[发明专利]一种深孔加工方法及装置

说明书

本发明涉及一种深孔加工方法及装置，属于机械加工技术领域。该方法包括以下步骤：控制单元基于可相对工件周向和/或轴向移动的检测单元获得工件实际孔位相对理想孔位的偏差数据；控制单元基于偏差数据控制钻具单元的进给状态和/或校正单元的校正作用力，使得检测单元和校正单元能够分别作用于钻具单元在加工方向上下游的工件截面以配合钻具单元的动态进给和校正单元的自动纠偏，校正单元对工件的校正作用位置按照围绕工件周向表面间隔布置的方式沿径向施加用于产生抵消径向偏差的弹性形变的校正作用力。基于该方法进行的深孔加工过程能够综合评判影响偏差测量及纠偏控制的若干因素以实现精确检测、自动进给和智能纠偏的效果。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及深孔加工技术，具体为一种深孔加工方法及装置。

背景技术

深孔加工技术广泛应用于航空航天、能源采掘、汽车制造、石化、冶金、仪器仪表、国防装备制造等产业领域，其加工难度大、制造成本高，已成为机械制造技术中的难点之一。特别地，深孔是指孔深与孔径之比大于或等于5的孔，尤其是在孔深与孔径之比大于20的深孔加工过程中，其加工难点在于：刀具细长导致工具系统刚度低；刀具自导向易引起刀具偏斜；散热困难，排屑不易；易产生直径变大、出现锥形或孔偏斜等现象，从而导致加工精度达不到质量要求。

深孔加工的过程复杂，引起孔轴线偏移的因素多样，例如刀杆刚性不足、刀具初始偏斜、刀杆的自重、加工方式、刀具几何参数影响等因素。同时，由于深孔加工大多是在封闭状态下或半封闭状态下的加工，使得深孔加工具有封闭性、不可见的特点，普通刀具检测方法和仪器无法应用于深孔加工的状态检测，因此也就难以在深孔加工过程中进行有效的监控。随着各领域对深孔加工加工质量要求的不断提高，需在深孔加工过程中引入偏差检测和纠偏等质量控制方法来提升加工精度以改善加工质量。

现有技术用于深孔加工偏差检测及纠偏方案包括：针对钻具单元进行改进或增加偏差检测纠正部件，使得钻具单元能够基于自身结构稳定性或被动/主动调整措施进行纠偏控制；针对工件设置检测装置或纠偏装置，基于偏差检测数据分析控制纠偏装置对工件或钻具单元施加纠偏控制措施。

例如，公告号为CN102658382B的中国发明专利公开了一种无磁钻具深孔加工自动校正架，结构包括床身和其上安装的自动校正架；自动校正架包括机底座、旋转套座、旋转套、轴承、顶头、伺服电机、深度调节装置、激光数据采集器和PC数据处理控制柜。该发明的方案基于激光检测装置获得工件表面偏离校准光线的偏斜数据，校正架基于偏斜数据调整伺服机构，从而自动调整校正架位于不同径向的各个支点以校正工件出现的偏斜。

公告号为CN112077362B的中国发明专利公开了一种基于液压的中小直径深孔加工自纠偏系统，包括内回转体、外回转体和驱动机构；内回转体套设在钻杆的外周，且相对钻杆固定；内回转体和外回转体之间填充有切削液从而在内回转体和外回转体之间形成流道，流道包括多个周向均布的楔形流道，当驱动机构驱动内回转体旋转时，切削液从楔形流道的大端进入小端，压力流和剪切流叠加产生油膜压力实现钻杆的自定心和自纠偏。该发明在楔形实体与外套筒之间形成楔形流动空间，正常状态下楔形空间油膜压力提供周向对称的自定心力；当钻杆发生偏斜时，楔形空间将产生油膜压力，即自纠偏力，利用自纠偏力可将钻杆“推回”到正确的轴线上去，实现轴线偏斜的自纠正。

公告号为CN112247205B的中国发明专利公开了一种基于压电陶瓷材料纠偏的深孔加工用枪钻及纠偏方法。压电枪钻包括压电钻头和压电钻杆；压电钻杆前端周向角度相差90°安装有两个长条型瓦状压电陶瓷，瓦状压电陶瓷用于检测轴线偏斜导致钻杆弯曲时产生的轴向应力所引起的电压变化，从而判断轴线偏斜的方向及大小；压电钻头上焊接弧形实体，并在周向加工三个圆柱凹槽，其中安装圆柱状压电陶瓷，圆柱状压电陶瓷上表面黏附硬质合金保护层并与孔壁形成过盈配合，通过施加外部电压信号使之发生径向变形，与加工孔壁相挤压，将偏斜的钻头推回正确位置。