[0001] 本发明涉及大型构件深孔加工技术领域，具体涉及一种大型构件深孔加工方法、装置及系统。

[0002] 大型箱体壳体构架主要为用于承受一定载荷的壳体结构，内部可能包含筋板，因此其体积、重量较大，一般长度超过3米，高度超过2米。在大型箱体壳体构架的制造过程中，为连接使用，需要在构件连接位置打深度1900mm，孔径为90mm的深孔。由于壳体的庞大尺寸，常规的机床加工方式受到限制，通常只能采用立式龙门机床进行钻孔操作。

[0003] 而立式龙门机床在从上往下打孔时，由于孔的深度极大，当钻孔达到一定深度时，加工中产生的铁屑无法排出，容易造成堵塞，且铁屑也会导致钻头磨损，使钻头破损严重，降低加工效率，增加生产成本。因此需要在打到孔深一半时将构件翻转，以便在对应位置继续打孔。但由于构件体积庞大，这种非一次性的加工方式不仅增加了操作的复杂性，而且容易导致两边加工后的孔无法精确对应，形成所谓的“台阶孔”，严重影响了连接件的安装质量和结构的整体稳定性，同时还需要进一步加工处理，增加工序的同时降低加工效率。

[0023] 下面通过具体实施方式进一步详细说明：

[0024] 说明书附图中的附图标记包括：大型构件1、立式龙门机床2、龙门架3、钻机4、专用钻头5、激光发生器6、通孔7、真空负压吸附机构8、激光发生机构9、连接杆10、伸缩机构11、排出通道12、底座13。

[0025] 实施例一

[0026] 本实施例基本如附图1所示：一种大型构件深孔加工系统，替换原有立式龙门机床的原有钻头，形成能够从上至下一次性打通深孔的加工系统，如附图1所示，包括设置于大型构件1上方的立式龙门机床2，本实施例中，在立式龙门机床2上集成有控制系统，通过控制系统实现监测、操作、调节等操作，控制系统一般可采用工业智能化操作系统，立式龙门机床2也可采用行业内同等设备代替，在此不作限制，只要能够满足对大型构件尺寸的钻孔操作即可，同时，本实施例中，大型构件指长度不小于3米，高度超过2米，重量大于15吨的结构件。

[0027] 其中，立式龙门机床2包括架设于大型构件1上方的龙门架3，在龙门架3上安装有钻机4，钻机4与控制系统通讯连接，通过控制系统可操作钻机4在龙门架3上左右移动。在钻机4的下方安装连接有专用钻头5，专用钻头5可直接进行替换安装，操作简便快捷，通过钻机4将专用钻头5对应调节放置于大型构件1需要钻孔的位置，并通过操作钻机4带动专用钻头5上下移动，控制专用钻头5对大型构件1进行钻孔操作。

[0028] 结合附图2所示，在专用钻头5的中部开设有通孔7，本实施例中，通孔7内安装有连接杆10，连接杆10的上端与钻机4连接，连接杆10的下端与专用钻头5底部连接，连接杆10用于带动专用钻头5向下移动，使专用钻头5在打孔时与大型构件1的待加工深孔接触。本实施例中，连接杆10的直径小于通孔7直径，使通孔7能够直接与外部连通，确保孔内的铁屑能够通过通孔7排出。

[0029] 而对应专用钻头5部分结构，本实施例中，还提供一种大型构件深孔加工装置，应用于上述深孔加工方法和加工系统中，用来替换立式龙门机床的原有钻头，并配合立式龙门机床完成对大型构件从上至下一次性深孔加工。如附图2所示，深孔加工装置包括安装于钻机4底部的专用钻头5，在专用钻头5的外部为螺旋状刀刃，在钻孔时通过转动专用钻头5与大型构件1表面接触进行钻孔操作。

[0030] 结合附图3和附图4所示，在专用钻头5的中间沿轴向开设有通孔7，在通孔7内安装有激光发生机构9和真空负压吸附机构8，激光发生机构9用于对大型构件1的待加工深孔进行预打孔处理，并在专用钻头5钻孔时对铁屑进行融化。真空负压吸附机构8安装于激光发生机构9的上方，用于将激光发生机构9融化的铁屑吸附并排出通孔7外。真空负压吸附机构8上部与连接杆10的下端固定连接，真空负压吸附机构8外部与通孔7内壁连接，保证稳定性，且真空负压吸附机构8与激光发生机构9电连接，以实现自动化控制。将激光发生机构9和真空负压吸附机构8设置于专用钻头5的通孔7内，随着专用钻头5一起移动，既不影响钻头功率，同时能够保证激光发生机构9与专用钻头5的同步性，达到预打孔后及时进行钻孔的效果，提高钻孔效率，保证钻孔精准度。

[0031] 在真空负压吸附机构8的上部安装有排出通道12，排出通道12与通孔7连通，通过真空负压吸附机构8将内部经过激光融化的铁屑吸附，并通过排出通道12排至通孔7内，并经通孔7排出孔外，达到铁屑清理效果，避免铁屑造成堵塞。

[0032] 本实施例中，钻机4、激光发生机构9和真空负压吸附机构8分别与控制系统通讯连接，通过控制系统分别控制操作，提高设备智能化操作，提高操作精准度和便捷度。

[0033] 在激光发生机构9上还安装有温度传感机构，温度传感机构与控制系统电连接，通过温度传感机构可实时监测孔内对应位置的温度，通过孔位温度对激光发生机构9的激光功率进行动态调节，本实施例中，温度传感机构可采用如PT1000温度传感器、热电偶温度传感器等耐高温、耐腐蚀的温度传感器。

[0034] 如附图5所示，本实施例中，还提供一种大型构件深孔加工方法，应用于上述深孔加工装置和深孔加工系统中，采用深孔套料钻的方式加工，通过激光进行预打孔，实现孔的预制备以及材料的初步去除，同步紧跟深孔钻钻削加工，达到对大型构件1深孔一次加工的目的，并保证孔的表面质量。本实施例中，深孔定义为深度不小于1900mm，孔径不小于90mm的孔。同时产生的铁屑通过激光融化，去除，再通过抽风系统排出，达到不堵塞的情况，极大缩短加工时间。具体包括以下步骤：

[0035] S1，将立式龙门机床2移动至大型构件1的上方，使大型构件1的加工面正对立式龙门机床2下方，在大型构件1表面确定深孔加工位置，根据孔位调节钻机4位置，并安装上专用钻头5，使孔位与专用钻头5位置相对应，以备钻孔操作。

[0036] S2，启动专用钻头5中的激光发生机构9，根据钻孔深度设置激光功率，利用激光分段对大型构件1需要打孔的位置进行预打孔处理。本实施例中，激光功率根据专用钻头5钻进的深度H进行设置，具体包括以下几个阶段：

[0037] 当钻孔深度H＜1000mm时，设置激光功率为800～1000W，具体的当专用钻头5刚启动时，此时钻孔深度为0mm，所需功率较高，初始激光功率设置为1000W，以确保激光功率能够满足预打孔需求，确保预打孔精度。

[0038] 随着钻孔的深入，专用钻头5在高速转动下温度逐渐升高，孔内温度也逐渐升高，此时当钻孔深度为500≤H＜1000mm时，激光功率在800～1000W范围内逐渐降低。

[0039] 当钻孔深度H≥1000mm时，由于钻孔深度较大，需要较高的激光冲击力，而孔内温度较高，此时调节激光功率在100～800W范围内，确保激光预打孔效果，同时减少激光能耗。

[0040] S3,根据钻孔深度，在预打孔后利用专用钻头5按照预打孔位置进行钻孔。

[0041] 当钻孔深度为0≤H＜500mm时，利用激光完成预打孔后，停止激光发生机构9，启动专用钻头5按照预打孔位置进行钻孔操作，当钻孔深度达到500mm时，停止专用钻头5作业，再次利用激光进行预打孔处理，持续向下打孔。

[0042] 此时，钻孔深度来到第二阶段为500≤H＜1000mm，按照钻孔深度设置激光功率，在完成第二次预打孔后，停止激光发生机构9，启动专用钻头5再次进行钻孔作业，当钻孔深度达到1000mm时，停止专用钻头5作业，再次利用激光进行预打孔处理，以此类推，交替利用激光和专用钻头5持续向下进行预打孔和钻孔，直至完成深孔的钻孔操作。

[0043] S4，同时，在每阶段的钻孔操作过程中，通过温度传感机构获取当前专用钻头5到达的孔位温度，根据孔位温度调节激光功率，利用激光将钻孔产生的铁屑融化，去除；并通过真空负压吸附将融化的铁屑排出孔内。

[0044] 具体的，在钻头钻孔过程中，由于钻孔深度越高，其内部散热效果就会越差，导致内部的温度就会逐渐升高，同时在专用钻头5高速转动的情况下，也会带来大量的热量，使内部温度逐渐升高，而根据实时监测孔位温度可获知内部实际温度，结合内部实际温度设置激光功率，将内部温度充分利用，而可适当调节激光功率，减少激光能耗，确保达到融化铁屑的效果，也能避免内部温度过高影响专用钻头钻孔效率。

[0045] 具体的，当孔位温度0≤T＜50℃时，激光功率设置为1000W；当孔位温度50≤T＜100℃时，激光功率设置为800W；当孔位温度100≤T＜200℃时，激光功率设置为100～800W。
实时结合孔内温度动态调节激光功率，满足铁屑融化强度的同时，减少能源消耗，能够通过真空负压吸附达到铁屑去除的效果，避免铁屑在孔内堆积，造成堵塞的问题。

[0046] 通过预打孔处理，可降低专用钻头的钻孔功率，减少专用钻头5的磨损和破损，有效延长专用钻头5的使用寿命。同时通过预打孔处理，也保证钻孔的精准度，减少深孔误差。且在专用钻头5钻孔的过程中，利用内部温度和激光功率相结合，将钻孔产生的铁屑融化，去除，并通过真空负压吸附机构将其抽出，通过专用钻头5中部的通孔7排出孔内，避免铁屑产生堵塞，使深孔能够实现一次加工，极大减少加工周期和操作难度，并能减少专用钻头5的磨损，降低设备能耗，提高整体钻孔效率，减少人力消耗。

[0047] 本方案结合传统加工方案与现代特种加工方法，实现高效、高质量的加工。该方案无需改变现有的从上往下打孔的加工方式，只需要改进钻头，即可通过调节钻头端部的激光发生器的能量，来进行预打孔，减少钻头钻孔过程中的冲击力，保证长孔能够一次性钻通，一次性加工，节约加工时间，同时保障孔的精度和尺寸。

[0048] 实施例二

[0049] 与实施例一不同的是，本实施例中，如附图6所示，在真空负压吸附机构8与激光发生机构9之间安装有伸缩机构11，激光发生机构9的上端与伸缩机构11的下端连接，通过伸缩机构11可带动激光发生机构9上下移动，进而在预打孔时，可根据孔深距离调节激光发生机构9的高度，使激光发生机构位于专用钻头5的下方进行激光预打孔，并有效调节激光功率，合理利用内部资源，减少能源的浪费。

[0050] 本实施例中，激光发生机构9包括可360°转动的激光发生器6，以及用来安装激光发生器6的底座13。底座13为可360°转动的球形底座，底座13上端与伸缩机构11的下端连接，在底座13的下端转动连接有激光发生器6，使底座13带动激光发生器6绕底座13呈360°转动，进而实现激光头的精准定位，确保预打孔的精准度，提高钻孔精度。

[0051] 实施例三

[0052] 与实施例一不同的是，本实施例中，在每一阶段进行预打孔时，还根据钻孔深度选择激光发生器高度，根据激光发生器高度对应设置预打孔点位，预打孔点位包括点标记和线标记。

[0053] 首先判断当前阶段需要预打孔的位置和距离，当预打孔孔位高度大于200mm时，在预打孔过程中，可通过控制伸缩机构11来调整激光发生器的高度，使激光发生器距离预打孔表面的距离更近，可有效减少激光能量，降低能耗。同时由于钻孔深度较高，可采用线标记的形式利用激光进行预打孔，通过底座13带动激光发生器6转动，在构件需要打孔的表面形成孔位线，以提高预打孔的精准度。

[0054] 当预打孔孔位高度低于200mm时，在预打孔过程中，根据孔深距离逐步收缩激光发生器的高度，同时可采用点标记的形式利用激光进行孔位标记，在距离较短的情况下通过标记点形成预打孔面，降低激光发生器的调整功率，同时又能保证孔位的精准。

[0055] 本实施例中，根据在每个阶段内孔位的高度，灵活调节激光发生器的高度，并根据高度选择合适的标记方式进行预打孔，保证孔位精准度的同时提高激光发生器的操作效率，操作更灵活。

[0056] 以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。