CN116237818B - 一种深孔加工的偏移量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深孔加工的偏移量测量方法，该方法可基于对钻铤等工件内部沿轴延伸的深孔加工过程进行加工偏移及成孔精度的测量并为深孔加工精度控制及纠偏提供精细数据支持，布置在工件周向表面并由定位标记限定的角度量具和超声探头基于超声测厚和角度测量获得厚度数据和角度数据；基于厚度数据、角度数据和工件尺寸计算获得实际孔相对理想孔在当前工件截面的径向偏差，并由径向偏差获得沿加工方向的轴向偏差，使得基于本申请方法进行的深孔加工偏移测量能够直接获得实际加工成孔相对设计位置的三维偏差数据，偏差数据能够对深孔加工的质量提升提供便于定量分析的数据，便于针对性地设置对应的纠偏控制措施。

Description

一种深孔加工的偏移量测量方法

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的偏移量测量方法。

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，尤其是针对石油矿产开采过程，其部分工件加工的深孔为超深孔，其孔深孔径之比可达20及以上，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，且散热困难，排屑不易，经常产生直径变大、出现锥形或孔偏斜等现象，从而达不到质量要求。

由于深孔加工是在封闭状态或半封闭状态下的加工作业，且深孔加工的过程复杂，引起孔轴线偏移的因素多样，如刀杆刚性不足、刀具初始偏斜、刀杆的自重、加工方式、刀具几何参数的影响等其他因素，同时由于深孔加工的封闭性、不可见的特点，使得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质量控制的方法及手段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：从切屑变形和切削力两个因素来研究提出了轴向力和侧向力的经验公式；分析导向块，确定出导向块的安装位置、数量、结构形状对孔轴线的偏斜的影响；将超声波检测技术应用到深孔切削加工过程中孔直线度的测量以实现对深孔切削加工过程中孔轴线偏斜的实时监测。

例如公告号为CN208214400U的专利公开了一种深孔加工偏斜测量装置，该装置包括可复位探头组件、对心调整支架组件和可控制移动副；可复位探头组件包括探头圆盘和环状等间隔设置在探头圆盘上的三组超声波探头装置，探头圆盘套设在待加工零件外，三组超声波探头装置与待加工零件的外壁垂直；本实用新型在深孔刀具端头位置的待加工零件外设置三组超声波探头装置，三组超声波探头装置通过探头圆盘环状等间隔设置，三组超声波探头装置依次测量深孔刀具端头处的成孔信息，设置在探头圆盘上的三组超声波探头装置跟随深孔刀具的进给同步进给，测量下一工位的成孔信息。

公告号为CN102658382B的专利公开了一种无磁钻具深孔加工自动校正架，解决现有钻铤生产中加工机具存在的导致对工件钻孔容易偏差的问题，结构包括床身，其上安装的自动校正架；所述的自动校正架包括，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，PC数据处理控制柜。该发明采用激光精确校正技术并结合伺服系统进行闭环PC数据处理，实现工件在深孔加工过程中自动校正。而公告号为CN105382632B的专利公开了一种后置式深孔加工在线检测与纠偏装置，其包括刀杆，刀杆上沿圆周方向均匀安装有数个铁块，每个铁块内部都放有加热装置，铁块顶部安装有耐磨块，刀杆的另一端端面上安装有角锥棱镜，对应于角锥棱镜的高度范围内装有激光发射装置和光敏传感器，激光发射装置发出的入射光束由激光导向块定向。该发明可掌握深孔加工过程中刀具位置信息，判断深孔是否偏斜，促进工件深孔直线度检测和在线纠偏难题的解决。

例如在对钻铤进行深孔加工时，由于其内部应力及硬度也不均匀等特性，在深孔钻孔加工过程会产生不可避免、也不可预测的偏移，而且这种偏移随着径长比的增大而非线性剧增。叠加钻具系统本身引入的偏移量，则对于高精度机械部件而言，这些因素互相影响，导致加工偏差难以预测，需要综合关注以达到低偏移的加工精度。

基于上述分析，现有技术利用超声测厚技术对深孔加工过程的成孔质量进行在线检测，检测装置跟随深孔加工进行随动进给以实现深孔加工偏差测量的连续多点检测，但该检测方式对于深孔加工位置位于非中心轴线的情况无法进行角度调节以实现正对深孔加工轴线位置的测量；

而基于布置在深孔加工轴线的径向或轴向偏差的激光检测方案仅能测量表现在工件外表面的偏差而无法准确地获得深孔加工内部刀具的走向及成孔精度，使得外部激光检测获得的偏差会对深孔加工过程的纠偏控制引入非预期的误差因素。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术所提出的至少一部分不足之处，本申请提供了一种深孔加工的偏移量测量方法，该方法可基于对钻铤等工件内部沿轴延伸的深孔加工过程进行加工偏移及成孔精度的测量并为深孔加工精度控制及纠偏提供精细数据支持。方法包括以下步骤：针对轴杆类工件的深孔加工过程，钻具系统沿工件轴向作进给运动，工件定义有沿轴向延伸的理想孔和由钻具系统加工而成的实际孔，工件在周向表面加工有与理想孔径向对应的定位标记。在钻具系统开始沿工件轴向加工或进给到一定距离的情况下，布置在工件周向表面并由定位标记限定周向布置范围的角度量具和超声探头基于超声测厚和角度测量对当前工件截面中实际孔相对工件的周向表面的厚度数据进行测量并获得实际孔相对理想孔的角度数据。基于厚度数据、角度数据和工件尺寸计算获得实际孔相对理想孔在当前工件截面的径向偏差，径向偏差分解至相互垂直方向的分量并为深孔加工的纠偏控制提供偏差数据。

针对现有技术中对于深孔加工过程偏差测量仅限于表现在工件外表面的偏差数据或无法适用于偏心设置的深孔加工的情况下，本申请提出中基于超声测厚和角度测量进行配合的偏差测量方法，考虑到测量过程需要定位参考的需求，本申请在工件外表面针对性地设置有与理想孔置相对应的定位标记，定位标记与工件处于相对静止体系，从而保证定位标记能够准确地标记理想孔的位置以实现对设计加工参数及加工位置的定位，并为布置在工件周向表面的检测部件提供定位依据。用于角度测量的角度量具围绕工件周向表面进行布置，使得角度量具的静态覆盖范围或动态覆盖范围至少包括定位标记的位置，由于钻具系统沿工件轴向加工的实际孔相对理想孔存在三维方向的偏移，则实际孔相对理想孔的偏差数据可以分为在表现在工件截面的径向偏差和表现在工件加工方向的轴向偏差，其中，径向偏差可分解为相互垂直方向上的偏差分量，轴向偏差由径向偏差沿轴向的变化率进行表示，使得偏差数据能够基于三维的偏差数据为深孔加工过程提供用于纠偏控制的精细数据。

由于实际孔相对理想孔的偏差数据存在不可预测性，则针对单一截面的实际孔的相关参数进行测量时，需要对实际孔的位置进行准确定位并获得实际孔相对理想孔的位置参数，则用于测量厚度数据的超声探头可相对工件周向表面进行移动以获得实际孔到工件周向表面距离数据的极值，从而获得厚度数据和用于表征实际孔相对理想孔角度偏差的角度数据，并结合工件参数计算获得可分解在垂直方向上的径向偏差和由若干工件截面上径向偏差计算获得的轴向偏差。因此基于本申请方法进行的深孔加工偏移测量能够直接获得实际加工成孔相对设计位置的三维偏差数据，对于中心设置或偏心设置的深孔加工均有良好的适用性，也可避免表面测量等非直接测量引入的非预期偏差，使得基于本申请方案所测得的偏差数据能够对深孔加工的质量提升提供便于定量分析的数据，便于针对性地设置对应的纠偏控制措施。

优选地，深孔加工过程中的偏差可分为实际孔相对工件截面的径向偏差和沿轴向加工行进方向的轴向偏差，径向偏差基于若干相邻或间隔工件截面的径向偏差变化率指示轴向偏差以表征深孔加工过程中的行进方向偏差。使得径向偏差和周向偏差可指示深孔加工过程的三维偏差数据。

优选地，在超声探头可沿工件的周向表面移动并进行厚度数据测量的情况下，角度量具和超声探头可相对工件沿轴向移动配合钻具系统深孔加工的动态进给。其中，超声探头可相对工件进行周向移动并至少覆盖设定的检测范围以测量实际孔距离工件的周向表面的距离数据并形成距离数据相对超声探头与定位标记偏差角度的函数关系，在获得距离数据相对偏差角度函数关系极值的情况下，将该位置的距离数据和角度偏差分别确定为实际孔相对厚度数据和角度数据。

优选地，在距离数据相对超声探头与定位标记偏差角度的函数关系中，将函数关系相对极值位置所在竖直轴线的对称程度用以表征实际孔的圆周度，并基于函数关系在包含极值的范围内的导数关系和导数关系沿轴向的变化率表征实际孔的成孔质量。

优选地，工件在与理想孔最近的圆周表面加工有沿轴向布置的定位标记，其中，定位标记可以是带刻度的浅线槽，刻度用于指示沿轴向的延伸距离，使得浅线槽则可以为布置在工件圆周表面的部件提供定位参考。

优选地，角度量具和超声探头由保持组件进行移动调节，保持组件可设置于机床，使得保持组件能够分别控制超声探头沿周向的移动和角度量具沿轴向的移动。

优选地，在保持组件对超声探头和角度量具进行移动控制的情况下，超声探头在工件周向表面的检测范围可设定为覆盖定位标记的部分圆周，使得超声探头沿周向的运动在单一截面上可至少覆盖一次检测范围并基于沿轴向的截面变化而呈现往复运动的规律。

优选地，角度量具和超声探头沿轴向的运动按照移动间距等距或移动间距局部降低的方式进行设置，其中，在沿轴向运动的移动间距局部降低的情况下，超声探头在下一截面的检测范围可按照与当前截面的角度数据成正相关的方式进行调整。

优选地，径向偏差在相互垂直方向的分解方式如下：

径向偏差在Y轴的分量为：Ly＝[(D/2)-(d/2)-b]*cosθ-R，

径向偏差在X轴的分量为：Lx＝[(D/2)-(d/2)-b]*sinθ，

其中，工件外圆直径为D、加工孔径为d、理想孔圆心距工件轴心距离为R、实际孔相对理想孔的角度数据为θ、超声探头测得实际孔的厚度数据为b。

附图说明

图1是本发明的一种优选实施方式的整体结构示意图；

图2是本发明的一种优选实施方式的局部结构示意图。

附图标记列表

1：工件；2：理想孔；3：实际孔；4；超声探头；5：角度量具；6：定位标记；7：刻度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

针对现有深孔加工测量中的对于加工位置存在限制及检测信息无法准确反映深孔加工偏差的问题，本申请提供一种深孔加工的偏移量测量方法，该方法可基于对钻铤等工件1内部沿轴延伸的深孔加工过程进行加工偏移及成孔精度的测量为深孔加工精度控制及纠偏提供精细数据支持。深孔加工基于其刀具结构特点和深孔加工特性而在加工过程中易产生扰动及加工偏差，其偏差测量受限于工件1及加工尺寸的空间位置关系，从而导致布置于刀具系统并从深孔内部进行偏差测量的方案仅能适用于尺寸较大的深孔或深径比不高的深孔加工过程，且现有基于外部超声测量及激光表面测量的方案也无法适用于深孔加工处于非轴心的情况或会引入非预期的偏差，尤其是在加工用于地质探测及资源开采领域的钻铤等部件时，由于其盲孔加工、偏心加工以及高深径比的加工特性，现有技术无法提供能够有效测量其深孔加工偏差的方法以进行准确高效的深孔加工纠偏。

例如，用于石油钻探开采的钻铤处于钻具下部，是下部钻具的主要组成部分，主要采用大壁厚、大的重力及刚度的无磁钻铤。其主要作用包括：给钻头施加钻压，保证压缩条件下的必要强度，减轻钻头的振动、摆动及跳动，使钻头工作平稳以控制井斜。因此，钻铤相当于是钻具系统的行进保持导向装置，从而在钻探开采过程中的力量过度、行进稳定及导向准确等方面具有重要意义。且该类钻铤硬度达到40HRC以上，其屈服强度达到了1100MPa左右，由于其内部应力及硬度的不均匀性，则在深孔钻孔加工过程中会不可避免地产生难以预测的偏移，且这种偏移会随着径长比的增大而非线性剧增，再叠加钻具系统本身也会引入偏移量，则基于外部表面的激光检测仅能获得表现在工件1外部表面的偏差程度，而显然无法准确地获得深孔加工内部实际偏差数据。

因此，本申请的方法主要针对轴杆类工件1，可适用于盲孔加工、偏心加工以及高深径比的深孔加工过程。如图1所示，该方法主要基于超声测厚和配合定位标记6的角度测量并进行运算以获得深孔加工沿轴向加工与理想孔2的径向偏差以及轴向偏差。深孔加工过程中，钻具系统相对工件1的行进偏差存在于立体空间内，因此，为准确测量偏差并形成能够辅助纠偏控制的准确数据，有必要对空间各向的偏差进行分别测量计算，例如，对于轴杆类的工件1，深孔主要沿轴线延伸并平行于轴线，则深孔加工过程的偏差可以分为轴向上的行进方向偏差以及深孔截面在工件截面位置的径向偏差，将深孔截面在工件截面的径向偏差分为相互垂直方向的偏差，使得实际加工过程形成的实际孔3相对理想孔2位置的径向偏差能够基于相互垂直方向的偏差值进行数据量化，而实际孔3相对理想孔2的轴向偏差可基于若干相邻轴向截面处径向偏差的变化参数来表征，使得轴向偏差能够体现出深孔加工过程中的行进方向偏差以及径向偏差的变化率。

如图1所示，工件1可以是具有圆周表面的钻铤等部件，当深孔加工位置位于工件1的轴向中心时，在工件1轴向两端布置有用于安装定位工装的盲孔，该定位工装可用于确定在工件1轴向端面进行加工的位置，使得根据定位工装确定的初始加工位置能够提高接近理想孔2的位置而控制深孔加工的初始偏差。在深孔加工过程中，为降低钻具系统自身结构特性例对加工过程引入的偏差量，钻具系统可调用若干不同规格的钻具以预定策略或根据检测结果调整的策略进行深孔加工，使得深孔加工过程能够改善钻具系统本身引入的偏差以提升深孔加工质量。

优选地，如图1和图2所示，为更好地表征理想孔2的加工位置并为其它部件的定位提供参考依据，工件1在与理想孔2最近的圆周表面加工有沿轴向布置的定位标记6，定位标记6可以是带刻度7的浅线槽，刻度7可以用于指示沿轴向的延伸距离，浅线槽则可以为布置在工件1圆周表面的部件提供定位参考。对于理想孔2位置位于工件1轴心或偏心位置的情况，实际孔3相对理想孔2在工件1的截面位置存在径向偏差，径向偏差可分解为两相互垂直方向的偏差量，使得对应的纠偏措施能够基于相互垂直方向的偏差量获得用于纠偏控制的精确输入参数。具体地，定义穿过理想孔2中心的直径轴线为Y轴，定义垂直于Y轴并穿过工件1中心的轴线为X轴，使得实际孔3相对理想孔2的偏差能够被分解为X轴、Y轴的偏差量。理想孔2的位置以根据工件规格及加工要求进行明确，使得理想孔2的中心位置及范围在X轴、Y轴所组成的坐标系中存在明确的参数或参数范围；而针对实际孔3位置的精确定位对于准确测量截面上的径向偏差具有重要意义。

为保证对位于工件1内部的实际孔3在截面上的径向偏差数据进行精确测量，本申请可采用超声测厚并配合带标记参考的角度定位的方式进行实际孔3位置的测量，使得实际孔3基于厚度数据、角度数据并结合工件尺寸获得实际孔3在X轴、Y轴的坐标参数以及实际孔3相对理想孔2的偏差数据。具体地，厚度数据的测量是基于布置在工件1外表面的超声探头4实现的，超声探头4可沿工件1的周向和轴向进行调整移动以满足深孔加工动态过程中的测量需求；角度数据的测量是基于布置在工件1外表面的角度量具5实现的，角度量具5可覆盖工件1至少包括浅线槽的部分外表面，角度量具5可配合超声探头4获得实际孔3所在径向相对理想孔2所在径向偏转的角度数据。为准确测量厚度数据和角度数据，对于实际孔3位置的准确定位十分重要，超声探头4可测得实际孔3到工件1表面的距离，即为厚度数据，且该厚度数据为实际孔3当前位置到工件1表面距离的极值点。则由于实际孔3在加工过程存在的偏移变化，则为了保证超声探头4能够准确测量到实际孔3位置到工件1表面距离的极值，超声探头4在工件表面的测量过程应当是在一定范围动态变化的。具体地，超声探头4与角度量具5配合布置，超声探头4能够基于布置在角度量具5远离工件1一侧的测量轨道沿工件1周向进行移动，使得超声探头4能够基于沿工件1周向的移动式测量获得实际孔3到超声探头4的距离函数，自变量为超声探头4相对定位标记6的角度偏差，因变量即为距离数据，选取距离数据中的极值，即实际孔3位置到工件表面距离的最大值或最小值，作为实际孔3的厚度数据，且超声探头4测得该厚度数据位置的角度偏差即可作为实际孔3相对定位标记6的角度数据。

在实际孔3距离工件1的周向表面的距离数据相对超声探头4与定位标记6偏差角度的函数关系中，由于深孔加工成孔和超声探头4沿工件1周向的移动路径相对极值位置存在对称关系，则函数关系所对应的数据或导数关系在极值两端应当是对称的，使得该对称关系的标准程度可用于评价成孔质量，也可用于成孔质量在轴向上的参考指标。因此，将函数关系相对极值位置所在竖直轴线的对称程度用以表征成孔圆周度，并基于函数关系在包含极值的范围内的导数关系和导数关系沿轴向的变化率表征成孔质量。

则基于厚度数据、角度数据和工件1尺寸的运算可获得实际孔3相对理想孔2在工件1截面上的偏差数据。例如，定义：工件1外圆直径为D、加工孔径为d、理想孔2圆心距工件1轴心距离为R、实际孔3相对理想孔2/定位标记6的角度数据为θ、超声探头4测得实际孔3的厚度数据为b、Y轴方向偏移量为Ly、X轴方向偏移量为Lx，规定与Y轴左侧夹角θ为负，与Y轴右侧夹角θ为正，X轴的右侧为正，Y轴上侧为正：

则偏差数据在Y轴的分量为：Ly＝[(D/2)-(d/2)-b]*cosθ-R，

偏差数据在X轴的分量为：Lx＝[(D/2)-(d/2)-b]*sinθ。

为保证深孔加工动态过程中对于实际孔3的准确定位，超声探头4配置为能够在工件1的周向进行移动的方式进行厚度测量，且角度量具5和超声探头4配置为沿工件1的轴向移动以适应深孔加工的动态进展过程。具体地，针对确定加工型号的工件1，角度量具5选用与工件1弧度尺寸对应的规格，角度量具5和超声探头4由保持组件进行移动调节，保持组件可设置于机床，使得保持组件能够分别控制超声探头4沿周向的移动和角度量具5沿轴向的移动，其中，超声探头4沿周向移动是基于布置在角度量具5的轨道进行的，使得角度量具5在沿轴向移动的同时带动超声探头4沿轴向进行移动。为保证探头对于工件截面上实际孔3厚度数据的准确测量，超声探头4沿周向的移动和角度量具5沿轴向的移动间隔进行，使得超声探头4沿周向的移动位于工件1的同一截面圆周以保证厚度数据测量的准确性，角度量具5沿轴向的移动间距根据深孔加工动态过程中的加工参数和测量要求进行设置。

具体地，开始进行超声测量的位置可以是从工件端面开始，也可以是从工件1轴向上的一点开始，例如从定位标记6刻度为600mm的位置开始进行偏差检测。将角度量具5与定位标记6对应的位置定义为标准中心并作为超声探头4进行厚度测量的初始位置，定义超声探头4在单一截面上沿角度量具5周向的移动范围称为检测范围，检测范围相对标准中心的最大偏移为标准半径，定义角度量具5在检测范围内获得厚度极值的位置为参考中心。由于偏差数据在工件1连续截面的变化过程中是渐变发展的，但单一截面的厚度数据检测需要检测时间，则角度量具5在轴向上的移动需要间隔执行并在轴向上产生移动间距，移动间距可基于厚度测量状态进行调整，使得超声探头4能够对角度量具5间隔覆盖的工件截面进行厚度数据的测量以评估分析偏差数据沿轴向发展的情况。

为便于超声探头4和角度量具5的移动控制以及偏差数据的检测分析，保持组件针对超声探头4和角度量具5进行移动控制。超声探头4沿工件1周向上的检测范围可设定为围绕标准中心的部分圆周，使得超声探头4沿周向的运动能够在至少覆盖一次检测范围并在基于截面变化而呈现往复运动的规律，即超声探头4沿检测范围移动一次即可识别出参考中心以及参考中心对应的角度数据和厚度数据，并为下一截面的偏差检测做好准备，使得单次截面的偏差检测的用时保持稳定。而角度量具5沿工件1轴向上的运动根据加工数据和进给数据进行确定，例如，角度量具5沿工件1轴向的移动间距可在轴向上保持一致，使得超声探头4能够对工件1若干等间距的截面进行偏差数据测量，使得偏差数据能够均匀地反应加工过程在轴向上的偏差程度以直观地获得深孔加工质量。

角度量具5沿工件1轴向的移动间距也可根据设定方案执行，设定方案可在重要结构或部件范围的适当降低移动间距，则基于更加密集的截面的偏差数据检测可获得该结构或部件位置范围的精细数据，可为关键位置的偏差检测和纠偏控制提供数据支持，也可用于分析表面结构对于深孔加工在对应位置产生偏差的变化规律的影响。则为提升超声探头4的测量效率而适应角度量具5沿轴向移动间距的下降，超声探头4在单一截面上沿工件1周向的检测范围可根据当前截面的偏差数据进行调整，由于实际孔3相对理想孔2的偏差程度较小，且偏差发展在间距较小的相邻截面可近似为连续变化的过程，因此，下一截面的检测范围可根据当前截面的参考中心进行调整，具体地，下一截面的检测范围的一半可为上一截面参考中心相对标准中心的周向偏差的倍数，且由此确定的检测范围的一半不小于上游截面所测得的最大周向偏差，使得检测范围的设定根据实际的偏差发展趋势进行动态调整，可避免检测范围固定设置引起超声探头4在周向上的非必要运动，可提升单一截面的偏差检测效率以适应角度量具5沿轴向移动间距的变化，从而保证对于工件截面偏差数据的检测速度不低于钻具系统的进给速度。

优选地，在实际孔3距离工件1的周向表面的距离数据相对超声探头4与定位标记6的偏差角度的函数关系中，将函数关系相对极值所在竖直轴线的对称程度用以表征实际孔3的圆周度，并基于函数关系在包含极值的范围内的导数关系和导数关系沿轴向的变化率表征实际孔3的成孔质量。这是由于深孔加工成孔和超声探头4沿工件1周向的移动路径相对极值位置存在对称关系，则函数关系所对应的数据或导数关系在极值两端应当是对称的，使得该对称关系的标准程度可用于评价成孔质量，也可用于成孔质量在轴向上的参考指标。因此，可将函数关系相对极值位置所在竖直轴线的对称程度用以表征成孔圆周度，并基于函数关系在包含极值的范围内的导数关系和导数关系沿轴向的变化率表征成孔质量。

优选地，在深孔加工过程中，超声探头4、钻具系统和纠偏部件对于工件1的作用位置沿深孔加工方向进行排布，则超声探头4、钻具系统和纠偏部件对于工件1作用位置分别定义为检测截面、加工截面和校正截面，其中，检测截面为超声探头4和角度量具5接触工件1位置所在的工件截面，加工截面为钻具系统进行切削作业的工件截面，校正截面为纠偏部件对于工件1施加用于控制整钻孔方向的作用力位置所在的工件截面。例如，检测截面位于加工截面上游，且定义加工截面与检测截面的间距为检测距离；而校正截面位于加工截面下游，且定义加工截面与校正截面的间距为纠偏距离；考虑到钻具系统在加工截面的切削动作及钻孔完成度对于偏差测量的影响，将检测截面选择于距离加工截面为检测距离的上游，且检测距离的大小应当根据钻具系统的进给状态进行调整，当钻具系统进给速度越快时，钻具端部与工件1的切削作用就越强，使得钻具端部相对工件1发生偏移抖动的概率就越大；当钻具系统的进给深度越大时，钻具系统基于作用长度的增加而导致自身刚性的下降，使得钻具系统发生偏移的概率增加，因此，检测距离的设置应当根据钻具系统的进给状态进行设置，使得检测距离的大小分别与进给深度和进给速度的大小成正相关，例如，检测距离根据进给速度和进给深度在不同大小范围阶段设置若干档次，使得检测距离在第一预设范围内变化调整，第一预设范围可以是以加工参数为单位的倍数范围，使得检测距离的设置在尽可能削弱加工动作对偏差数据的影响的基础上，也可符合控制单元用于控制钻具系统和纠偏部件的时延要求，使得检测距离的设置能够综合考虑测量误差和时延控制以达成加工过程的优化状态。

而校正截面相对检测截面的纠偏距离受到钻具系统进给状态和偏差数据的影响：当钻具系统进给速度越快时，校正截面相对加工截面的纠偏距离应当延长以适应钻具系统相对工件1单位时间切削距离的变化，使得校正截面对于钻具系统的纠偏作用能够保持适宜的作用时间；而偏差数据的径向偏差表征实际孔3偏离理想孔2的偏差程度，则为保证纠偏控制的时效性，纠偏距离径向偏差的绝对值呈负相关，例如，纠偏距离配置为径向偏差平方的负相关函数，使得纠偏距离在第二预设范围内变化，第二预设范围可以是以加工参数为单位的倍数范围，使得纠偏距离的调整在及时有效纠偏的同时，可控制实际孔3沿轴向的局部弯曲变形。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种深孔加工的偏移量测量方法，其特征在于，所述方法基于对工件(1)内部沿轴向延伸的深孔加工过程进行加工偏移及成孔精度的测量并为深孔加工精度控制及纠偏提供精细数据支持，所述方法包括以下步骤：

针对轴杆类所述工件(1)的深孔加工过程，钻具系统沿所述工件(1)轴向作进给运动，所述工件(1)定义有沿轴向延伸的理想孔(2)和由所述钻具系统加工而成的实际孔(3)，所述工件(1)在周向表面加工有与所述理想孔(2)径向对应的定位标记(6)；

在所述钻具系统开始沿所述工件(1)轴向加工或进给到一定距离的情况下，布置在所述工件(1)周向表面并由所述定位标记(6)限定周向布置范围的角度量具(5)和超声探头(4)基于超声测厚和角度测量对当前工件截面中所述实际孔(3)相对所述工件(1)的周向表面的厚度数据进行测量并获得所述实际孔(3)相对所述理想孔(2)的角度数据；

基于所述厚度数据、所述角度数据和所述工件(1)尺寸计算获得所述实际孔(3)相对所述理想孔(2)在当前工件截面的径向偏差，所述径向偏差分解至相互垂直方向的分量并为深孔加工的纠偏控制提供偏差数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，深孔加工过程中的偏差分为所述实际孔(3)相对工件截面的径向偏差和沿轴向加工行进方向的轴向偏差，所述径向偏差基于若干相邻或间隔工件截面的径向偏差变化率指示轴向偏差以表征深孔加工过程中的行进方向偏差。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述超声探头(4)沿所述工件(1)的周向表面移动并进行厚度数据测量的情况下，所述角度量具(5)和所述超声探头(4)相对所述工件(1)沿轴向移动配合钻具系统深孔加工的动态进给。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述超声探头(4)相对所述工件(1)进行周向移动并至少覆盖设定的检测范围以测量实际孔(3)距离所述工件(1)的周向表面的距离数据并形成所述距离数据相对超声探头(4)与定位标记(6)偏差角度的函数关系，在获得所述距离数据相对所述偏差角度的函数关系极值的情况下，将该位置的所述距离数据和角度偏差分别确定为实际孔(3)的厚度数据和角度数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在距离数据相对所述超声探头(4)与所述定位标记(6)偏差角度的函数关系中，将函数关系相对极值位置所在竖直轴线的对称程度用以表征所述实际孔(3)的圆周度，并基于函数关系在包含极值的范围内的导数关系和导数关系沿轴向的变化率表征所述实际孔(3)的成孔质量。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述工件(1)在与所述理想孔(2)最近的圆周表面加工沿轴向布置的所述定位标记(6)，其中，所述定位标记(6)是带刻度(7)的浅线槽，所述刻度(7)用于指示沿轴向的延伸距离，使得所述浅线槽能够为布置在所述工件(1)圆周表面的部件提供定位参考。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述角度量具(5)和所述超声探头(4)由保持组件进行移动调节，所述保持组件设置于机床，使得所述保持组件能够分别控制所述超声探头(4)沿周向的移动和所述角度量具(5)沿轴向的移动。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在保持组件对所述超声探头(4)和所述角度量具(5)进行移动控制的情况下，所述超声探头(4)在所述工件(1)周向表面的检测范围设定为覆盖所述定位标记(6)的部分圆周，使得所述超声探头(4)沿周向的运动在单一截面上至少覆盖一次所述检测范围并基于沿轴向的截面变化而呈现往复运动的规律。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述角度量具(5)和所述超声探头(4)沿轴向的运动按照移动间距等距或移动间距局部降低的方式进行设置，其中，在沿轴向运动的移动间距局部降低的情况下，所述超声探头(4)在下一截面的检测范围按照与当前截面的角度数据成正相关的方式进行调整。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述径向偏差在相互垂直方向的分解方式如下：

所述径向偏差在Y轴的分量为：Ly＝[(D/2)-(d/2)-b]*cosθ-R，

所述径向偏差在X轴的分量为：Lx＝[(D/2)-(d/2)-b]*sinθ，

其中，工件(1)的外圆直径为D、加工孔径为d、理想孔(2)圆心距工件(1)轴心距离为R、实际孔(3)相对理想孔(2)的角度数据为θ、超声探头(4)测得实际孔(3)的厚度数据为b。