基于布局設計的曲面天線部裝工裝

山西能源學院□郜 敏

1 研究背景及意義

天線主要用于接收和發射無線電信號，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，平板天線則直接接收信號。在設計天線時，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構；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，確定天線的結構強度和剛度等；通過對反射面表面精度進行論證，可確定天線表面精度檢測方案；還可確定天線的架設和運輸方案等。

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點上的小裝配體。由于天線主要由薄壁面板和長短筋板組成的特殊薄壁結構，其結構的裝配也由長短筋板和相關連接件的裝配。天線的結構裝配是最終的制造環節，其起著極其重要的作用，是目前國內外研究的重點之一，是一項高技術、多學科的系統工程。

本文主要研究基于布局設計的曲面天線工裝。布局問題其實質就是將要布局的物體合理分配在一個空間內，其由布局空間、布局物體、布局物之間的相關系組成的。國內外對這方面研究比較多，例如北京交通大學李剛借助于并行模擬退火算法，對機電產品進行合理的布局設計。北京航空航天大學任文杰通過智能布局算法設計一套布局系統，其目的在于對結構進行精確分析與計算。

2 研究內容

天線部裝主要由基本屬性信息、裝配層次信息、裝配關系信息、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系、裝配次序和層次、裝配零部件區分等信息。裝配關系信息指的是零件位姿信息、定位連接關系信息等。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計問題。通過分析部裝結構形式及內部零部件之間的相互關系，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、定位域以及定位數等；其次，確定工裝零件，實現自動化裝配，且當零件是非標件時，需獲取非標件的設計信息。

3 曲面天線工裝布局設計

（1） 定位方式

本文研究的曲面天線裝配體包含點線面信息、孔、軸、坐標系等特征信息。曲面天線工裝布局設計指的是布局空間、布局物體以及布局物之間的相互關系。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系指的是通過不同的排列組合關系產生的不同的布局形態。

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

（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；具有相對簡單的結構；易于維修等。本文針對薄壁件進行研究，其具有自己的特性，厚度遠大于輪廓尺寸，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形夾進行天線部裝的固定，可將筋板與角型件、筋板與定位件進行夾緊。

（3）天線部裝布局空間求解

天線部裝布局空間設計的主要依據是天線本身結構以及其放置姿態。本文采用天線部裝建模時的姿態，在此姿態下，其零部件處于豎直狀態，且部裝處于展開的狀態，其狀態下僅受重力，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，基礎層指的是基礎件的組合。定位位置屬于不同筋板且處于同一方向位置的區域稱為 “域”，天線部裝可以有多個 “域”，不同域之間工裝零件的選取結果不同。

（5）工裝自動裝配

零部件自動化裝配有以下兩個類型：1）基于參照基準面的自動化裝配，即建立第三方基準參照坐標系；2）基于二維布局圖的自動裝配，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面的自動化裝配，即在零件適當位置創建坐標系特征，基于坐標系對齊方式實現元件自動裝配。根據元件的配合特征創建坐標系，一方面在確保元件在裝配時，元件的裝配關系不會因為元件上裝配特征處位置的關系而變化；另一方面，根據裝配需要在建立坐標系時，要在裝配關系的特征處建立坐標系，且坐標系在元件上的位置會隨著該處配合特征的變化而變化。

（6）過渡板設計

針對天線部裝進行裝配時，需用過渡板進行不同位置工裝連接。由于工裝設計包括五個部分，即定位件、墊塊、過渡件、型架和基礎件等。當定位元件比較多時，需用過渡件進行連接。過渡件的設計參數包括長、寬、高等。

4 總結

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系，確定筋板定位數。通過利用部裝工裝設計信息以及布局空間計算結果，計算選取出每一定位位置工裝零件。選取坐標系對齊方式作為工裝自動裝配方式，實現工裝件的自動裝配。