□ 張玉美 □ 席晉東 □ 李 陽

天津航天機(jī)電設(shè)備研究所 天津 300458

1 研究背景

衛(wèi)星艙板平面度是衛(wèi)星艙板特性的關(guān)鍵指標(biāo),直接關(guān)系到航天器研制的成敗。在衛(wèi)星艙板組裝過程中,衛(wèi)星艙板停放輸運(yùn)時(shí)安放在衛(wèi)星艙板架車上,并用螺釘進(jìn)行固定。當(dāng)衛(wèi)星艙板架車平面度超差時(shí),會(huì)導(dǎo)致被螺釘固定在衛(wèi)星艙板架車上的衛(wèi)星艙板變形,進(jìn)而影響衛(wèi)星艙板的平面度,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致航天器失敗。近年來,衛(wèi)星艙板架車生產(chǎn)量逐年增加。傳統(tǒng)衛(wèi)星艙板架車的制造合格率僅為70%～80%,制造合格率很大程度上依賴裝配人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn),質(zhì)量穩(wěn)定性較差,裝配效率較低。筆者著重研究影響衛(wèi)星艙板架車平面度的因素,提出提高衛(wèi)星艙板架車平面度的方法,同時(shí)通過試驗(yàn)驗(yàn)證方法的正確性。

2 平面度影響因素

衛(wèi)星艙板架車接口框是影響衛(wèi)星艙板架車平面度的關(guān)鍵部件,尺寸精度要求高。接口框平面度直接關(guān)系到衛(wèi)星艙板的平面度,從而影響衛(wèi)星艙板在全生命周期中的可靠性。衛(wèi)星艙板架車結(jié)構(gòu)如圖1所示。接口框通過四個(gè)鉸座分別與翻轉(zhuǎn)推桿和翻轉(zhuǎn)架進(jìn)行連接,接口框上的接口塊與安放的衛(wèi)星艙板通過螺釘連接,接口塊通過螺釘和定位銷與接口框連接。

▲圖1 衛(wèi)星艙板架車結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、實(shí)例取證、參數(shù)驗(yàn)證等方法,結(jié)合討論分析,確定影響衛(wèi)星艙板架車平面度的主要因素有五方面,分別為:① 接口框與翻轉(zhuǎn)推桿、翻轉(zhuǎn)架連接的鉸座同軸度精度;② 翻轉(zhuǎn)推桿初始長(zhǎng)度的安裝誤差;③ 接口框與接口塊安裝定位銷的拔銷方法;④ 接口框加工裝卡位置的確定;⑤ 接口框加工基準(zhǔn)塊的確定。

3 提高平面度的方法

(1) 提高鉸座同軸度安裝要求。接口框與翻轉(zhuǎn)架、翻轉(zhuǎn)推桿的連接結(jié)構(gòu)如圖2所示。接口框通過鉸座與兩者進(jìn)行連接,當(dāng)同一側(cè)兩個(gè)鉸座孔同軸度超差時(shí),接口框產(chǎn)生受力不均,導(dǎo)致接口框平面度公差變化。針對(duì)此影響因素,除保證鉸座孔同軸度加工精度外,針對(duì)鉸座與接口框連接增加安裝定位銷來保證安裝同軸度。定位銷銷孔按照公差技術(shù)要求加工,保證尺寸及形位公差在合理范圍內(nèi)。

▲圖2 接口框與翻轉(zhuǎn)架、翻轉(zhuǎn)推桿連接結(jié)構(gòu)

(2) 翻轉(zhuǎn)推桿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。由于翻轉(zhuǎn)推桿出廠時(shí)有裝配誤差,無法保證兩個(gè)翻轉(zhuǎn)推桿長(zhǎng)度一致。裝配時(shí),粗測(cè)兩個(gè)翻轉(zhuǎn)推桿長(zhǎng)度尺寸,然后裝配到衛(wèi)星艙板架車上。通過工業(yè)測(cè)量相機(jī)測(cè)量接口框平面度,可以測(cè)出接口框的平面高低點(diǎn)。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)每根翻轉(zhuǎn)推桿的伸出長(zhǎng)度值進(jìn)行調(diào)整,如圖3所示。

▲圖3 翻轉(zhuǎn)推桿伸出長(zhǎng)度

(3) 拔銷方法。接口塊與接口框?yàn)槁菁y連接,安裝每個(gè)接口塊時(shí)由兩個(gè)定位銷進(jìn)行定位,定位銷位置如圖4所示。按照技術(shù)要求,在接口塊完成安裝后需要將定位銷拔出。為方便拔出定位銷,選用不銹鋼材質(zhì)并具有中心螺紋孔形式的定位銷,如圖5所示。使用專用工具,沿著定位銷的軸線方向拔出定位銷。

(4) 指定接口框加工裝卡位置。由于接口框正常使用時(shí)主要為四個(gè)主支撐點(diǎn)受力,因此需指定接口框加工裝卡位置,使主支撐點(diǎn)位置與使用狀態(tài)一致。主支撐點(diǎn)位置如圖6所示。

▲圖4 定位銷位置▲圖5 定位銷▲圖6 主支撐點(diǎn)位置

(5) 接口框增加加工基準(zhǔn)塊。機(jī)械加工時(shí),在接口框的主支撐點(diǎn)位置增加主加工基準(zhǔn)塊,其余位置增加輔助加工基準(zhǔn)塊。加工接口塊前,先加工基準(zhǔn)塊平面度為0.2 mm,然后翻面加工接口塊。加工完畢后,應(yīng)保證所有接口塊平面度不大于0.2 mm。加工基準(zhǔn)塊位置如圖7所示。

▲圖7 加工基準(zhǔn)塊位置

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照以上方法進(jìn)行衛(wèi)星艙板架車生產(chǎn),衛(wèi)星艙板架車裝配后進(jìn)行初次測(cè)量。初次測(cè)量衛(wèi)星艙板架車的平面度為0.292 mm,不滿足平面度小于0.2 mm的技術(shù)要求。因此,對(duì)工業(yè)測(cè)量相機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,確定調(diào)節(jié)推桿的位置和長(zhǎng)度。

經(jīng)過第一次調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)推桿后,接口框平面度為0.233 mm,大于0.2 mm,不滿足平面度技術(shù)要求。再次調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)推桿長(zhǎng)度后,接口框平面度為0.125 mm,滿足平面度小于0.2 mm的技術(shù)要求。

為了驗(yàn)證加載力對(duì)接口框平面度的影響,對(duì)驗(yàn)收合格后的衛(wèi)星艙板架車進(jìn)行加載試驗(yàn),接口框平面度為0.145 mm,滿足平面度小于0.2 mm的技術(shù)要求。

為了驗(yàn)證重復(fù)裝配衛(wèi)星艙板對(duì)衛(wèi)星艙板架車平面度的影響,對(duì)加載試驗(yàn)后的接口框進(jìn)行拆卸并重新安裝。安裝后首次測(cè)量接口框平面度為0.587 mm,平面度超差。利用工業(yè)測(cè)量相機(jī)測(cè)量翻轉(zhuǎn)推桿的長(zhǎng)度進(jìn)行第一次調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)后接口框平面度為0.236 mm,大于0.2 mm。對(duì)翻轉(zhuǎn)推桿長(zhǎng)度進(jìn)行第二次調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)后接口框平面度為0.118 mm,滿足平面度小于0.2mm的技術(shù)要求。試驗(yàn)證明,每次衛(wèi)星艙板裝配會(huì)對(duì)接口框的平面度產(chǎn)生影響,但是可以通過調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)推桿長(zhǎng)度使平面度滿足技術(shù)要求。

第三次將平面度合格的接口框拆除,并再次重新安裝。安裝后首次測(cè)量接口框的平面度為0.112 mm,滿足平面度小于0.2 mm的技術(shù)要求。

為了驗(yàn)證拔除接口定位銷對(duì)接口框平面度會(huì)產(chǎn)生影響,將接口塊上的定位銷拔除。拔除定位銷后,接口框平面度為0.193 mm。可見拔除定位銷對(duì)平面度的影響很大,而且拔除定位銷的過程中不能使用蠻力,需要使用專用拔銷工具。

新投產(chǎn)的衛(wèi)星艙板架車按照所提出的方法投產(chǎn)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),共生產(chǎn)32臺(tái)衛(wèi)星艙板架車,其中3臺(tái)平面度超差,合格率為91%,說明所提出的方法有效。

5 結(jié)束語

通過對(duì)提高衛(wèi)星艙板架車平面度的方法進(jìn)行研究,衛(wèi)星艙板架車的出廠合格率從原來的70%～80%提高到90%以上,所提出的方法可以為后續(xù)衛(wèi)星艙板架車設(shè)計(jì)提供技術(shù)指導(dǎo),提高衛(wèi)星艙板架車的平面度,為衛(wèi)星艙板的停放、轉(zhuǎn)運(yùn)及設(shè)備安裝提供有力的技術(shù)保證。