四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及直線加速器四翼型射頻四極場(chǎng)腔體的核心部件制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法。利用深孔鉆機(jī)床，在單翼底部鉆出水冷孔；利用工裝進(jìn)行半精加工，在立式加工中心上用立銑刀精加工單翼的內(nèi)腔面，在臥式加工中心上用杠桿式千分表找正單翼；用半精加工專用成型刀具加工單翼的極頭面，再半精加工刀具粗加工極頭曲面；用精加工專用刀具加工單翼極頭的調(diào)制線，利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)單翼的調(diào)制線的加工精度進(jìn)行檢測(cè)；最后對(duì)所有的單翼進(jìn)行表面酸洗處理。該工藝制造出的單翼精度高、表面光潔度高，總裝后在線測(cè)量的場(chǎng)頻率穩(wěn)定、場(chǎng)平整度好、場(chǎng)對(duì)稱度好，與理論值極其吻合。
【專利說明】四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直線加速器四翼型射頻四極場(chǎng)腔體的核心部件制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]射頻四極場(chǎng)(Rad1 Frequency Quadrupole, RFQ)腔體高精度單翼的制造水平是影響四翼型RFQ腔體性能參數(shù)的關(guān)鍵之一。RFQ腔體是由兩件水平單翼和兩件垂直單翼釬焊而成，RFQ腔體高精度單翼極頭面的形狀是波浪形的調(diào)制線，安裝時(shí)相鄰的兩個(gè)單翼波峰對(duì)波谷、相對(duì)的兩個(gè)單翼波峰對(duì)波峰或波谷對(duì)波谷。以這樣的方式安裝的四個(gè)單翼組成腔體，在腔體的束流中心線上產(chǎn)生縱向電場(chǎng)，從而對(duì)束流進(jìn)行加速，其穩(wěn)定可靠性對(duì)加速器非常重要，其加工精度對(duì)RFQ腔體非常重要，因此，能否通過良好地機(jī)械制造方法保證單翼的加工質(zhì)量，關(guān)系RFQ腔體品質(zhì)因數(shù)的高低、場(chǎng)平整度、對(duì)稱度的好壞及諧振頻率的穩(wěn)定性。目前，用常規(guī)制造方法制造RFQ單翼時(shí)，由于產(chǎn)生加工變形、精度不高、單翼之間的一致性差等缺陷，直接影響RFQ單翼的制造水平，甚至容易產(chǎn)生中途報(bào)廢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，從而有效解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其特點(diǎn)是包括如下步驟:
[0005](I)、一段四翼型射頻四極場(chǎng)腔體由四塊單翼組成，分別是兩塊尺寸完全相同的水平單翼和兩塊尺寸完全相同的垂直單翼；
[0006](2)、利用帶形鋸床,將尺寸為IlOOmm(長(zhǎng))x410mm(寬)x225mm(高)的長(zhǎng)方體無(wú)氧銅原材料切割成T字形，在寬度方向的對(duì)稱軸左右兩側(cè)沿長(zhǎng)度方向分別切除11 OOmm (長(zhǎng))xl60mm (寬)xl35mm (高)的兩個(gè)立方體塊,T字形中間部分的厚度為90mm,完成兩塊水平單翼的下料；同樣，將尺寸為IlOOmm(長(zhǎng))x370mm(寬)x225mm(高)的長(zhǎng)方體無(wú)氧銅原材料切割成T字形，在寬度方向的對(duì)稱軸左右兩側(cè)沿長(zhǎng)度方向分別切除I10mm(長(zhǎng))xl40mm(寬)xl35mm(高)的兩個(gè)立方體塊，T字形中間部分的厚度為90mm,完成兩塊水平單翼的下料；
[0007](3)、將切割好的T字形水平單翼在機(jī)床上進(jìn)行粗加工，沿T字形中心對(duì)稱軸的左右兩側(cè)面，由上到下呈階梯狀沿長(zhǎng)度方向加工翼的外形，底面寬度354，公差0.1-0.2mm，厚度55mm,單翼中間部分三個(gè)臺(tái)階由下至上的尺寸分別為:寬度84mm,高度55mm ;寬度44mm,高度55mm ;寬度26臟，高度BOmm ;
[0008](4)、將切割好的T字形垂直單翼在機(jī)床上進(jìn)行粗加工，沿T字形中心對(duì)稱軸的左右兩側(cè)面，由上到下呈階梯狀沿長(zhǎng)度方向加工翼的外形，底面寬度394，公差0.1-0.2mm，厚度90mm,單翼中間部分三個(gè)臺(tái)階由下至上的尺寸分別為:寬度74mm,高度35mm ;寬度46mm,高度50mm ;寬度26mm,高度50mm ；
[0009](5)、利用深孔鉆機(jī)床，在單翼底部鉆出深度100mm直徑012的水冷孔，要求孔的直線度為0.3mm ；
[0010](6)、用一塊長(zhǎng)1100mm，寬460mm，厚度60mm鍛鋁作為水平單翼半精加工的底板，將單翼用螺釘固定后進(jìn)行半精加工，所有加工面留精加工余量5mm ；
[0011](7)、在真空爐內(nèi)對(duì)單翼進(jìn)行去應(yīng)力熱處理，退火溫度在550?600°C，保溫時(shí)間I小時(shí)，升溫速度50°C /小時(shí)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至室溫；
[0012](8)、在立式加工中心上用立銑刀精加工單翼的內(nèi)腔面，包括兩側(cè)面、凹槽面和焊接面，并且完成釬料槽的加工，極頭的調(diào)制線部分留出Imm的精加工余量；
[0013](9)、采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè)各尺寸是否符合圖紙要求，調(diào)制線的基準(zhǔn)面尺寸及安裝尺寸精度達(dá)到±0.02mm ；
[0014](10)、在臥式加工中心上用杠桿式千分表找正單翼，保證單翼極頭部位的左右對(duì)稱度在0.02mm以內(nèi)，同時(shí)保證焊接面的平面度在0.03mm以內(nèi)；
[0015](11)、用半精加工專用成型刀具加工單翼的極頭面，先用專用半精加工刀具開粗拉直線，極頭面呈直線狀，高度方向留余量0.7mm ；
[0016](12)、再用成型刀具粗加工極頭曲面，極頭面呈波浪形調(diào)制線，并留出加工余量
0.3mm ；
[0017](13)、用精加工專用刀具加工單翼極頭的調(diào)制線，分三次進(jìn)刀，完成單翼極頭面調(diào)諧線的加工。每次吃刀量均為0.1mm ；
[0018](14)、利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)單翼的調(diào)制線的加工精度進(jìn)行檢測(cè)，所有尺寸精度完全符合要求，極頭調(diào)制線的加工精度在0.02mm以內(nèi)；
[0019](15)、為保證單翼在氫爐中進(jìn)行釬焊，最后對(duì)所有的單翼進(jìn)行表面酸洗處理，酸洗完成后立即將工件置入真空環(huán)境中，防止表面被氧化。
[0020]所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，半精加工和精加工工序，均在恒溫20°C的工作環(huán)境下進(jìn)行，保證加工尺寸精度的穩(wěn)定性和一致性。
[0021]所述的單翼粗加工、半精加工好精加工，需要制造工裝夾具，精加工過程中工件始終不與鍛鋁底板拆分，避免因工裝反復(fù)拆裝造成的誤差，便于保證單翼極頭側(cè)面、端面與立式加工中心的Z軸軸線平行，其平行度< 0.02mm,同時(shí)保證單翼極頭的左右對(duì)稱度好于
0.02mm。
[0022]所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其加工精度測(cè)量在恒溫20 0C的檢測(cè)環(huán)境下的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上檢測(cè)。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其采用新工藝制造出的單翼精度高、表面光潔度高，總裝后在線測(cè)量的場(chǎng)頻率穩(wěn)定性好于2.5%。、場(chǎng)平整度好于1.0%、場(chǎng)對(duì)稱度好于1.2%，與理論值極其吻合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為單翼粗加工后的示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明的水平單翼結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的垂直單翼結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0028]如圖1至3所示，所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其特點(diǎn)是包括如下步驟:
[0029](I)、一段四翼型射頻四極場(chǎng)腔體由四塊單翼組成，分別是兩塊尺寸完全相同的水平單翼和兩塊尺寸完全相同的垂直單翼；
[0030]⑵、利用帶形鋸床,將尺寸為IlOOmm(長(zhǎng))x410mm(寬)x225mm(高)的長(zhǎng)方體無(wú)氧銅原材料切割成T字形，在寬度方向的對(duì)稱軸左右兩側(cè)沿長(zhǎng)度方向分別切除11 OOmm (長(zhǎng))xl60mm (寬)xl35mm (高)的兩個(gè)立方體塊,T字形中間部分的厚度為90mm,完成兩塊水平單翼的下料；同樣，將尺寸為IlOOmm(長(zhǎng))x370mm(寬)x225mm(高)的長(zhǎng)方體無(wú)氧銅原材料切割成T字形，在寬度方向的對(duì)稱軸左右兩側(cè)沿長(zhǎng)度方向分別切除I10mm(長(zhǎng))xl40mm(寬)xl35mm(高)的兩個(gè)立方體塊，T字形中間部分的厚度為90mm,完成兩塊水平單翼的下料；
[0031](3)、將切割好的T字形水平單翼在機(jī)床上進(jìn)行粗加工，沿T字形中心對(duì)稱軸的左右兩側(cè)面，由上到下呈階梯狀沿長(zhǎng)度方向加工翼的外形，底面寬度354，公差0.1-0.2mm，厚度55mm,單翼中間部分三個(gè)臺(tái)階由下至上的尺寸分別為:寬度84mm,高度55mm ;寬度44mm,高度55mm ;寬度26臟，高度BOmm ;
[0032](4)、將切割好的T字形垂直單翼在機(jī)床上進(jìn)行粗加工，沿T字形中心對(duì)稱軸的左右兩側(cè)面，由上到下呈階梯狀沿長(zhǎng)度方向加工翼的外形，底面寬度394，公差0.1-0.2mm，厚度90mm,單翼中間部分三個(gè)臺(tái)階由下至上的尺寸分別為:寬度74mm,高度35mm ;寬度46mm,高度50mm ;寬度26mm,高度50mm ；
[0033](5)、利用深孔鉆機(jī)床，在單翼底部鉆出深度100mm直徑012的水冷孔，要求孔的直線度為0.3mm ；
[0034](6)、用一塊長(zhǎng)1100mm，寬460mm，厚度60mm鍛鋁作為水平單翼半精加工的底板，將單翼用螺釘固定后進(jìn)行半精加工，所有加工面留精加工余量5mm ；
[0035](7)、在真空爐內(nèi)對(duì)單翼進(jìn)行去應(yīng)力熱處理，退火溫度在550?600°C，保溫時(shí)間I小時(shí)，升溫速度50°C /小時(shí)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至室溫；
[0036](8)、在立式加工中心上用立銑刀精加工單翼的內(nèi)腔面，包括兩側(cè)面、凹槽面和焊接面，并且完成釬料槽的加工，極頭的調(diào)制線部分留出Imm的精加工余量；
[0037](9)、采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè)各尺寸是否符合圖紙要求，調(diào)制線的基準(zhǔn)面尺寸及安裝尺寸精度達(dá)到±0.02mm ；
[0038](10)、在臥式加工中心上用杠桿式千分表找正單翼，保證單翼極頭部位的左右對(duì)稱度在0.02mm以內(nèi)，同時(shí)保證焊接面的平面度在0.03mm以內(nèi)；
[0039](11)、用半精加工專用成型刀具加工單翼的極頭面，先用專用半精加工刀具開粗拉直線，極頭面呈直線狀，高度方向留余量0.7mm ；
[0040](12)、再用成型刀具粗加工極頭曲面，極頭面呈波浪形調(diào)制線，并留出加工余量
0.3mm ；
[0041](13)、用精加工專用刀具加工單翼極頭的調(diào)制線，分三次進(jìn)刀，完成單翼極頭面調(diào)諧線的加工。每次吃刀量均為0.1mm ；
[0042](14)、利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)單翼的調(diào)制線的加工精度進(jìn)行檢測(cè)，所有尺寸精度完全符合要求，極頭調(diào)制線的加工精度在0.02mm以內(nèi)；
[0043](15)、為保證單翼在氫爐中進(jìn)行釬焊，最后對(duì)所有的單翼進(jìn)行表面酸洗處理，酸洗完成后立即將工件置入真空環(huán)境中，防止表面被氧化。
[0044]所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，半精加工和精加工工序，均在恒溫20°C的工作環(huán)境下進(jìn)行，保證加工尺寸精度的穩(wěn)定性和一致性。
[0045]所述的單翼粗加工、半精加工好精加工，需要制造工裝夾具，精加工過程中工件始終不與鍛鋁底板拆分，避免因工裝反復(fù)拆裝造成的誤差，便于保證單翼極頭側(cè)面、端面與立式加工中心的Z軸軸線平行，其平行度< 0.02mm,同時(shí)保證單翼極頭的左右對(duì)稱度好于
0.02mm。
[0046]所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其加工精度測(cè)量在恒溫20 0C的檢測(cè)環(huán)境下的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上檢測(cè)。
[0047]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其特點(diǎn)是包括如下步驟: (1)、一段四翼型射頻四極場(chǎng)腔體由四塊單翼組成，分別是兩塊尺寸完全相同的水平單翼和兩塊尺寸完全相同的垂直單翼； (2)、利用帶形鋸床，將尺寸為1100mm(長(zhǎng))x410mm(寬)x225mm(高)的長(zhǎng)方體無(wú)氧銅原材料切割成T字形，在寬度方向的對(duì)稱軸左右兩側(cè)沿長(zhǎng)度方向分別切除IlOOmm(長(zhǎng))xl60mm (寬)xl35mm (高)的兩個(gè)立方體塊,T字形中間部分的厚度為90mm,完成兩塊水平單翼的下料；同樣，將尺寸為IlOOmm(長(zhǎng))x370mm(寬)x225mm(高)的長(zhǎng)方體無(wú)氧銅原材料切割成T字形，在寬度方向的對(duì)稱軸左右兩側(cè)沿長(zhǎng)度方向分別切除I10mm(長(zhǎng))xl40mm(寬)X135mm(高)的兩個(gè)立方體塊，T字形中間部分的厚度為90mm,完成兩塊水平單翼的下料； (3)、將切割好的T字形水平單翼在機(jī)床上進(jìn)行粗加工，沿T字形中心對(duì)稱軸的左右兩側(cè)面，由上到下呈階梯狀沿長(zhǎng)度方向加工翼的外形，底面寬度354，公差0.1-0.2mm，厚度55mm,單翼中間部分三個(gè)臺(tái)階由下至上的尺寸分別為:寬度84mm,高度55mm ;寬度44mm,高度55mm ;寬度26mm,高度BOmm ； (4)、將切割好的T字形垂直單翼在機(jī)床上進(jìn)行粗加工，沿T字形中心對(duì)稱軸的左右兩側(cè)面，由上到下呈階梯狀沿長(zhǎng)度方向加工翼的外形，底面寬度394，公差0.1-0.2mm，厚度90mm,單翼中間部分三個(gè)臺(tái)階由下至上的尺寸分別為:寬度74mm,高度35mm ;寬度46mm,高度50mm ;寬度26mm,高度50mm ； (5)、利用深孔鉆機(jī)床，在單翼底部鉆出深度100mm直徑012的水冷孔，要求孔的直線度為0.3mm ； (6)、用一塊長(zhǎng)1100mm，寬460mm，厚度60mm鍛鋁作為水平單翼半精加工的底板，將單翼用螺釘固定后進(jìn)行半精加工，所有加工面留精加工余量5mm ； (7)、在真空爐內(nèi)對(duì)單翼進(jìn)行去應(yīng)力熱處理，退火溫度在550?600°C，保溫時(shí)間I小時(shí)，升溫速度50°C /小時(shí)，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至室溫； (8)、在立式加工中心上用立銑刀精加工單翼的內(nèi)腔面，包括兩側(cè)面、凹槽面和焊接面，并且完成釬料槽的加工，極頭的調(diào)制線部分留出Imm的精加工余量； (9)、采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè)各尺寸是否符合圖紙要求，調(diào)制線的基準(zhǔn)面尺寸及安裝尺寸精度達(dá)到±0.02mm； (10)、在臥式加工中心上用杠桿式千分表找正單翼，保證單翼極頭部位的左右對(duì)稱度在0.02mm以內(nèi)，同時(shí)保證焊接面的平面度在0.03mm以內(nèi)； (11)、用半精加工專用成型刀具加工單翼的極頭面，先用專用半精加工刀具開粗拉直線，極頭面呈直線狀，高度方向留余量0.7mm ； (12)、再用成型刀具粗加工極頭曲面，極頭面呈波浪形調(diào)制線，并留出加工余量0.3mm ； (13)、用精加工專用刀具加工單翼極頭的調(diào)制線，分三次進(jìn)刀，完成單翼極頭面調(diào)諧線的加工。每次吃刀量均為0.1mm ； (14)、利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)單翼的調(diào)制線的加工精度進(jìn)行檢測(cè)，所有尺寸精度完全符合要求，極頭調(diào)制線的加工精度在0.02mm以內(nèi)； (15)、為保證單翼在氫爐中進(jìn)行釬焊，最后對(duì)所有的單翼進(jìn)行表面酸洗處理，酸洗完成后立即將工件置入真空環(huán)境中，防止表面被氧化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其特征在于:所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，半精加工和精加工工序，均在恒溫20°C的工作環(huán)境下進(jìn)行，保證加工尺寸精度的穩(wěn)定性和一致性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其特征在于:所述的單翼粗加工、半精加工好精加工，需要制造工裝夾具，精加工過程中工件始終不與鍛鋁底板拆分，避免因工裝反復(fù)拆裝造成的誤差，便于保證單翼極頭側(cè)面、端面與立式加工中心的Z軸軸線平行，其平行度< 0.02mm,同時(shí)保證單翼極頭的左右對(duì)稱度好于0.02mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其特征在于:所述的四翼型射頻四極場(chǎng)腔體高精度單翼的制造方法，其加工精度測(cè)量在恒溫20°C的檢測(cè)環(huán)境下的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x上檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】B23P15/00GK104128752SQ201410343133
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】孫國(guó)平, 李學(xué)敏, 牛小強(qiáng), 謝春安, 王文進(jìn), 王豐, 張小奇, 雷海亮, 徐大宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所