山西能源學(xué)院□郜 敏

1 研究背景及意義

天線主要用于接收和發(fā)射無線電信號(hào)，可以分為曲面天線和平板天線。曲面天線主要采用一次或二次反射接收信號(hào)，平板天線則直接接收信號(hào)。在設(shè)計(jì)天線時(shí)，通常需考慮如下問題：確定反射面型式；確定反射體主力骨架的型式和具體的結(jié)構(gòu)；確定天線本身的材料以及制造加工工藝方案；通過分析天線所承受的載荷，確定天線的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度等；通過對反射面表面精度進(jìn)行論證，可確定天線表面精度檢測方案；還可確定天線的架設(shè)和運(yùn)輸方案等。

天線主要由背架、反射面、副面撐桿以及中心體組成。天線部裝即連接在背架上弦結(jié)點(diǎn)上的小裝配體。由于天線主要由薄壁面板和長短筋板組成的特殊薄壁結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的裝配也由長短筋板和相關(guān)連接件的裝配。天線的結(jié)構(gòu)裝配是最終的制造環(huán)節(jié)，其起著極其重要的作用，是目前國內(nèi)外研究的重點(diǎn)之一，是一項(xiàng)高技術(shù)、多學(xué)科的系統(tǒng)工程。

本文主要研究基于布局設(shè)計(jì)的曲面天線工裝。布局問題其實(shí)質(zhì)就是將要布局的物體合理分配在一個(gè)空間內(nèi)，其由布局空間、布局物體、布局物之間的相關(guān)系組成的。國內(nèi)外對這方面研究比較多，例如北京交通大學(xué)李剛借助于并行模擬退火算法，對機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行合理的布局設(shè)計(jì)。北京航空航天大學(xué)任文杰通過智能布局算法設(shè)計(jì)一套布局系統(tǒng)，其目的在于對結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確分析與計(jì)算。

2 研究內(nèi)容

天線部裝主要由基本屬性信息、裝配層次信息、裝配關(guān)系信息、工程語義信息等組成。其中基本屬性信息指的是零件層、特征層、幾何層等。裝配層次信息指的是裝配零件從屬關(guān)系、裝配次序和層次、裝配零部件區(qū)分等信息。裝配關(guān)系信息指的是零件位姿信息、定位連接關(guān)系信息等。工程語義信息指的是部裝零件分類、零件物理屬性及處理要求、工藝要求等信息。

本文基于曲面天線部裝工裝的三維模型，研究裝配工裝布局設(shè)計(jì)問題。通過分析部裝結(jié)構(gòu)形式及內(nèi)部零部件之間的相互關(guān)系，可獲得尺寸信息、裝配信息、零部件分類信息等。

首先，通過識(shí)別定位筋板長度，確定定位筋板的定位位置、定位域以及定位數(shù)等；其次，確定工裝零件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配，且當(dāng)零件是非標(biāo)件時(shí)，需獲取非標(biāo)件的設(shè)計(jì)信息。

3 曲面天線工裝布局設(shè)計(jì)

（1） 定位方式

本文研究的曲面天線裝配體包含點(diǎn)線面信息、孔、軸、坐標(biāo)系等特征信息。曲面天線工裝布局設(shè)計(jì)指的是布局空間、布局物體以及布局物之間的相互關(guān)系。其中布局空間指的是曲面天線模型的長、寬和高。布局物體指的是將天線部裝位置進(jìn)行固定的裝配工裝零件，包含定位件、墊塊、過渡件等。布局物體之間的相互關(guān)系指的是通過不同的排列組合關(guān)系產(chǎn)生的不同的布局形態(tài)。

本文是基于3-2-1定位方式衍生出的N-2-1定位，其原理是第一基準(zhǔn)面有N個(gè)定位點(diǎn)，第二基準(zhǔn)面有兩個(gè)定位點(diǎn)，第三基準(zhǔn)面有一個(gè)定位點(diǎn)。基于曲面天線部裝的實(shí)際情況，天線筋板薄壁元件定位點(diǎn)為N個(gè)。以定位長筋板為例來說，采用銷孔定位與筋板側(cè)面工藝孔配合定位，在此基礎(chǔ)上再增加輔助定位。

（2）天線部裝裝夾方案

針對天線部裝裝夾夾緊方案有如下要求：保持原有工件的位置；選取合適的夾緊力；具有相對簡單的結(jié)構(gòu)；易于維修等。本文針對薄壁件進(jìn)行研究，其具有自己的特性，厚度遠(yuǎn)大于輪廓尺寸，所以需選擇合適的夾緊力大小和方向。綜上考慮，本文選擇C形夾進(jìn)行天線部裝的固定，可將筋板與角型件、筋板與定位件進(jìn)行夾緊。

（3）天線部裝布局空間求解

天線部裝布局空間設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是天線本身結(jié)構(gòu)以及其放置姿態(tài)。本文采用天線部裝建模時(shí)的姿態(tài)，在此姿態(tài)下，其零部件處于豎直狀態(tài)，且部裝處于展開的狀態(tài)，其狀態(tài)下僅受重力，可以獲得較大的布局空間。

（4）工裝零部件選取

定位層、過渡層、支撐層、基礎(chǔ)層組成天線零件。其中定位層指的是定位件和墊塊的組合，過渡層指的是過渡件的組合，支撐層指的是型架及其墊塊的組合，基礎(chǔ)層指的是基礎(chǔ)件的組合。定位位置屬于不同筋板且處于同一方向位置的區(qū)域稱為 “域”，天線部裝可以有多個(gè) “域”，不同域之間工裝零件的選取結(jié)果不同。

（5）工裝自動(dòng)裝配

零部件自動(dòng)化裝配有以下兩個(gè)類型：1）基于參照基準(zhǔn)面的自動(dòng)化裝配，即建立第三方基準(zhǔn)參照坐標(biāo)系；2）基于二維布局圖的自動(dòng)裝配，即在布局圖中確定元件之間的裝配。

本文采用的是基于參照基準(zhǔn)面的自動(dòng)化裝配，即在零件適當(dāng)位置創(chuàng)建坐標(biāo)系特征，基于坐標(biāo)系對齊方式實(shí)現(xiàn)元件自動(dòng)裝配。根據(jù)元件的配合特征創(chuàng)建坐標(biāo)系，一方面在確保元件在裝配時(shí)，元件的裝配關(guān)系不會(huì)因?yàn)樵涎b配特征處位置的關(guān)系而變化；另一方面，根據(jù)裝配需要在建立坐標(biāo)系時(shí)，要在裝配關(guān)系的特征處建立坐標(biāo)系，且坐標(biāo)系在元件上的位置會(huì)隨著該處配合特征的變化而變化。

（6）過渡板設(shè)計(jì)

針對天線部裝進(jìn)行裝配時(shí)，需用過渡板進(jìn)行不同位置工裝連接。由于工裝設(shè)計(jì)包括五個(gè)部分，即定位件、墊塊、過渡件、型架和基礎(chǔ)件等。當(dāng)定位元件比較多時(shí)，需用過渡件進(jìn)行連接。過渡件的設(shè)計(jì)參數(shù)包括長、寬、高等。

4 總結(jié)

本文通過分析研究天線部裝定位夾緊方式，確定天線部裝定位位置關(guān)系，確定筋板定位數(shù)。通過利用部裝工裝設(shè)計(jì)信息以及布局空間計(jì)算結(jié)果，計(jì)算選取出每一定位位置工裝零件。選取坐標(biāo)系對齊方式作為工裝自動(dòng)裝配方式，實(shí)現(xiàn)工裝件的自動(dòng)裝配。