提高卫星舱板架车平面度的方法

2021-08-23张玉美席晋东

机械制造 2021年7期

□ 张玉美 □ 席晋东 □ 李阳

天津航天机电设备研究所天津 300458

1 研究背景

卫星舱板平面度是卫星舱板特性的关键指标,直接关系到航天器研制的成败。在卫星舱板组装过程中,卫星舱板停放输运时安放在卫星舱板架车上,并用螺钉进行固定。当卫星舱板架车平面度超差时,会导致被螺钉固定在卫星舱板架车上的卫星舱板变形,进而影响卫星舱板的平面度,严重时还会导致航天器失败。近年来,卫星舱板架车生产量逐年增加。传统卫星舱板架车的制造合格率仅为70%～80%,制造合格率很大程度上依赖装配人员的技术水平和经验,质量稳定性较差,装配效率较低。笔者着重研究影响卫星舱板架车平面度的因素,提出提高卫星舱板架车平面度的方法,同时通过试验验证方法的正确性。

2 平面度影响因素

卫星舱板架车接口框是影响卫星舱板架车平面度的关键部件,尺寸精度要求高。接口框平面度直接关系到卫星舱板的平面度,从而影响卫星舱板在全生命周期中的可靠性。卫星舱板架车结构如图1所示。接口框通过四个铰座分别与翻转推杆和翻转架进行连接,接口框上的接口块与安放的卫星舱板通过螺钉连接,接口块通过螺钉和定位销与接口框连接。

▲图1 卫星舱板架车结构

根据现场调查、实例取证、参数验证等方法,结合讨论分析,确定影响卫星舱板架车平面度的主要因素有五方面,分别为:① 接口框与翻转推杆、翻转架连接的铰座同轴度精度;② 翻转推杆初始长度的安装误差;③ 接口框与接口块安装定位销的拔销方法;④ 接口框加工装卡位置的确定;⑤ 接口框加工基准块的确定。

3 提高平面度的方法

(1) 提高铰座同轴度安装要求。接口框与翻转架、翻转推杆的连接结构如图2所示。接口框通过铰座与两者进行连接,当同一侧两个铰座孔同轴度超差时,接口框产生受力不均,导致接口框平面度公差变化。针对此影响因素,除保证铰座孔同轴度加工精度外,针对铰座与接口框连接增加安装定位销来保证安装同轴度。定位销销孔按照公差技术要求加工,保证尺寸及形位公差在合理范围内。

▲图2 接口框与翻转架、翻转推杆连接结构

(2) 翻转推杆长度调节。由于翻转推杆出厂时有装配误差,无法保证两个翻转推杆长度一致。装配时,粗测两个翻转推杆长度尺寸,然后装配到卫星舱板架车上。通过工业测量相机测量接口框平面度,可以测出接口框的平面高低点。根据测量数据,对每根翻转推杆的伸出长度值进行调整,如图3所示。

▲图3 翻转推杆伸出长度

(3) 拔销方法。接口块与接口框为螺纹连接,安装每个接口块时由两个定位销进行定位,定位销位置如图4所示。按照技术要求,在接口块完成安装后需要将定位销拔出。为方便拔出定位销,选用不锈钢材质并具有中心螺纹孔形式的定位销,如图5所示。使用专用工具,沿着定位销的轴线方向拔出定位销。

(4) 指定接口框加工装卡位置。由于接口框正常使用时主要为四个主支撑点受力,因此需指定接口框加工装卡位置,使主支撑点位置与使用状态一致。主支撑点位置如图6所示。

▲图4 定位销位置▲图5 定位销▲图6 主支撑点位置

(5) 接口框增加加工基准块。机械加工时,在接口框的主支撑点位置增加主加工基准块,其余位置增加辅助加工基准块。加工接口块前,先加工基准块平面度为0.2 mm,然后翻面加工接口块。加工完毕后,应保证所有接口块平面度不大于0.2 mm。加工基准块位置如图7所示。

▲图7 加工基准块位置

4 试验验证

按照以上方法进行卫星舱板架车生产,卫星舱板架车装配后进行初次测量。初次测量卫星舱板架车的平面度为0.292 mm,不满足平面度小于0.2 mm的技术要求。因此,对工业测量相机的测量数据进行分析,确定调节推杆的位置和长度。

经过第一次调节翻转推杆后,接口框平面度为0.233 mm,大于0.2 mm,不满足平面度技术要求。再次调节翻转推杆长度后,接口框平面度为0.125 mm,满足平面度小于0.2 mm的技术要求。

为了验证加载力对接口框平面度的影响,对验收合格后的卫星舱板架车进行加载试验,接口框平面度为0.145 mm,满足平面度小于0.2 mm的技术要求。

为了验证重复装配卫星舱板对卫星舱板架车平面度的影响,对加载试验后的接口框进行拆卸并重新安装。安装后首次测量接口框平面度为0.587 mm,平面度超差。利用工业测量相机测量翻转推杆的长度进行第一次调节,调节后接口框平面度为0.236 mm,大于0.2 mm。对翻转推杆长度进行第二次调节,调节后接口框平面度为0.118 mm,满足平面度小于0.2mm的技术要求。试验证明,每次卫星舱板装配会对接口框的平面度产生影响,但是可以通过调节翻转推杆长度使平面度满足技术要求。

第三次将平面度合格的接口框拆除,并再次重新安装。安装后首次测量接口框的平面度为0.112 mm,满足平面度小于0.2 mm的技术要求。

为了验证拔除接口定位销对接口框平面度会产生影响,将接口块上的定位销拔除。拔除定位销后,接口框平面度为0.193 mm。可见拔除定位销对平面度的影响很大,而且拔除定位销的过程中不能使用蛮力,需要使用专用拔销工具。

新投产的卫星舱板架车按照所提出的方法投产。经统计,共生产32台卫星舱板架车,其中3台平面度超差,合格率为91%,说明所提出的方法有效。