CN109332756B - 深孔加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深孔加工装置及方法，包括床身，床身上固设有钻削动力头，深孔钻头安装在钻削动力头上，工作台通过导轨滑动安装在床身上，工作台与床身之间还通过丝杠螺母机构连接，工件夹持在工作台上。还设有激光辅助校准装置和电磁纠偏器。以激光在工件与拟加工孔的位置打纠偏孔；使激光发射装置发射的激光束落在光电采集器上，以电磁纠偏器实时纠正深孔钻头的偏移。通过采用以上方案，简化了结构，有利于提高加工精度，设置的激光辅助校准装置，能够实现在线的精度校准，根据准直激光的形状变化和落在光电采集器上不同的位置，能够实时发现偏移误差。设置的电磁纠偏器，能够实时纠正深孔钻头的偏移，进一步提高加工精度。

Description

深孔加工装置及方法

技术领域

本发明涉及高精度深孔加工领域，特别是一种深孔加工装置及方法。

背景技术

现有加工高精度深孔零件，主要依靠数控深孔钻床编程来加工，不足之处是对设备的要求较高，且投入成本较大，加工前均需要钻引导孔，工序较麻烦。而且对于部分要求高精度、大尺寸的零件，现有的数控深孔钻床在精度上仍不能满足要求。

中国专利文献CN107350500A记载了一种加工深孔的方法，采用分段加工，修正基准的方式进行加工，并辅助以精镗和珩磨工序，能够加工深孔，但是该方案主要针对直径较大的深孔，不能满足直径较小深孔的加工要求，例如，直径低于20mm，长度超过500mm的深孔加工。而且该方案的工序也较为复杂，每次更换刀具，也容易产生加工误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种深孔加工装置及方法，能够提高深孔钻床的加工精度，能够适用于直径低于20mm，长度超过500mm小直径深孔的加工，能够方便地加工沿圆周的阵列孔，优选的方案中，能够在线获取加工精度，并能够实现在线纠偏。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种深孔加工装置，包括床身，床身上固设有钻削动力头，深孔钻头安装在钻削动力头上，工作台通过导轨滑动安装在床身上，工作台与床身之间还通过丝杠螺母机构连接，工件夹持在工作台上。

优选的方案中，工件通过轴可转动的夹持在工作台的夹具上，夹具上还设有用于圆周定位的定位销。

优选的方案中，所述的深孔钻头通过变径套筒夹持在钻削动力头上。

优选的方案中，钻削动力头通过至少一块用于调节高度的垫板与床身固定连接。

优选的方案中，夹具的夹持装置内设有可调轴瓦，可调轴瓦设置在轴与工件之间。

优选的方案中，还设有激光辅助校准装置，结构为：在床身的一端设有激光发射装置，另一端设有光电采集器，激光发射装置用于发射一束准直激光穿过深孔钻头和工件，被光电采集器接收。

优选的方案中，激光发射装置固设在钻削动力头上，激光发射装置用于发射一束沿着深孔钻头轴线的激光束，在钻削动力头和深孔钻头上设有纠偏孔；

光电采集器固设在夹具上远离深孔钻头的一侧，在光电采集器上设有阵列的感光元件。

优选的方案中，在靠近深孔钻头自由端的位置，还设有电磁纠偏器，所述的电磁纠偏器中设有多个沿圆周分布的电磁铁。

一种采用上述的深孔加工装置的方法，包括以下步骤：

S1、以激光在工件与拟加工孔的位置打纠偏孔；

S2、将工件可转动的装夹在夹具上，启动激光发射装置，转动工件，使激光发射装置发射的激光束落在光电采集器上，根据激光束在光电采集器上的位置校准工件的装夹位置，并以定位销锁定；

S3、启动钻削动力头，加工工件孔；

通过以上步骤实现精确的深孔加工。

优选的方案中，在靠近深孔钻头自由端的位置，还设有电磁纠偏器，所述的电磁纠偏器中设有多个沿圆周分布的电磁铁，电磁铁与输出脉冲方波的控制装置电连接；

在深孔钻头上至少有一段为铁磁体；

在加工过程中，根据激光束在光电采集器上的偏移，启动相应位置的电磁铁进行纠偏，根据偏移距离，输出不同频率的脉冲方波。

本发明提供的一种深孔加工装置及方法，通过采用深孔钻头固定，而工件进给的方案，简化了钻削动力头一侧的结构，有利于提高加工精度，尤其是深孔加工的精度。优选的方案中，对于不同加工高度的调节，采用了垫板和可调轴瓦的方案，降低了设备的复杂程度，有利于降低传动累积误差，进一步提高加工精度。设置的变径套筒能够适应不同直径的深孔钻头，同样的由于简化了传动结构，进一步提高加工精度。设置的激光辅助校准装置，能够实现在线的精度校准，根据准直激光的形状变化和落在光电采集器上不同的位置，能够实时发现偏移误差。设置的电磁纠偏器，能够实时纠正深孔钻头的偏移，进一步提高加工精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为图1中的A-A剖视示意图。

图3为图1中的B-B剖视示意图。

图4为本发明中电磁纠偏器的横截面示意图。

图5为本发明中光电采集器的主视图。

图中：床身1，钻削动力头2，变径套筒3，深孔钻头4，工作台5，工件6，工件孔61，电磁纠偏器7，光电采集器8，夹具9，激光发射装置10，丝杠螺母机构11，纠偏孔12，夹具手柄13。

具体实施方式

实施例1：

如图1~3中，一种深孔加工装置，包括床身1，床身1上固设有钻削动力头2，深孔钻头4安装在钻削动力头2上，所述的钻削动力头2中，钻头座通过传动机构与电机连接，深孔钻头4固定安装在钻头座上，工作台5通过导轨滑动安装在床身1上，工作台5的运动方向为水平运动，工作台5与床身1之间还通过丝杠螺母机构11连接，工件6夹持在工作台5上，通过丝杠螺母机构11实现工件的进给。采用工作台5进给的方式，在钻削动力头2部分就减少了传动机构，即减少了由传动机构带来的累积误差。

优选的方案中，工件6通过轴可转动的夹持在工作台5的夹具9上，夹具9上还设有用于圆周定位的定位销。具体的，工件6与轴固定连接，轴的两端安装在夹具内。定位销用于限定工件转动的圆周位置，以实现圆周阵列孔的加工。

优选的方案如图1中，所述的深孔钻头4通过变径套筒3夹持在钻削动力头2上。由此结构，便于应对不同直径的深孔钻头4，而且采用变径套筒3能够实现更高精度的圆心定位。

优选的方案如图1中，钻削动力头2通过至少一块用于调节高度的垫板与床身1固定连接。与数控机床不同的，本例中采用垫板的方式来调节钻削动力头2的加工高度，以和工件6的工件孔61的高程相对应。而且有助于减少移动部件带来的精度误差。

优选的方案中，夹具9的夹持装置内设有可调轴瓦，可调轴瓦设置在轴与工件6之间。由此结构用于适应不同内径的工件6。

本例中，首先根据工件6定位轴的尺寸，选用合适的夹具分度系统，轴的外径尺寸与轴瓦内孔尺寸相同；根据深孔的尺寸来配置钻模和选用深孔钻头4，钻模的内孔与所钻深孔的内径相同，内径则与枪钻钻头的外径相同；根据钻模的中心高来调整深孔钻系统枪钻的中心高，两个中心高相等。

具体的加工方法是：先将工件6与夹具9系统及工作台5装配好，确保装配精度，将工件6夹紧、顶紧并固定牢靠后，装入钻模并固定牢靠，然后选用正确的深孔钻头4系统和钻削动力头2的调整垫板，将深孔钻头4和钻削动力头2与床身1装为一体，固定牢靠。钻削动力头2带动深孔钻头4做旋转运动，床身的丝杠螺母机构11带动工作台5向深孔钻头4靠近，做水平平移运动，最终完成深孔的钻削加工。加工完一孔后，通过丝杆反向旋转，带动工件与深孔钻头4分离，退出深孔钻头4。旋转工件6利用钻模和定位销分度定位，钻另一深孔，循环操作。简化了加工工序，并节省了换刀时间，将原有的数控走刀简化成直线进给，将原来钻引导孔再更换深孔钻头4，再钻深孔的工序简化成一次钻深孔到位，操作更加简单，且加工精度也得到了保证。

实施例2：

在实施例1的基础上，优选的方案如图1、5中，还设有激光辅助校准装置，结构为：在床身的一端设有激光发射装置10，另一端设有光电采集器8，激光发射装置10用于发射一束准直激光穿过深孔钻头4和工件6，被光电采集器8接收。

优选的方案中，激光发射装置10固设在钻削动力头2上，激光发射装置10用于发射一束沿着深孔钻头4轴线的激光束，在钻削动力头2和深孔钻头4上设有纠偏孔12；

光电采集器8固设在夹具9上远离深孔钻头4的一侧，在光电采集器8上设有阵列的感光元件。优选的，本例中的激光发射装置10发射的为多束激光，多束激光的外接圆直径大于纠偏孔12的直径，以使多束激光能够覆盖整个纠偏孔12，并且便于在光电采集器8上反映出偏移距离。光电采集器8优选采用CCD或CMOS感光元件，由于本发明中的光电采集器8主要用于确定位置，因此采用单色的感光元件即可。进一步优选的，在感光元件之前还设有偏振镜，以减少激光散射光的入射，更容易确定激光光束的边缘位置，在偏振镜上还涂覆有减反和半透镀膜，以延长光电采集器8的使用寿命。

优选的方案如图1、4中，在靠近深孔钻头4自由端的位置，还设有电磁纠偏器7，所述的电磁纠偏器7中设有多个沿圆周分布的电磁铁。

一种采用上述的深孔加工装置的方法，包括以下步骤：

S1、以激光在工件6与拟加工孔的位置打纠偏孔12；纠偏孔12优选采用准分子或飞秒激光进行加工，以提高后继加工精度。

S2、按实施例1中的方式，将工件6可转动的装夹在夹具9上，启动激光发射装置10，转动工件6，使激光发射装置10发射的激光束落在光电采集器8上，根据激光束在光电采集器8上的位置校准工件6的装夹位置，利用钻模和定位销分度辅助定位，并以定位销锁定；可靠定位后的工件6，激光束能够穿过钻削动力头2、带轴线孔的深孔钻头4和工件6上的纠偏孔12落在光电采集器8上，当激光发射装置10相对工件6产生位移，由于纠偏孔12孔壁的反射作用以及纠偏孔12的遮挡作用，在光电采集器8上的光斑会发生缺损或位移变化，并被光电采集器8的阵列式感光元件采集，传递至主控装置，从而获得偏移方向和距离的数据。

S3、启动钻削动力头2，加工工件孔61；并在加工过程中，根据偏移状态调节加工参数。通过以上步骤实现精确的深孔加工。

进一步优选的方案如图1、4中，在靠近深孔钻头4自由端的位置，还设有电磁纠偏器7，所述的电磁纠偏器7中设有多个沿圆周分布的电磁铁，电磁铁与输出脉冲方波的控制装置电连接；

在深孔钻头4上至少有一段为铁磁体；

在加工过程中，根据激光束在光电采集器8上的偏移，启动相应位置的电磁铁进行纠偏，根据偏移距离，输出不同频率的脉冲方波。产生脉冲方波的电控装置为市售的产品，通过控制脉冲方波的频率，即波峰至波谷的最小分度时间，例如，当频率达到飞秒级，能够通过电磁纠偏器7获得精确的控制精度。具体控制方式为：从光电采集器8获取偏移方向和距离，给与偏移方向相对位置的电磁铁发送脉冲方波电流，通过微秒、纳秒、皮秒或飞秒级别频率的调节，实现纠偏力的精确调节。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种深孔加工装置，包括床身（1），床身（1）上固设有钻削动力头（2），深孔钻头（4）安装在钻削动力头（2）上，其特征是：工作台（5）通过导轨滑动安装在床身（1）上，工作台（5）与床身（1）之间还通过丝杠螺母机构（11）连接，工件（6）夹持在工作台（5）上；

还设有激光辅助校准装置，结构为：在床身的一端设有激光发射装置（10），另一端设有光电采集器（8），激光发射装置（10）用于发射准直激光穿过深孔钻头（4）和工件（6），被光电采集器（8）接收；

激光发射装置（10）固设在钻削动力头（2）上，激光发射装置（10）用于发射沿着深孔钻头（4）轴线的激光束，在钻削动力头（2）和深孔钻头（4）上设有纠偏孔（12）；

光电采集器（8）固设在夹具（9）上远离深孔钻头（4）的一侧，在光电采集器（8）上设有阵列的感光元件；

多束激光覆盖整个纠偏孔（12），并且在光电采集器（8）上反映出偏移距离；

在靠近深孔钻头（4）自由端的位置，还设有电磁纠偏器（7），所述的电磁纠偏器（7）中设有多个沿圆周分布的电磁铁，根据光电采集器（8）获取偏移方向和距离，给予偏移方向相对位置的电磁铁发送脉冲方波电流，通过微秒、纳秒、皮秒或飞秒级别频率的调节，实现纠偏力的精确调节。

2.根据权利要求1所述的一种深孔加工装置，其特征是：工件（6）通过轴可转动的夹持在工作台（5）的夹具（9）上，夹具（9）上还设有用于圆周定位的定位销。

3.根据权利要求1所述的一种深孔加工装置，其特征是：所述的深孔钻头（4）通过变径套筒（3）夹持在钻削动力头（2）上。

4.根据权利要求2所述的一种深孔加工装置，其特征是：钻削动力头（2）通过至少一块用于调节高度的垫板与床身（1）固定连接。

5.根据权利要求2所述的一种深孔加工装置，其特征是：夹具（9）的夹持装置内设有可调轴瓦，可调轴瓦设置在轴与工件（6）之间。

6.一种采用权利要求1~5任一项所述的深孔加工装置的方法，其特征是包括以下步骤：

S1、以激光在工件（6）拟加工孔的位置打纠偏孔（12）；

S2、将工件（6）可转动的装夹在夹具（9）上，启动激光发射装置（10），转动工件（6），使激光发射装置（10）发射的激光束落在光电采集器（8）上，根据激光束在光电采集器（8）上的位置校准工件（6）的装夹位置，并以定位销锁定；

S3、启动钻削动力头（2），加工工件孔（61）；

通过以上步骤实现精确的深孔加工。

7.根据权利要求6所述的一种深孔加工装置，其特征是：电磁铁与输出脉冲方波的控制装置电连接；

在深孔钻头（4）上至少有一段为铁磁体；

在加工过程中，根据激光束在光电采集器（8）上的偏移，启动相应位置的电磁铁进行纠偏，根据偏移距离，输出不同频率的脉冲方波。