一种整体式大面积副反射面的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种整体式大面积副反射面的制造方法，属于精密加工技术领域。其主要包括制备副反射面坯料、粗加工副反射面坯料、粗加工副反射面、加固胚料、精加工副反射面、测量和涂覆等主要步骤。本发明专利技术方法实现了大面积副反射面的整体制造，有效的保证了曲面精度，提高了结构刚度，减小了副反射面在使用中的变形，具有很强的可操作性，是对现有技术的一个重要改进。

【技术实现步骤摘要】
一种整体式大面积副反射面的制造方法
本专利技术属于天线制备
，特别是指一种整体式大面积副反射面的制造方法。
技术介绍
随着我国射电天文科学与技术的发展和深空探测等航天项目的稳步推进，与之相配套的大口径射电望远镜天线在其中发挥了越来重要的作用。其中反射面天线是一种重要而广泛使用的天线形式。反射面天线有很多形式，比如卡塞格伦天线、格里高利天线、环焦天线等。基本上反射面天线都具有主反射面、副反射面和馈源等三个核心结构，在使用中通过主反射面收集电磁波信号并将其反射到副反射面上，再通过副反射面的金属表面将电磁波信号反射入馈源并被接受。在这个过程中副反射面发挥了关键的作用，副反射面的形状精度和表面质量直接影响到了天线的性能。射电望远镜主副反射面的口径尺寸大概符合10:1的正比例关系，比如上海65米天马望远镜副反射面口径达6米以上，泰国某40米口径天线副反射面口径达3米以上。口径越大副反射面的尺寸也就越大，重量也会越大。由于副反射面一般倒装在天线顶部，为了实现精密复杂的运动控制，又需要重量越轻越好。所以在大面积副反射面的制造中，既要满足副反射面形状精度，又要严格控制产品质量，从而大大增加了制造的难度。有的大型天线副反射面采用了分块组合的方式。该方式需要增加一套机构来连接和调整各个分块，不仅不容易控制重量而且容易造成精度的损失。也有的采用了复合材料的整体制造工艺。一般情况下复合材料制品的精度受制于模具的精度，即制品精度会小于模具的精度，而模具是用金属材料采用数控的方式加工出来的。而整体式金属加工的副反射面是直接采用数控的方式加工出来的，这就说明一般情况下复合材料产品的精度是要小于整体金属加工方式制作的产品的。公开号为CN103560331A的中国专利公开了“大口径高精度副反射面及其制造方法”，该方法主要包括顶部面板、内圈面板和外圈面板，内圈面板整体蒙皮由旋压法成型，外圈面板蒙皮由拉型法成型。该专利技术适用于大口径高精度副反射面，加工成本较低，且生产效率较高，但该方法属于分体式拼装的方法，精度受到限制。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中提到的技术问题，本专利技术提出了一种整体式大面积副反射面的制造方法，其能够进行大面积副反射面的整体制造成型，具有精度高、重量轻、可靠性高的特点。基于上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种整体式大面积副反射面的制造方法，包括以下步骤：S1.绘制副反射面正面的理想曲面构型，并按照理想曲面构型铸造副反射面坯料，副反射面坯料的正面为对应于副反射面正面的弧面，副反射面坯料的背面为凹腔，副反射面坯料的厚度为理想曲面构型的二倍至五倍；S2.以副反射面坯料的弧面作为精度表面1，以副反射面坯料的凹腔作为次等表面，对次等表面进行加工，从而形成背腔2以及背腔中心的连接筒3；S3.向连接筒以外的背腔空间中加入发泡剂6，然后将副反射面坯料以背腔向上的姿态放入保温炉5中，设置炉温50～70℃，保温3～5小时后取出；S4.将高出背腔口面的发泡剂切除，然后在连接筒以外的背腔口面上安装密封盖板7，并在连接筒的端面上设置用于将副反射面固定在天线上的连接件；S5.对精度表面进行加工，使精度表面的曲率与理想曲面构型曲率相等。进一步的，在步骤S2和步骤S3之间还包括以下步骤：以副反射面坯料的中心为圆心，预设多个同心的环线，相邻环线之间的间距均相等，以副反射面坯料的中心为起点预设多条辐向线，相邻辐向线之间的夹角均相等，以辐向线与环线的交叉点作为测量点位，在每个测量点位处开设测厚孔。进一步的，所述步骤S5的具体过程为，对副反射面坯料的精度表面进行多次加工，每次加工完毕后对每个测厚孔的孔深进行测量，直至精度表面的构型符合理想曲面构型。进一步的，步骤S2中，还需要对副反射面坯料进行去应力处理，去应力方式为采用热处理或高频振动。从上面的叙述可以看出，本专利技术技术方案的有益效果在于：1、本专利技术所提供技术方案实现了大面积副反射面的整体制造，有效的保证了曲面精度，具有很强的可操作性。2、本专利技术采用的发泡加盖板的方式有效的提高了结构刚度，减小了副反射面在使用中的变形。3、本专利技术所提供的方法具有一定的通用性，不针对于一种结构形式。4、设计合理的副反射面结构。大型整体式副反射面要求结构均匀，合理。在设计的过程中应一并考虑加工工装的设计制作。工装主要包括两种，分别是翻转工装和加工工装。翻转工装依托于副反射面的使用安装位置设计制作。大面积的金属铝合金副面重量动辄数百公斤甚至上吨，人力无法搬抬，必须借力吊车或倒链等设备才能搬抬及翻面。加工工装是对副反射面的正反面进行精确加工时的装夹工装。采用本方法，可以实现重副面的精确加工。5、本实施例中所选副反射面为卡塞格伦天线形式，具有圆对称的结构，副反射面的最大直径尺寸4米，高度1米，具有较大的曲面面积和较大的体积。设计后的副反射面如图1和图2所示，正面具有光滑的精度表面1，背面具有纵向和横向加强筋交叉分布，形成开放的背腔2，在背腔内居中顶部设计有连接筒面3。该结构设计合理，形状稳定，可制造性高；附图说明图1是本专利技术实施例中副反射面的结构示意。图2是本专利技术实施例中副反射面的结构轴测图。图3是本专利技术实施例中副反射面的铸造毛坯示意图。图4是本专利技术实施例中发泡封装过程示意图。图5是本专利技术实施例中加工完成后的成品结构示意图。附图标记说明：精度表面1、背腔2、连接筒3、装夹板4、保温炉5、发泡剂6、密封盖板7。具体实施方式为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。一种整体式大面积副反射面的制造方法，其包括以下步骤：S1.绘制副反射面正面的理想曲面构型，并按照理想曲面构型铸造副反射面坯料，副反射面坯料的正面为对应于副反射面正面的弧面，副反射面坯料的背面为凹腔，副反射面坯料的厚度为理想曲面构型的二倍至五倍；本步骤具体的为：优先制备翻转工装和加工工装，翻转工装依托于副反射面的使用安装位置设计制作。本实施例中所选副面重量一吨左右，人力无法搬抬，必须借力翻转工装才能翻面。加工工装是对副反射面的正反面进行加工时的支撑和装夹工装，铸造铝合金的副反射面坯料。在铸造过程中通过铸造的方式预留出了后期加工装夹板4，如图3所示。铸造完成后毛坯整体进行固溶处理，提高材料强度。S2.以副反射面坯料的弧面作为精度表面1，以副反射面坯料的凹腔作为次等表面，对次等表面进行加工，从而形成背腔2以及背腔中心的连接筒3；本步骤具体的为：以副反射面坯料的中心为圆心，预设多个同心的环线，相邻环线之间的间距均相等，以副反射面坯料的中心为起点预设多条辐向线，相邻辐向线之间的夹角均相等，以辐向线与环线的交叉点作为测量点位，在每个测量点位处开设测厚孔。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整体式大面积副反射面的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.绘制副反射面正面的理想曲面构型，并按照理想曲面构型铸造副反射面坯料，副反射面坯料的正面为对应于副反射面正面的弧面，副反射面坯料的背面为凹腔，副反射面坯料的厚度为理想曲面构型的二倍至五倍；/nS2.以副反射面坯料的弧面作为精度表面(1)，以副反射面坯料的凹腔作为次等表面，对次等表面进行加工，从而形成背腔(2)以及背腔中心的连接筒(3)；/nS3.向连接筒以外的背腔空间中加入发泡剂(6)，然后将副反射面坯料以背腔向上的姿态放入保温炉(5)中，设置炉温50～70℃，保温3～5小时后取出；/nS4.将高出背腔口面的发泡剂切除，然后在连接筒以外的背腔口面上安装密封盖板(7)，并在连接筒的端面上设置用于将副反射面固定在天线上的连接件；/nS5.对精度表面进行加工，使精度表面的曲率与理想曲面构型曲率相等。/n

【技术特征摘要】
1.一种整体式大面积副反射面的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.绘制副反射面正面的理想曲面构型，并按照理想曲面构型铸造副反射面坯料，副反射面坯料的正面为对应于副反射面正面的弧面，副反射面坯料的背面为凹腔，副反射面坯料的厚度为理想曲面构型的二倍至五倍；
S2.以副反射面坯料的弧面作为精度表面(1)，以副反射面坯料的凹腔作为次等表面，对次等表面进行加工，从而形成背腔(2)以及背腔中心的连接筒(3)；
S3.向连接筒以外的背腔空间中加入发泡剂(6)，然后将副反射面坯料以背腔向上的姿态放入保温炉(5)中，设置炉温50～70℃，保温3～5小时后取出；
S4.将高出背腔口面的发泡剂切除，然后在连接筒以外的背腔口面上安装密封盖板(7)，并在连接筒的端面上设置用于将副反射面固定在天线上的连接件；
S5.对精度表面进行加工，使精度表面的曲率与理想曲面构型...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹江涛，孙东文，毛贵海，武织才，孙祺，牛传峰，张万才，赵均红，梁谦，李吉康，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13