数控卧式车床镗刀座的设计

深孔加工在机械制造行业中占了很大的比重，尤其是军工领域，过去一段时间，加工难度大、成本高在一定程度上限制了深孔加工领域的发展和进步。随着现代高科技水平的发展和先进技术的应用，深孔加工技术水平也得到了相应的发展。机械产品中经常遇到需要加工长径比较大，同时孔径又不大的深盲孔，目前这类深孔加工是一个难点。现有的方式一般是在数控深孔钻床上加工，缺点是孔的加工精度较低。另一种方式为悬臂镗杆加工，但能加工的深孔长径比小，目前世界上领先的Sandvik等公司开发的悬臂抗震镗杆悬臂长度能达到10倍直径[1]，能使深孔加工的精度较深孔钻有较大提高，但加工孔的深度也受限于镗杆的直径大小。

新设计的镗刀座可安装Ф280×4000mm的镗杆,用该镗杆加工内孔直径为Ф290±0.20mm，孔深长达1960 mm。要求内圆加工表面光滑，圆柱度公差为0.02 mm，粗糙度达到Ra3.2μm以上。该镗杆长径比达到14.286，以往设计的镗刀座无法借用，需要对镗刀座进行重新设计，如图1所示。图1 镗刀座示意图1 镗刀座的设计

1.1 镗刀座装置的结构

新设计的镗刀座由中拖板、上座、支架、上盖、移动下座、移动上座、调整垫、压板、直线滚动导轨、压紧块、牵引法兰、C形垫圈、螺母、支撑法兰、拉管、T形螺栓、连接套组成。

1.2 镗刀座的支撑方式

该镗刀座设计上选择了中拖板、支架和独立辅助支撑即移动下座与三支撑点共同支撑的方式。中拖板与上座采用固定式螺钉联接固定。支架通过螺钉联接安装在大拖板上，并通过调整垫支撑着上座。独立辅助支撑由移动下座、移动上座、调整垫、压板、直线滚动导轨、压紧块共同组成，移动下座上装有双直线滚动导轨，移动上座通过调整垫与移动下座联接，并可以在双直线滚动导轨上跟随中拖板沿X轴移动。独立辅助支撑通过连接套、T形螺栓、拉管、支撑法兰、螺母、C形垫圈、牵引法兰与大拖板联接，螺母、C形垫圈、牵引法兰用于调整独立辅助支撑与上座的距离，本方案设计的可调距离为210~910mm。

2 镗刀座的夹持长度及理论数值计算

2.1 镗刀座的夹持长度

镗刀座夹持镗杆采用两个半圆的圆弧面接触的夹持方式，保证了镗杆的夹持刚度。在盲孔加工中，尽量减小镗杆的悬臂长度，有利于改善切削效果。在满足加工条件的情况下，应尽量将镗杆的夹持位置往镗杆头部位置移动。客户所要求的镗杆长度为4000 mm，镗杆直径为Ф280mm。根据经验公式，镗杆的最小夹持长度=5×D=1400mm,一般镗孔长DOI:10.16371/j.cnki.issn1009-962x.2018.01.007 圣祝素数控卧式车床镗刀座的设计25 度=7×D=1960mm。（D为镗杆的直径）。镗刀座的具体夹持尺寸如图2所示。

图2夹持长度分配图2中，根据需求设定镗孔段长度为1 960 mm，上座夹持长度为900 mm，独立辅助支撑与上座之间的可调整距离为800 mm，上盖长度为300 mm，镗杆尾部的悬伸段长度为40 mm，总长为4 000 mm。

2.2 镗刀座的理论数值计算镗杆的材料为40Cr优质合金钢，其截面尺寸如图3所示。镗刀座通过3个支撑点夹持镗杆，由图2中的夹持长度分布可知镗杆的重心（位于总长度的一半处）落在镗刀座上。为了便于计算、分析研究镗刀座，将镗杆简化为一个悬臂梁，镗刀座受到的力和力矩与镗杆受到的力和力矩大小相等，方向相反，直接计算镗刀座受到的力和力矩不太方便，这里先计算镗杆受到的力和力矩，然后再转化为镗刀座受到的力和力矩。

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结语

根据用户需求设计了一套镗刀座装置，合理分配镗刀座各段夹持长度并对镗刀座进行理论数值计算，求出其受到的力和力矩。应用Solidworks分析软件对镗刀座进行静力学分析。结果表明镗刀座受到的拉力和压力均在材料的许可范围内，变形量在设计安全范围之内。符合用户使用要求，可以将这套镗刀座投入生产使用。

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