2019年, 第18卷, 第5期　刊出日期：2019-10-05

  

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综述
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  惯性导航系统用石英玻璃材料

  孙元成, 宋学富, 张晓强, 杜秀蓉

  导航与控制. 2019, 18(5): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.001

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  石英玻璃是高精度挠性加速度计、半球谐振陀螺的核心材料。随着我国在航天、航空、航海等多领域中所取得的技术进步,高精度惯性导航系统对石英玻璃的性能提出了越来越高的要求,但目前行业缺乏针对性的技术标准、性能指标体系。系统介绍了各类石英玻璃的制备工艺及特点,并针对石英玻璃在惯性导航系统中的具体应用,详细介绍了石英玻璃的相关性能指标及加工方式,为石英玻璃的材料选择提供了参考。
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  微系统集成用倒装芯片工艺技术的发展及趋势

  赵雪薇, 阎璐, 邢朝洋, 李男男, 朱政强

  导航与控制. 2019, 18(5): 11-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.002

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  倒装芯片(Flip Chip,FC)技术是一种应用广泛的集成电路电子封装技术。随着电子产品不断向小型化和多功能化方向升级,尤其是在微系统集成领域飞速发展的驱动下,FC技术也在不断发展以满足细节距和极细节距芯片的封装要求。同时,FC技术也在工业化的过程中追求着性能、成本和封装效率的平衡。将FC封装体分为芯片凸点、基板以及底填充材料三个主要部分,深入讨论了FC封装的主流工艺和新兴工艺,介绍了各个工艺的流程及优缺点。此外,还分析了FC封装体在热、力以及电载荷作用下的可靠性问题。
精密加工
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  复合舵机本体精密加工技术

  郑自泽, 吴辉剑, 袁超, 阮东海, 朱力敏, 王利峰

  导航与控制. 2019, 18(5): 22-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.003

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  复合舵机是控制系统中重要的执行部件,在航空航天等领域有着广泛的应用。针对行业内复合舵机本体工艺流程冗长、数控化程度低、生产效率低等问题,开展了本体新工艺的研制。在分析复合舵机本体结构特点和加工难点的基础上,采用了数控加工与精密研磨相结合的加工方法,设计了加工工艺流程和专用装夹工装,配置了本体活塞孔精密研磨所需研磨膏,通过试验验证了工艺流程的可行性。工艺验证结果表明,本体活塞孔圆柱度不大于0.002mm,表面粗糙度在Ra0.05μm以下,在内窥镜下观察无可见划痕。自配研磨膏在研磨加工中使用效果显著,所设计工艺流程合理可行。
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  铝合金阀门壳体交叉孔数控去毛刺的工艺优化与应用

  王伟锋, 况康, 李林洮, 朱磊

  导航与控制. 2019, 18(5): 28-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.004

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  随着火箭增压输送系统的阀门制造任务日益繁重,阀门零件交叉孔毛刺的去除急需稳定有效的工艺方法。为实现运载火箭铝合金阀门壳体交叉孔相贯线毛刺稳定高效的去除,提出了一种使用过孔刀数控加工去除交叉孔毛刺的工艺方法。设计了过孔刀数控加工去毛刺试验方案,研究了交叉孔相贯线毛刺去除原理,分析了工艺参数对毛刺去除质量的影响规律,得出了铝合金阀门壳体的交叉孔毛刺去除的最优工艺参数。研究表明,该方法能在交叉孔相贯线位置形成过渡圆角,实现了铝合金交叉孔毛刺稳定高效的去除,在航天阀门产品应用中取得了良好的加工效果。
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  整体壳段典型特征高效模块化编程技术

  张海洋, 刘争, 路骐安, 张东东, 杜泽宇

  导航与控制. 2019, 18(5): 35-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.005

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  整体壳段为航天产品核心零部件,具有结构复杂、尺寸精度高、材料去除率大、工艺过程复杂、加工周期长等特点。在壳段数控加工过程中,存在编程难度大、重复工作量大、效率低及编程质量与编程人员能力水平密切相关等问题。为了适应高效、高可靠性的任务需求,依托成熟商用CAM软件,通过对整体壳段典型特征的分析,基于UG NX软件平台研究并开发了典型特征自动化编程模块,有效提高了加工程序的质量稳定性,并极大降低了工艺人员的编程操作量,提高了工艺设计效率。
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  碳化硼材料动压气浮轴承零件精密加工

  邵荔宁, 刘彪, 孙保和, 翁长志, 周景春, 何亚飞

  导航与控制. 2019, 18(5): 40-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.006

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  针对高精度、高硬度、高脆性碳化硼材料的动压气浮轴承零件精密加工存在加工合格率低和效率低的问题,进行了加工流程、精密磨削与精密研磨的技术改进。首先,采用电火花套切方法去除大部分加工余量、小余量精密磨削和精密研磨加工的工艺方法,提高了轴承零件加工效率。其次,通过设计制作专用高精度定位磨削夹具和金刚石砂轮修整装置,解决了轴承零件磨削加工形位精度不高和砂轮无法进行在位修整的问题。最后,通过研制圆柱面精密研磨机,解决由于原有研磨设备精度差造成的加工质量和效率低的问题。通过采取技术改进措施,实现了碳化硼轴承零件亚微米级形位精度的磨削加工,提高了轴承零件的加工精度、合格率和加工效率。
精密平衡
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  陀螺电机转子动平衡激光精密去重技术

  薛亚飞, 李广, 高文焱, 李凯

  导航与控制. 2019, 18(5): 49-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.007

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  陀螺电机转子动平衡采用的人工打孔去重存在效率低、去重精度低、金属碎屑残留等问题,严重制约了陀螺的生产效率和精度。而激光去重具有去重精度高、无接触、效率高等优点,在精密去重领域应用前景广泛。采用脉冲光纤激光器对陀螺电机转子动平衡进行了激光精密去重技术研究,探讨了激光频率、振镜扫描速度等参数对去重效果的影响规律,优化了激光去重工艺参数。当激光功率为30W、振镜扫描速度为1000mm/s时,去重盲孔效果最好。针对激光去重盲孔存在残留物问题,提出了激光二次抛光去除残留物的方法,研究了激光功率、振镜扫描速度对残留物去除效果影响规律,优化了激光抛光工艺参数。激光去重盲孔经二次扫描抛光后,盲孔表面残留物去除干净,满足陀螺电机转子的精密去重要求。
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  基于模糊控制的浮子快速静平衡与系统研制

  惠宏超, 何江涛, 魏东辰, 严小军, 张福礼

  导航与控制. 2019, 18(5): 54-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.008

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  针对三浮陀螺浮子在研制过程中的静不平衡问题,为提高浮子组件的静平衡精度和效率,提出了浮子轴向和径向静平衡的新方法。基于浮子静平衡原理,在常温粗平衡时,采用力矩平衡原理,可快速实现浮子轴向平衡。在常温精平衡时,首次引入智能控制领域的模糊控制(Fuzzy Control)算法,充分利用专家经验,实现浮子径向平衡。基于该方法,研制了一台陀螺浮子静平衡检测设备。通过正式浮子测试,本方法和设备已经成功实现了三种型号浮子组件的静平衡,平衡精度小于0.01μN·m,平衡效率提高了50%,且设备已获得实际的工程应用。
特种加工
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  纤维增强树脂基复合材料激光切割热影响探析

  张开虎, 于洋, 张夏明, 杨波

  导航与控制. 2019, 18(5): 60-66. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.009

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  作为一类典型难加工材料,实现以碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)、芳纶纤维增强树脂基复合材料(AFRP)为代表的纤维增强树脂基复合材料(FRP)的高精密、高质量加工是业界的追求目标。初探了激光脉冲宽度、波长对于典型FRP切割边缘热影响区的影响规律,比较了不同FRP材料精密切割对于激光参数需求的异同。发现纳秒激光、连续激光等传统激光因加工热效应明显而不适合精密切割,而皮秒激光、飞秒激光等超快激光可以实现热影响区宽度仅0.01mm~0.1mm量级的高质量切割,且热影响区宽度几乎不依赖于脉冲宽度;缩短超快激光波长有利于减小AFRP材料的热影响区宽度,但对于CFRP材料则不明显。考虑到高功率皮秒激光一般比对应的飞秒激光更经济,可使用倍频后得到的短波长皮秒激光实现对AFRP的精密切割,对于CFRP则考虑本征波长的皮秒激光即可。
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  激光软钎焊技术及其在高精度惯性仪表中的应用探索

  余正海, 胡玉龙, 董清宇, 梁涛, 段荣, 张福礼

  导航与控制. 2019, 18(5): 67-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.010

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  目前,绝缘子引线均采用传统电烙铁加热方式来焊接,存在焊接工作量大、易破坏玻璃和胶接面、质量一致性差等问题。介绍了激光软钎焊技术,包括其工作原理和技术特点,并在高精度惯性仪表外壳绝缘子引线焊接方面进行了应用探索。采用自主设计的激光软钎焊系统来进行焊接试验,得到的焊点外观质量与人工焊接相当,抗拉强度高于20MPa(引线本征抗拉强度),绝缘电阻为7250MΩ,金属间化合物层(IMC层)平均厚度为0.558μm。试验结果表明,激光软钎焊的绝缘子引线抗拉强度高、绝缘良好、质量可靠,是有望实现惯性仪表自动化焊接的有效途径。
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  陶瓷材料的超声辅助铣磨削加工技术

  陈发胜, 苏长发, 张占华, 李玉宝, 杜小孔, 薛晓飞

  导航与控制. 2019, 18(5): 76-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.011

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  陶瓷材料由于具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化、良好的绝缘性等优点,使得其在航天领域得到广泛的应用。针对陶瓷材料在常规机械加工过程中易引入微裂纹等非本征缺陷和残余应力等加工缺陷,通过对陶瓷材料特性的理论分析,引入超声振动加工方法。同时,对陶瓷材料超声振动加工的机理进行了分析,对比验证了普通磨削加工和超声辅助铣磨削加工的效果。采用仿真分析了超声加工过程中工件所受的切削压力和内应力云图,并从理论的角度进行了验证,实现了陶瓷材料产品表观质量的大幅提升,其表面粗糙度达到Ra0.56μm。
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  震荡磨削在伺服阀阀套内环槽工作边加工中的应用

  何理论, 杨强, 丁忠军, 姜建国

  导航与控制. 2019, 18(5): 84-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.012

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  滑阀副是通过阀芯、阀套重叠处阀口控制流体流动方向及流量大小的,阀套工作边棱边质量对伺服阀工作性能有决定性影响。阀套内环槽全开口工作边常常利用硬车后研磨的工艺方法加工,存在加工质量不稳定而返工的问题。分析了阀套工作边震荡磨削加工的磨削原理,采用震荡磨削开展了阀套内环槽全开口工作边的加工研究。基于正交实验设计,构建了震荡磨削实验,研究了震荡速率和轴向进刀速度对表面质量、毛刺高度和锐边完整性的影响。经数学分析表明,Z轴和X轴进给速度对表面粗糙度和毛刺高度的影响相对一致,v_a越大、v_f越小,对应的表面粗糙度越低、毛刺越小。实验结果表明,震荡磨削是伺服阀全开口阀套工作边精密加工的一种可行方法,可以广泛应用于起阀口作用的内外环槽结构的加工中。
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  微小型车铣加工表面粗糙度分析及预测模型建立

  郑中鹏, 金鑫, 江振卫, 李启明, 陈威, 孔鑫

  导航与控制. 2019, 18(5): 91-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.013

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  随着尖端科学技术和国防工业的不断发展,微小型车铣加工技术作为一种先进的切削加工方法被广泛应用在军民制造领域。为获得微小型正交车铣加工参数引起的零件表面粗糙度的变化规律,以高效车铣复合加工机床正交车铣轴类零件的表面粗糙度为研究对象,采用三水平五因素正交实验分析法和多元线性回归预测法,重点研究了车铣加工参数与表面粗糙度之间的关系、车铣加工参数与表面粗糙度预测模型数值关系。结果表明,采用相同刀具下正交车铣加工轴类零件,其工件尺寸、车削主轴转速、工件进给量、铣削主轴转速和切削深度依次从大到小影响零件表面粗糙度质量,可指导高效车铣复合加工机床的加工工艺参数优化。
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  CL-208清洗剂对微晶玻璃超光滑表面低损伤清洗的影响

  林娜娜, 矫灵艳, 王利栓, 崔莹, 陈广悦

  导航与控制. 2019, 18(5): 99-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.014

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  微晶玻璃因其良好的机械性能和较高温度下的化学稳定性而被用作激光陀螺反射镜基底材料,但两相多晶结构又使其清洗后易受腐蚀,损伤超光滑表面。通过对微晶玻璃化学稳定性进行分析,确定适宜清洗微晶玻璃超光滑表面的无腐蚀性清洗剂。通过对清洗剂体积浓度、清洗温度、清洗时间的研究,确定了清洗剂的清洗参数。根据优化后的工艺参数进行清洗,微晶玻璃超光滑表面粗糙度由清洗前的0.117nm降低到清洗后的0.061nm,接触角由清洗前的22.5°降低到清洗后的5.1°,镀膜后积分散射均值为8.0×10^-6,最终获得微晶玻璃反射镜高洁净低损伤超光滑表面。
其他
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  航发高温内腔温度场模型的建立与仿真分析

  武锦辉, 王高, 刘吉

  导航与控制. 2019, 18(5): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.015

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  航空发动机内腔温度高、变化快,传统接触测试方法需要破坏结构或加载传感器于内腔获取温度数据。针对这种高温测量应用需求,从热传导和热弹性理论出发,理论分析了温度场作用下的钢质薄板变形特性。基于热弹性的基本方程和边界条件,研究了符合轴对称原则的金属薄板的应力、应变、位移、温度之间的数学关系,建立了多项式方程求解金属薄板温度位移模型。依据金属薄板材料参数和边界约束条件,有限元仿真分析了金属薄板的热变形状态,仿真结果与建立的模型计算数据比对验证基本一致,初步验证了温度计算模型的可靠性,为微变形内推温度测量提供可能。
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  高分辨率模数转换电路的设计及误差分析

  黄武扬, 黎坤, 吴一

  导航与控制. 2019, 18(5): 113-120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5558.2019.05.016

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  随着惯性技术的发展,传统的电流频率(I/F)转换电路已经不能满足惯性系统的需要。在传统的I/F转换电路的基础上结合A/D采样芯片,用来对积分器残余电荷进行采样,以得到一种高分辨率模数(I/F+A/D)转换电路。介绍了转换电路的工作原理,分析了电路的原理性误差。经仿真分析及实验验证,与传统的I/F转换电路相比,该电路具有更高的满度输出频率、更大的标度因数以及更好的线性度。输入小信号对电路进行测试,测试结果表明该电路对小信号更加灵敏,具有更高的分辨率。