺的位置分別與螺旋天線的兩個直線段的位置相匹配；所述芯軸外周的半個側面上設有螺旋槽，所述螺旋槽的兩端分別與兩個所述定位臺的兩個相對的端部鄰接，所述螺旋槽的位置與螺旋天線的曲線段的位置相匹配；所述芯軸的兩個定位臺和螺旋槽共同構成螺旋天線的結構通道。

進一步，所述定位臺的高度大於所述螺旋天線的直徑的1/2，所述螺旋槽的深度為所述螺旋天線的直徑的1/2，所述芯軸沿軸向分為3段。

進一步，所述芯軸沿軸的兩個端面上還設有能夠用於與其他機構連接的連接孔，該連接孔可以為螺紋孔，數量優選為4個。

本發明創造還提供一種用於螺旋天線的折彎工裝，所述折彎工裝包括所述芯軸以及能夠套裝於所述芯軸之外的套筒，所述套筒的筒體上設有能夠使所述芯軸壓緊於筒體內側壁的壓緊裝置。

進一步，所述壓緊裝置可以為至少一個可旋擰設置於所述套筒的筒體的螺紋通孔上的螺紋釘。所述螺紋釘優選地設置為兩個。

本發明創造還提供一種用於螺旋天線的熱處理工裝，所述熱處理工裝所述芯軸以及一對蓋板，所述蓋板內側設有凸臺，所述凸臺能夠與所述芯軸的定位臺匹配並形成容納螺旋天線的直線段的通道；所述蓋板上還設有壓緊件，所述壓緊件自側面壓緊芯軸使螺旋天線的直線段夾緊於定位臺和凸臺之間；所述蓋板能夠可拆卸固定於所述芯軸的端面上。

進一步，所述凸的高度等於或略小於螺旋天線的直徑，優選地不小於螺旋天線的直徑的1/2。

進一步，所述壓緊件可以為可旋擰設置於所述蓋板的螺紋通孔上的壓緊螺釘。

進一步，所述蓋板能夠通過與所述連接孔匹配的固定螺釘實現與所述芯軸的可拆卸固定。

本發明創造還提供一種用於四臂螺旋天線的焊接工裝，所述焊接工裝包括焊接上工裝和焊接下工裝兩部分；所述焊接上工裝的底部中央設有用於固定饋管的沉頭孔，所述沉頭孔外周呈十字均布有4個用於固定螺旋天線的直線段的上條形槽，所述沉頭孔內中央開設固定通孔，所述沉頭孔內四周均布4個焊接工藝通孔，所述上條形槽的一端分別與所述焊接工藝通孔連通，另一端分別設有上折彎通孔；所述焊接上工裝四周還設有上弧形側壁，所述上弧形側壁與所述上條形槽交錯分布，所述上弧形側壁的內弧所在圓的直徑與螺旋天線的曲線段外周所在圓的直徑相匹配；所述焊接下工裝對稱分為可拆卸連接的兩個工裝塊，所述兩個工裝塊拼合後，底部中央呈能夠夾緊饋管的下通孔，所述下通孔外周呈十字均布有4個用於固定螺旋天線的直線段的下條形槽，所述下條形槽的一端分別與所述下通孔連通，另一端分別設有下折彎沉槽；所述焊接下工裝四周還設有下弧形側壁，所述下弧形側壁與所述下條形槽交錯分布，所述下弧形側壁的內弧所在圓的直徑與螺旋天線的曲線段外周所在圓的直徑相匹配。

進一步，所述焊接下工裝的兩個工裝塊可以通過相互配合的卡鉤或螺孔螺釘等實現可拆卸連接。

本發明創造還提供一種用於四臂螺旋天線的加工工裝，包括所述折彎工裝、熱處理工裝以及焊接工裝。所述折彎工裝、熱處理工裝以及焊接工裝在各自的加工工序中單獨發揮作用，又在四臂螺旋天線的整個加工工序中共同促使四臂螺旋天線獲得高精度可靠安裝。

相對於現有技術，本發明創具有以下優勢：

(1)本發明創造解決的問題之一是螺旋天線的成型問題。對加工工裝(折彎工裝、熱處理工裝)尺寸進行微調，便可以得到不同螺距、螺旋升角的螺旋天線。螺旋天線從工裝上拆除無約束，適用性廣、通用性強。

(2)螺旋天線材料狀態與目標狀態一致，能夠實現精準定型，避免加工變形。對於螺旋天線這類微波產品，批量較小，精度要求較高，加工工裝(折彎工裝、熱處理工裝)能夠實現降低成本的同時保證質量，具有較高的合格率，適用於小批量加工。

(3)焊接工裝保證了焊接前後螺旋天線的定型問題，提高了加工精度。

附圖說明

本發明創造的附圖用來提供對本發明創造的進一步理解，附圖中的相關工裝裝置僅作為示例性的參考，並不構成對本發明創造的不當限定。在附圖中：

圖1為四臂螺旋天線及其安裝結構示意圖；

圖2為芯軸結構示意圖；

圖3為折彎工裝結構示意圖；

圖4為熱處理工裝結構示意圖；

圖5為芯軸的拆除過程示意圖；

圖6為焊接工裝結構示意圖；

圖7為焊接工裝與螺旋天線匹配狀態的結構示意圖。

01-螺旋天線；011-直線段；012-曲線段；02-饋管；100-芯軸；101-螺釘；102-定位臺；103-螺旋槽；104-連接孔；200-套筒；201-筒體；202-螺紋釘；300-蓋板；301-凸臺；302-壓緊件；303-固定螺釘；400-焊接上工裝；401-沉頭孔；402-上條形槽；403-固定通孔；404-焊接工藝通孔；405-上折彎通孔；406-上弧形側壁；500-焊接下工裝；501-下通孔；502-下條形槽；503-下折彎沉槽；504-下弧形側壁。

具體實施方式

下面將參考附圖來詳細說明本發明創造。

本發明創造的四臂螺旋天線的加工工裝，包括折彎工裝(圖3)、熱處理工裝(圖4)以及焊接工裝(圖6)，所述折彎工裝、熱處理工裝以及焊接工裝在各自的加工工序中單獨發揮作用，又在四臂螺旋天線的整個加工工序中共同促使四臂螺旋天線獲得高精度可靠安裝。

所述加工工裝設有芯軸100(圖2)，所述芯軸100可以分別作為折彎工裝和熱處理工裝的一個有效部分。所述芯軸100沿軸向分為至少3段，且通過跨越各段的螺釘101進行連接；所述芯軸100沿軸的兩個端面上設有定位臺102，所述定位臺102的位置分別與螺旋天線的兩個直線段011的位置相匹配；所述芯軸100外周的半個側面上設有螺旋槽103，所述螺旋槽103的兩端分別與兩個所述定位臺102的兩個相對的端部鄰接，所述螺旋槽103的位置與螺旋天線的曲線段012的位置相匹配；所述芯軸100的兩個定位臺102和螺旋槽103共同構成螺旋天線的結構通道。

芯軸100的設置是保證螺旋天線加工精度的重要因素之一，在螺旋天線進行折彎和熱處理的過程中，能夠有效保證加工過程螺旋線在定位臺102和螺旋槽103內不發生變形。另外，芯軸100沿軸的分段設置能夠巧妙利用中間段可抽出的特點，避免了傳統加工工藝中上下兩端受螺旋天線直線段011及螺旋圓角(直線段011和曲線段012相接的轉角部分)限制無法拆除或拆除損壞的現象。拆除過程如圖5所示，螺釘101拆卸後，首先將芯軸100中間段抽離，然後芯軸100邊緣的一段沿螺旋槽103的方向向下旋轉一定距離，然後取下即可，這樣即可避免螺旋天線直線段011及螺旋圓角對工裝拆除的幹涉。

進一步，所述定位臺102的高度大於所述螺旋天線的直徑的1/2，所述螺旋槽103的深度為所述螺旋天線的直徑的1/2，所述芯軸100沿軸向分為3段。

進一步，所述芯軸100沿軸的兩個端面上還設有能夠用於與其他機構(如下面的蓋板300)連接的連接孔104，該連接孔104可以為螺紋孔，數量優選為4個。

所述折彎工裝包括所述芯軸100以及能夠套裝於所述芯軸100之外的套筒200(圖3)，所述套筒200的筒體201上設有能夠使所述芯軸100壓緊於筒體201內側壁的壓緊裝置。

進一步，所述壓緊裝置可以為至少一個可旋擰設置於所述套筒200的筒體201的螺紋通孔上的螺紋釘202。所述螺紋釘202通過旋擰調整深入所述套筒200內的深度，並將芯軸100自側壁壓緊於套筒200的筒體201內側壁。所述螺紋釘202優選地設置為兩個。

所述熱處理工裝所述芯軸100以及一對蓋板300(圖4)，所述蓋板300內側設有凸臺301，所述凸臺301能夠與所述芯軸100的定位臺102匹配並形成容納螺旋天線的直線段011的通道；所述蓋板300上還設有壓緊件302，所述壓緊件302自側面壓緊芯軸100使螺旋天線的直線段011夾緊於定位臺102和凸臺301之間；所述蓋板300能夠可拆卸固定於所述芯軸100的端面上。

進一步，所述凸臺301的高度等於或略小於螺旋天線的直徑，優選地不小於螺旋天線的直徑的1/2，便於對螺旋天線的的直線段011進行夾緊。

進一步，所述壓緊件302可以為可旋擰設置於所述蓋板300的螺紋通孔上的壓緊螺釘。

進一步，所述蓋板300能夠通過與所述連接孔104匹配的固定螺釘303實現與所述芯軸100的可拆卸固定。

所述焊接工裝包括焊接上工裝400和焊接下工裝500兩部分(圖6、圖7)；所述焊接上工裝400的底部中央設有用於固定饋管02的沉頭孔401，所述沉頭孔401外周呈十字均布有4個用於固定螺旋天線的直線段011的上條形槽402，所述沉頭孔401內中央開設固定通孔403，所述沉頭孔401內四周均布4個焊接工藝通孔404，所述上條形槽402的一端分別與所述焊接工藝通孔404連通，另一端分別設有上折彎通孔405；所述焊接上工裝400四周還設有上弧形側壁406，所述上弧形側壁406與所述上條形槽402交錯分布，所述上弧形側壁406的內弧所在圓的直徑與螺旋天線的曲線段012外周所在圓的直徑相匹配；所述焊接下工裝500對稱分為可拆卸連接的兩個工裝塊，所述兩個工裝塊拼合後，底部中央呈能夠夾緊饋管02的下通孔501，所述下通孔501外周呈十字均布有4個用於固定螺旋天線的直線段011的下條形槽502，所述下條形槽502的一端分別與所述下通孔501連通，另一端分別設有下折彎沉槽503；所述焊接下工裝500四周還設有下弧形側壁504，所述下弧形側壁504與所述下條形槽502交錯分布，所述下弧形側壁504的內弧所在圓的直徑與螺旋天線的曲線段012外周所在圓的直徑相匹配。

其中，所述焊接工裝的上條形槽402和下條形槽502分別用於對螺旋天線的直線段011進行限位固定，上折彎通孔405和下折彎沉槽503分別用於避免螺旋天線的螺旋圓角(直線段011和曲線段012相接的轉角部分，也稱折彎處)與上條形槽402或下條形槽502的幹涉，所述焊接工藝通孔404用於焊接觀察，所述固定通孔403用於通過螺釘實現焊接工裝與饋管02的固定，所述上弧形側壁406和下弧形側壁504分別用於對螺旋天線的曲線段012進行限位固定。所述焊接工裝能夠保證：1、消除饋管02機加變形對螺旋天線焊接的影響；2、保證四條螺旋天線上下端處於同一個平面且相互垂直；3、保證螺旋天線焊前後外徑尺寸要求，防止加工變形。

進一步，所述焊接下工裝500的兩個工裝塊可以通過相互配合的卡鉤或螺孔螺釘等實現可拆卸連接。

採用上述工裝，對四臂螺旋天線的一個簡要的加工過程如下：將用車床繞制好的螺旋線至於芯軸100上螺旋槽103內，安裝套筒200，保證芯軸100上一側定位臺102突出套筒200。通過套筒200側面的螺紋釘202將芯軸100自側壁壓緊於套筒200的筒體201內側壁，使螺旋天線的曲線段012壓緊固定，避免後續的折彎操作對曲線段012造成扭曲變形。將套筒200用虎鉗裝夾固定，用纏繞醫用膠帶的鉗子將需要折彎並製成直線段011的螺旋線校直，利用方鐵將校直的螺旋線向芯軸100突出的定位臺102方向折彎，方鐵與螺旋線接觸面用醫用膠帶纏繞，保護螺旋線，用錘子敲擊方鐵將校直後的螺旋線有與芯軸100突出的定位臺102貼合的趨勢，將套筒200拆除。按照相同的方法完成另一側螺旋線折彎。

將帶有折彎後螺旋線的芯軸100與蓋板300組合形成熱處理工裝，採用壓緊件302自側面壓緊芯軸100，使螺旋天線的直線段011夾緊於定位臺102和凸臺301之間進行定位，然後按照需要的熱處理制度對螺旋線進行定型，形成一根螺旋天線01。經熱處理後的螺旋天線01半徑精度可達到±0.05mm。

將4條螺旋天線01通過焊接工裝定位，焊接上工裝400通過螺釘和固定通孔403與饋管02連接，焊接下工裝500通過兩個工裝塊夾緊在饋管02圓柱上。然後對螺旋天線01和饋管02進行焊接操作，焊接過程可通過焊接工藝通孔404進行觀察。焊接完成後拆除焊接工裝即可。

以上所述僅為本發明創造的較佳實施例而已，並不用以限制本發明創造，凡在本發明創造的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明創造的保護範圍之內。