精密测控雷达、航管雷达和港管雷达的天线设计通常采用双曲面形状，这种设计使天线尺寸多样化、结构轻型化，并需要高精度的制造工艺[1]。在装配天线时，工装结构是一个重要的考虑因素。目前，装配工装主要采用仿天线结构的卧式装配工装模式和立式装配工装模式，但现有的工装结构较为复杂，工装准备时间长，通用性也较差[2-4]。为了解决上述问题，可以考虑优化工装结构设计，简化工装结构，提高工装的通用性和互换性[5]。同时，可以研究新的装配工艺和方法，提高装配效率和精度。此外，可以通过引入先进的制造技术如3D打印技术，降低制造成本和提高制造精度[6]。为了提高生产效率和降低制造成本，未来在设计和制造双曲面天线时，应注重简化工装结构、提高工装通用性和互换性、优化装配工艺和方法及引入先进的制造技术[7]。本文根据双曲面天线的结构特点，针对不同需求的产品双天线，提出自动化装配工装理念，在工作状态下进行双曲面天线装配，使工装在一定的尺寸范围内，满足天线单件、批量生产的需要，且可提高天线的装配精度。1设计需求1.1双曲面天线结构组成双曲面天线由天线背架、天线筋板、反射网、过渡板、折叠机构等组成。天线结构如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.032.F001图1天线结构1.2双曲面天线立式自动化装配工装模式卧式装配工装模式是指天线在卧式状态下装配。装配前，装配工装各基础件、支撑件、定位件、夹紧件按照设计要求通过测量、调整，使模块处于正确位置。将预制有定位孔的反射筋板安装在定位件上并夹紧、铆接、铺设反射网[8]。立式装配工装模式是指天线在立式状态下装配。其工装的就位、天线的装配与卧式装配相同，与卧式装配工装不同，立式工装的基础件必须模拟天线背架的形状，且各相关零部件的刚强度需要高于卧式装配工装。自动化装配工装是指在装配中为了提高工装快速响应产品变化能力、缩短工装准备周期、降低工装制造成本，采用的一种基于产品数字量尺寸协调体系模块化、可自动调整的装配工装[9]。双曲面自动化装配工装是通过数据驱动来控制各定位件的空间尺寸，以保证天线筋板正确的空间位置。装配前，将工装数模和双曲面天线数模输入计算机，并将筋板定位孔数据输入计算机。装配时，先将天线背架安装固定，检测预制的天线背架基准孔，确立天线与工装坐标系的相互位置关系[10]。三坐标移动或转动定位件，使其到达理论位置安装筋板，自动检测筋板位置的准确性，通过数据反馈，微调定位件，使其到达准确位置安装天线背架与天线筋板的连接板，依次安装筋板、连接板，测量天线精度。该装配模式的一次性成本较高，但可以缩短产品的生产准备时间，通用性强，适合单件小批量生产。2双曲面天线自动装配工装方案设计2.1自动化装配工装技术自动化装配工装技术按功能划分，可分为静态框架和动态模块，其中静态框架主要由标准件与连接件组装而成，是整个工装系统的结构基础。动态模块是根据具体产品的具体需求而设计，其存在多个自由度，通过可调整连接装置依附在静态框架上，并根据产品特征不同配置对应的动态模块。动态模块可以通过调整自由度或连接装置，改变模块状态，达到适应同类相似产品需求。2.2自动化装配工装组成根据工装在双曲面天线装配中的功能、自动化工装的特点，工装结构采用行列式工装结构。各立柱单元通过导轨在工装基础零件上运动，可重构模块化单元（筋板定位零件）在立柱上运动，筋板夹紧可采用连杆机构实现。双曲面天线装配工装的组成可以分为软件和硬件两部分。软件主要包括控制软件、测量软件、装配仿真软件和优化计算软件等；硬件主要包括静态框架、组合在一起的多个模块化结构、数控系统、自动化测量设备等。自动化装配工装基本组成如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.032.F002图2自动化装配工装基本组成3双曲面天线自动化装配工装设计针对双曲面天线的形状及尺寸不同，在工装硬件设计时，应充分考虑天线的曲率及外形尺寸，分系列设计，以满足天线不同曲率、外形尺寸的装配要求。3.1装配工装硬件3.1.1工装基础件作为工装的主要承载零件，基础零件需要有足够的强度和刚度，以保证整套工装长期使用的精度准确性。为了能够保证工装的长期使用，基础零件包括地基及导轨的调整机构，保证导轨的装配精度，确保导轨在长期使用后精度下降时的精度还可用，基础零件还需有一定的抗震能力。工装基础件如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.032.F003图3工装基础件3.1.2导轨组件导轨组件作为工装的运动硬件，除本身需具备移动功能外，还承载了立柱单元的移动及固定，主要是大尺寸移动。该组件必须具备准确移动功能、移动距离可测量功能以及一定的承载能力。导轨组件如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.032.F004图4导轨组件此导轨组件分为两层，下层导轨固定在工装基础件上，供上层导轨沿X方向准确、可测量移动用，上层导轨下部固定在下层导轨上，上部供支撑件组件连接用，并使支撑件组件在导轨上沿Z方向准确、可测量移动用。3.1.3支撑件组件支撑件组件安装工装的定位组件、夹紧组件、实现运动功能的执行元件（气缸或油缸）等采用四立柱式焊接结构。支撑件组件如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.032.F005图5支撑件组件支撑件组件安装在移动导轨上，并在导轨上可靠、准确移动。该组件必须满足足够的刚强度；组件在高度上准确、可测量伸缩移动，以保证工装结构紧凑；组件上需要安装导轨，保证定位组件准确、可测量运动。3.1.4定位件组件定位件组件的作用是天线装配时，保证各筋板可靠地定位在空间准确位置上。天线筋板为板状结构，其中一面为曲面，筋板上加工有两个定位孔，供筋板确定空间位置使用。部分筋板平行于YOZ平面或与YOZ平面成不等的角度，所有筋板的曲面基本组成了天线的反射面。该定位件组件连接在支撑件组件上，在一个支撑件组件上连接有4个，可沿Y向有准确、可测量的小距离移动；可沿Z向有准确、可测量的移动；并且可绕Y轴转动。该定位组件末端安装有定位孔，通过筋板上的定位孔实施对筋板的可靠定位。组件上安装有夹紧组件，可用四连杆机构实现。定位件组件如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.032.F006图6定位件组件3.2自动化装配工装软件3.2.1先进数控技术为了适应不同尺寸的双曲面天线装配需要，使工装在一定尺寸范围内均满足天线的装配需求，工装需要具备移动及转动功能，采用先进的数控技术及高精度的运动器件、天线筋板定位点的数据监测及反馈调整，保证了天线的装配精度的提高。3.2.2传感检测技术传感检测技术主要用来检测天线安装时筋板实际位置与理论位置的偏差，通过传感器反馈数据并调整移动距离，使筋板的空间位置更准确，提高天线的装配精度。3.2.3工装驱动数据通过建立工装数模和产品数模，获取所需的数据并进行处理，用最终的处理数据对工装实施数据驱动。3.2.4生成技术该工装的生成技术包含天线的装配仿真技术和自动化测量技术。天线的仿真技术包括天线结构仿真、工装正确位置仿真及工装运动仿真；自动化测量技术包括工装定位点测量和天线曲面测量，并通过数据对比，计算绝对误差及曲面均方根。3.2.5系统集成技术系统集成技术包含数据控制、工装数据生成、产品数据生成、工装驱动数据、数据反馈优化处理、传感及报警数据处理、仿真数据等。天线自动化装配工装软件如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.032.F007图7天线自动化装配工装软件4自动化天线装配工装流程天线的装配过程包括天线零件准备、零件安装、装配数据采集、设备准备等。自动化工装装配流程如图8所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.032.F008图8自动化工装装配流程5结语针对不同的双曲面天线，该工装采用更改天线数模，调整天线筋板定位点的空间位置。通过各移动组件，对筋板准确定位并通过部件重构，快速适应不同尺寸的天线，缩短了工装准备时间及天线装配时间，使双曲面天线的生产周期缩短。天线装配准备包括硬件与软件，双曲面天线设计采用CAD辅助设计，数模可直接导入计算机软件。整个装配过程围绕数据驱动进行，不断修正参数，直至完成精准定位和装配。通过选用高精度运动器件、定位点空间位置的数据反馈及调整，使天线筋板的空间位置更准确，提高了反射面的装配精度。该工装采用了部件重构，筋板的准确定位通过运动部件的运动实现，满足了一定尺寸范围内双曲面天线的装配，通用性广，适用于单件、批量双曲面雷达天线的生产。该工装的研制提升了天线的装配水平，在一定程度上体现了自动化装配水平，为智能化工装研发提供了基础。