CK6152数控机床液压系统设计 毕业论文

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1 绪论

液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一。液压传动的各种元件由于重量轻、体积小，可以根据需要方便、灵活地来布置；结合最新技术自动化程度高且操纵控制方便，容易实现直线运动，自动实现过载保护；采用矿物油作为工作介质，相对运动面可自行润滑，使用寿命长。因此，液压技术广泛用于国民经济各部门，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。

据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%~3.5%，而我国只占1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点因此，液压技术广泛用于国民经济各部门，现如今我国的液压行业现已形成一个门类比较齐全、有相当竞争实力、初具生产规模的工业体系。改革开放以来，液压行业迅速发展，先后引进了40余项国外先进技术，经消化吸收和技术改造，现均已批量生产，并成为行业的主导产品。近年来，行业加大了技术改造力度，1991~1998年，国家、地方和企业自筹资金总投入共约16多亿元。促进了整个液压技术的进步。如今国内外液压发展情况简要概括如下表1-1。

表1-1 国内外液压发展情况 国内 小型化，集成化，多样化 高压，高速，高精度，高可靠性 高效，节能，环保 机电一体化 国外 机电一体化集成元件和系统 智能化自动控制元件和系统 高精度数字控制元件和系统 水介质液压元件和系统 通过对CK6152数控机床液压系统的改造，完成了机床动作由手动完成向半自动乃至全自动的推进，大大提高了CK6152数控机床的自动化程度，大大提高了劳动生产效率，为解放劳动力发展生产力迈出了重要的一步。基于本次设计，通过对CK6152普通数控车床分析和了解，结合已掌握的液压方面的知识对普通数控机床进行改进；最终使液压系统实现CK6152车床的刀架卡紧，使其满足旋转精度，刚度，温升，抗震性等主要性能，以提高整机性能，并保证该液压系统执行上述二个动作时的可行性与可靠性，充分体现现代液压技术应用于数控机床的优越性。

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此次主要是手动改为液压系统的设计。液压系统应用在数控机床中，可以实现机床的自动进给，卡盘的自动加紧，刀架的自动转换，尾座的自动伸缩，而且可以使机床的运动更平衡，加工精度更高，效率更高，从而实现机床的自动化。为了达到以上效果，我做了这个设计。本设计的主要内容有液压系统图的设计，液压系统负载的运动与分析，液压系统元件的选择，液压系统的验算，液压系统的电气控制图，液压仿真等。

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2 CK6152数控机床液压系统图的设计

拟定系统原理图是整个液压系统设计中最重要的一环，它的好坏根本上影响整个液压系统。拟定液压系统原理图所需要的知识面较广，一般的方法是先根据具体的动作性能要求选择液压基本回路，然后将基本回路加上必要的连接措施有机地组合成一个完整的液压系统。 将各个回路图进行分析，再进行整合，整个设计的液压系统图就初步绘制了，再检查并加以补充完善，便可以绘制出正式的液压系统原理图。

2.1 卡盘系统

该数控机床负载变化小，要求低速运动平稳性好速度负载性好，因此采用调速阀的进油节流调速回路，选用差动液压缸实现“快 慢 快” 的回路。对普通CK6152数控车床机床卡盘卡紧动作的观察和分析可知，液压卡盘执行元件，即液压缸运动过程可分解为：向前卡紧，保持不动，向后松开。其运动循环如图2-1。

向前卡紧

保持不动原位停止 卡盘向前夹紧原理图如图2-2，卡盘松开原理图如图2-3。

图2-2卡盘夹紧动作原理图 图2-3卡盘松开动作原理图

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向后松开

图2-1 卡盘液压缸运动循环图

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卡盘分系统由一个二位四通换向阀3（带两个电磁阀），一个二位四通电磁换向阀4，两个减压阀8和9及一个液压缸组成。高压加紧1YA得电，3YA失电，换向阀3和4均位于左位，加紧力的大小可通过减压阀8调节，这时液压缸活塞左移使卡盘加紧，减压阀8的调定值高于减压阀9，卡盘处于高压加紧状态。

液压卡盘可以实现自动加紧与松开运动，松夹时，使1YA失电，2YA得电，阀3切换至右位。活塞右移，卡盘松开低压加紧。这时3YA得电而使换向阀4切换至右位，压力油经减压阀9进入，通过调节减压阀9便能实现低压加紧状态下的夹紧力。

卡盘夹紧 卡盘松开F=03AB1YAPT2YA144A3PTYAAA8PTP9T9

图2-4卡盘加紧与松开系统图

2.2 回转刀架（自动卡刀）分系统

根据对普通CK6152数控车床机床中心架压紧动作的观察和分析可知，液压中心架执行元件，即中心架油缸的运动过程可分解为：向前压紧，保持不动，向后松开，其运动循环如图2-5。

向前压紧

保持不动原位停止自动回转刀架盘分系统有两个执行元件，刀盘的松开与夹紧由液压缸执行，而

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向后松开

图2-5 中心架液压缸运动循环图

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液压马达则驱动刀盘回转。控制刀盘的放松与夹紧是通过电磁换向阀6的切换来实现的。液压马达即刀盘正反都通过三位四通换向阀5的切换控制，两个单向调速11和12与变量液压马达在正反转时都能够通过进油路容积节流调速阀来调节旋转速度，如图2-6。

刀架转移马达刀架液压缸刀架液压缸松开 夹紧反转正转F=012A6AB5PT7YA4YA8YAPT15

图2-6回转刀架自动卡刀系统图

自动换刀完整过程是：刀盘松开——刀盘通过左转或右转就近到达指定刀位——刀盘夹紧。因此电磁铁的动作顺序是4YA得电（刀盘松开）——8YA（正转）或（反转）得电（刀盘旋转）——4YA得电（刀盘松开）——8YA（正转）或7YA（反转）得电（刀盘旋转）——4YA失电（刀盘夹紧）。 2.3 尾座套筒伸缩动作

根据对普通CK6152数控车床机床尾座顶紧动作的观察和分析可知，液压尾座执行元件，即尾座油缸的运动过程可分解为：向前顶紧，保持不动，向后松开，其循环图2-7。

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向前顶紧

保持不动原位停止 图2-7座液压缸运动循环图

尾座套筒通过液压缸来实现顶出与缩回。控制回路由减压阀10，三位四通换向阀7和单向调速阀13组成。减压阀10将系统压力降为尾座架套筒顶紧所需要的压力。但单相调速阀13用于在尾座套筒伸出时实现回油节流阀调速控制伸出速度5YA得电，尾座套筒缩回如图2-8。

退出 伸出尾座套筒液压缸

图2-8尾座套筒伸缩系统图

根据上述可以观察CK6152数控机床液压系统原理图—附图2-9。

2.4 多方案的比较和论证

根据对液压传动系统有关知识的学习、调查和了解，并且借鉴前人经验，拟设计如下二个方案以供选择:

（1）系统全部采用常规阀控制，液压缸动作顺序由手动换向阀来控制。其优点是性能可靠，安全性高。可以采用国内均可生产的常规阀，价格较便宜，较易购买。缺点是自动化程度低、不能适应数控程度高自动化程度的机床，而且移动速度较慢。

向后松开

F=0137B6YAPT5YA16A10PT

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（2）系统全部采用电磁铁驱动的电磁控制阀来控制，其优点是移动速度快，系统安全可靠，可连续长时间工作，是近年高自动化液压传动系统控制的发展趋势。但目前国内生产的电磁换向阀的安全性能达到使用要求的还不多，因此需要进口或采用台湾产品，并且台湾产品价格不是很高，而且基本可以达到国际先进水平，完全可以满足使用要求。

从自动化的使用要求和安全方面考虑，第二种方案更适合本次设计。因此本次设计的液压系统采用了电磁铁驱动的电磁控制阀。在液压泵站的设计中，采用了独立的液压泵和供油集成块，用一个单向阀保证系统安全性。另外，在各个液压站集成块上，有三个压力继电器，可使系统更加安全可靠的工作。 2.5 最终方案的制定和说明

（1）确定液压泵类型及调速方式

参考同类机床，选用单向定量液压泵供油、调速阀进油节流调速的开式回路，溢流阀作定压阀。回油路上设置背压阀，初定背压值为0.8MPa。 （2）选用执行原件

因系统要求变挡，且液压缸有正向和反向运动，用单活塞杆的二位液压缸变挡。 （3 换向回路的选择

本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路 因此两个油缸都选用三位四通换向阀。

（4）组成液压系统绘原理图，将上述所选定的液压回路进行组合，并根据要求作必要的修改补充，即组成如附录图2-9所示的液压系统原理图。液压系统图的运行得有电磁铁的控制才能够运行，如图表2-1为整个液压系统电磁铁的动作顺序。

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表2-1 液压系统电磁动作

电磁铁 动作 卡盘正传 卡盘反转 回转刀架 尾座 低压 高压 低压 高压 夹紧 松开 夹紧 松开 夹紧 松开 夹紧 松开 刀架正转 刀架反转 刀盘松开 刀盘夹紧 套筒伸出 + — + — — + — + — + — + + — + — — — + + — — + + + — — + + — — + + — 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 套筒退回 注：“+”表示电磁铁得电。将压力继电器SP1的压力调至3.0-3.5MPa，当油液中的压力低于继电器SP1设定压力时，SP1发出信号，使主轴停止运转。

2.6液压系统的特点

（1）采用变量叶片泵向系统供油，能量损失小。

（2）用减压阀调节卡盘高压夹紧或低压夹紧压力的大小以及尾座套筒伸出工作时的预紧力大小，以适应不同工件的需要，操作方便简单。

（3）用液压马达实现刀架的转位，可实现无级调速，并能控制刀架正、反转。 （4）本系统对换向的平稳性没有严格的要求，所以选用电磁换向阀的换向回路。因此两个油缸都选用三位四通换向阀。

（5）组成液压系统绘原理图将上述所选定的液压回路进行组合。

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3 数控机床液压系统的负载分析与计算

在设计CK6152数控机床液压系统时，通过查阅书籍及一些参考文献，同时根据数控机床的特点，进行综合考虑以后，最终按照设计要求实现“快进—工进—快退—停止”的工作循环。刀架材料为高速钢，工件材料为铸铁，硬度为240HBS，通过查阅资料所得机床工件部件总质量m=1000kg；快进v1为 5.5mmin.快进0.157s其静磨擦为fs=0.2.动摩擦fd=0.1液压缸中的执行元件用液压缸。 3.1 液压卡盘的负载分析

根据对液压卡盘的运动分析，液压卡盘液压缸的负载可分为惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。但主要的负载有：

（1）外负载

高速钢钻头铸铁孔时轴向切削力Ft(单位为N)为

Ft?25.5Ds0.8(HBS)0.6 （3-1）

式中 D—钻头直径，单位mm；

S—每转进给量，单位mm/r； HBS—铸件硬度，HBS=240。

（2）摩擦阻力负载Ff摩擦阻力是指运动部件与支撑面间的摩擦力，前进与后退时的动摩擦负载。这些负载都是单向负载，是与运动方向相反的正值负载，近似为恒定的负载，并且负载力的方向与液压缸活塞轴线重合。它与支撑面的形状，放置情况，润滑条件以及运动状态有关：

F=mg=9810N 静摩擦力： Ff=fFN=0.2?9810N=1962N 动摩擦力： fsd= fdFN=0.1?9810N=981N 式中，F—为运动部件及外负载对支撑面的压力；

f—为摩擦系数，分为静摩擦系数（fs?0.2-0.3）和动摩擦力系数（fd?0.5?0.1）。

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（3）向前卡紧工进时的工作负载FL工作负载与设备的工作情况有关，在机床上，与运动件的方向同轴的切削力的分量是工作负载，而对于提升机，千斤顶等来说锁移动的物体的重量就是工作负载，工作负载可以是定量，也可以是变量，可以是正值，也可以是负值，有时还可能是变的。

（4）惯性负载Fa惯性负载是运动部件的速度变化时，由其惯性而产生的负载，可用牛顿第二定律计算

Fa=ma=

G?v （3-2） g?t5.5N?583

60?0.157 =1000?式中 m—为运动部件的质量；

a—为运动部件的加速度sm2； G—为运动部件的重力； g—为重力加速度；

?v—为速度的变化量；

?t—为速度变化所需的时间。

液压卡盘的主要作用是在加工工件时限制工件两个自由度，以卡紧工件，保证加工的顺利完成。

（5）卡盘液压缸参数计算

液压卡盘一般选用德川MS105-MS200，查参考文献[2]，只受轴向推力的作用时，则可以近似地用直杆承受的简单强度计算公式进行计算[2]：

??F?10?6?4??P （3-3）

d2式中 F—活塞杆的作用力，N； d—活塞杆直径，m；

σp—材料的许用应力，无缝钢管σp=100-110MPa液压缸受轴向推力的作用，F，d带入公式（3-3），计算得： 卡盘液压缸F=800kg，d=40mm，

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7.84?10-3?6.24MP 所以 ??a??p 。 3.14?0.0424

3.2 液压尾座的负载分析

液压尾座的负载类同于液压卡盘，在此不必再分析。液压尾座的主要作用是在加工时顶紧工件，以保证加工精度。

（1）尾座液压缸参数计算

液压缸负载F，其受力分析如图3-1，查文献[2]表20-2-15中公式

F=

R? （3-3）

式中 R—液压缸外作用力；

?—液压缸总效率。

查参考文献[2]表20-6-3及参考文献[1]中的经验公式，在额定压力下的液压缸，总效率为η=0.9-0.95 ，取η=0.93，变档阶段液压缸所受外作用力F=800kg，代入公式得：

F=

R? =

8000.93=860kg

图3-1 液压缸受力分析图

F-负载力 Ffs-摩擦力 V-速度 D-液压缸直径 d-活塞杆直径 P1-液压油

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计算油缸面积:

A=

FP=

860kg4MPa

=0.002107m2=2107mm2

计算液压缸直径:

D=

可圆整为D=80mm

活塞杆直径d=0.5D=40mm 计算所需流量Q

油缸无杆腔充满油液时油缸容积

V=

?D2L44A??4?21073.14 =80mm,

mm3

=

3.14?802?2804 =50.24?28cm3

=1.407dm3

因为顶紧时间为300/50=6秒,也就是油缸的无杆腔充满油液需要6秒,因此计算流量Q。

Q=V×60/6

=1.407×60/6dm3

=14.07L/min

根据压力和流量可选择流量为23L/min,压力调整范围为0.8～5Mpa的液压泵即可满足要求。

3.3 液压中心架的负载分析

液压中心架的负载类型与液压卡盘的类同，在次不必分析。

液压中心架的主要作用是在加工长轴类工件时，在卡盘和尾座中间支撑工件，以保证工件的刚度，提高加工精度。

（1）中心架液压缸参数计算

液压缸负载F，其液压缸受力分析同图4，查文献[2]表20-2-15中公式

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F=式中 R—液压缸外作用力；

?—液压缸总效率。

R? （3-4）

查参考文献[2]表20-6-3及参考文献[1]中的经验公式，在额定压力下的液压缸，总效率为η=0.9-0.95 ，取η=0.93，中心架液压缸所受外作用力R=200kg，代入公式（3-4）得：

F=

计算油缸面积：

A=

FPR? =

2000.93=215kg

=

215kg4MPa

=0.00052675m2=526.75mm2

计算液压缸直径:

D=可圆整为D=40mm,

活塞杆直径d=0.5D=20mm。

计算所需流量Q，油缸无杆腔充满油液时油缸容积:

4A?=4?526.753.14=25.9mm，

?D2LV= （3-5）

4 =3.14?402?80/4mm3 =100.5cm3=0.1005dm3

因为换档时间为1秒,也就是油缸无杆腔充满油液需要1秒,因此计算流量Q

Q=V×60=0.1005×60dm3=6.23L/min

根据压力和流量可选择流量为8L/min，压力调整范围为0.8～5MPa的液压泵，即可满足要求。

3.4 确定液压缸的参数计算与结构设计

1 CK6152液压传动系统中采用的液压缸及其参数，根据所选文献参考《液压传

动与控制》书可以得到如下所示：

（1）液压卡盘液压缸：外作用力R=800kg，最大工作压力p=4MPa;

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（2）液压尾座液压缸：外作用力R=800kg，最大工作压力p=4MPa; （3）液压中心架液压缸：外作用力R=200kg，最大工作压力p=4MPa;

（4）液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。起重运输机械和工程机械的液压缸，一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，查参考文献[16]表4-17，其壁厚按薄壁圆筒公式有为： δ?式中 δ—液压缸壁厚，m； D —液压缸内径，m；

Pv—试验压力，一般取最大工作压力的1．25—1．5倍，低压系统取1.5倍； [σ]—缸筒材料的许用应力。其值为：锻钢：[σ]＝110-120 MPa。 无缝钢管[σ]＝100-110 MPa。

采用无缝钢管，取[σ]＝110 MPa，试验压力PV=1.5×4=6 MPa。代入公式（3-6）得：

尾座液压缸壁厚：δ?pVD2[σ]PVD （3-6）

2σ[]=

6?0.08=0.0022m=2.2mm，故取其壁厚为7.5mm。

2?110=

中心架液压缸壁厚：δ? （5）缸筒壁厚的验算

pVD2[σ]6?0.04=0.0011m=1.1mm，故取其壁厚为5mm。

2?110液压缸的额定压力Pn值应低于一定的极限值,保证工作安全。

σ?D12?D2??s??? P?0.35 （3-7）

n2D1 为避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力Pn值应与塑性变形压力有一定的比例范围。

P 2 ) PP4Ln?(0.135~0.PPL?2.σ3sD1 logD式中 D—缸筒内径m；

D1—缸筒外径 m ,D1=D+2δ；

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Pn—液压缸的额定压力 MPa；

PPL—缸筒发生完全塑性变形时的压力 MPa； σs—缸筒材料的屈服点 MPa。

查参考文献[4]表15-1，缸筒材料的屈服强度σs=285MPa，将σs代入公式得：

Pn?0.35?将ss代入公式得：

285?0.242?0.202?0.242=30.48MPa

PPL?2.3?285?log0.24=51.90MPa 0.20取P51.90=21.80 MPa n?0.42PPL=0.42×

液压缸的额定压力Pn=4MPa，所以缸筒厚度合格。 （6）缸底厚度计算

设计缸筒底部为平面，其厚度可以按照四周的圆盘强度公式近似计算。查参考文献[2]表20-6-8，由公式：

??0.433D0式中 ?—缸筒底部厚度m； D0— 缸筒底部内径m； p—液压缸的额定压力 MPa；

nPn?p （3-6）

?P—缸筒底部材料的许用应力 MPa。

?P??Sn，取n=2，σs=285 MPa，

算得σp=142.5 MPa；

所以，尾座液压缸缸底的壁厚?≥0.433×0.08× 中心架液压缸缸底的壁厚?≥0.433×0.04×3.5 活塞杆的强度计算

活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力的作用。

查参考文献[2]，只受轴向推力的作用时，则可以近似地用直杆承受的简单强度

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4=0.0058m，取6mm。

142.54=0.0029m，取3mm。 142.5

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计算公式进行计算：

??F?10?6?4??P （3-7）

d2式中 F—活塞杆的作用力，N； d—活塞杆直径，m；

σp—材料的许用应力，无缝钢管σp=100-110MPa。 液压缸受轴向推力的作用，F，d带入公式(3-7)，计算得： 卡盘液压缸已选用成品件，不需要校核；

尾座液压缸F=800kg，d=40mm， 所以 σ=

7.84?10?3?4 =6.24MPa＜σp。

2?0.04 中心架液压缸F=200kg，d=20mm， 所以 σ=

1.96?10?3?4 =24.97 MPa＜σp。

2?0.02 所以活塞杆强度满足要求。

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4 液压系统元件选择和分析

所谓液压原件的选择与计算，是要计算该元件在 工作中承受的压力和通过的流量，以便确定元件的规格和型号。 4.1 液压泵的选择

先根据设计要求和系统工况确定液压泵的类型，然后根据液压泵的最高价油压和最大供油量来选择液压泵的规格。 （1）确定液压泵最高工作压力Pp

液压泵的最高工作压力就是在系统正常工作时泵所能提供的最高压力，对于定量泵系统来说这个压力是由溢流阀调定的，对于变量泵系统来说这个压力是与泵的特性曲线上的流量相对应的，液压泵的最高工作压力是选择液压型号的重要依据。

泵到最高工作压力的确定要分两种情况，其一是，执行机构在运动行程终了，停止时才需最高工作压力的情况；其二是最高工作压力是执行机构的运动行程中出现的。对于第一种情况，泵的最高工作压力PP也就是执行机构的所需的最大压力P1。而对于第二种情况，除了考虑执行机构的压力外还要考虑油液在管道系统中流动时产生的总压力损失，即

PP? P1+??p1 （4-1）

式中

??p—液压泵的出口至执行机构进口之间的总的压力损失，它包括远

1程压力损失和局部压力损失两部分，要准确地估算必须等管路系统及安装形式完全确定以后才能做到，再次只能进行估算，估算时可参考下述经验数据；一般节流调速阀和管路简单的系统取??p1=0.2-0.5MPa。 （2）确定液压泵的最大供油qp

液压泵的最大供油流量qp按执行元件工况图上的最大工作流量及回路系统中的泄漏量来确定，

qp?K?qmax （4-2）

式中 K—为考虑系统中有泄漏等因素； 一般K=1.1-1.3，小流量取大值，大流量取小值；

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?qmax—为同时动作的各缸所需要流量只和的最大值。

若系统中采用了蓄能器供油时，泵的流量按一个工作循环中的平均流量来选择，

Kqp?T?qi?1ni?ti （4-3）

式中 T—为工作循环的周期时间；

q—为工作循环中第i个阶段所需的流量； ?ti—为第i阶段的时间； n—为循环中的阶段数。 4.2 元件选择

（1） 液压阀的选择

阀的规格，根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大流量，选择有定型产品的阀件。溢流阀按液压泵的最大流量选取；选择节流阀和调速阀时，要考虑最小稳定流量应满足执行机构最低稳定速度的要求。

控制阀的流量一般要选得比实际通过的流量大一些，必要时也允许有20%以内的短时间过流量。

（2）阀的型式，按安装和操作方式选择

根据所拟定的液压原理图及设计要求，按流过各元件的最大流量来选择液元件的规格。本液压系统的最高压力为4.5MPa,最大流量为32L/min。查参考数目[16]中的选择方法及选择标准。考虑到本系统作为数控机床设备对性能具有特殊要求，所以大多数阀类元件均采用台湾生产的较先进的液压元件。所选择的阀类元件及其他元件清单如表4-1。 （3）定管道尺寸

油管内径尺寸一般可参照选用的液压元件接口尺寸而定。本系统最大流量为32L/min,压油管的允许流速取v=5m/s,则内径d=4.6qv[5]为。

d =4.6qv?4.6325=11.6mm 综合诸因素，现取油管的内径d为12mm。现参照泵的吸油口尺寸，取吸油管内径d为12mm。

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表4-1 液压系统元件清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 7 8 9 名称 油箱 滤油器 电机泵组 通道体 单向节流阀 压力继电器 压力继电器 减压阀 换向阀 压力表 型号 专用件 W-08 SMVP-30-2-2 专用件 MCT-02-P-20 DNM-02A-040K-21B DNM-02A-040K-21B MBR-02-P-1-K-20 WE-3C2-02-G-D2-30 G60LM-70-K-10

数量 1 1 1 1 3 1 1 3 3 2 备注 2．5MPa-4.0MPa 尾座或中心架用 卡盘用 0.5MPa-3.5MPa5 接口螺纹M14×1.5

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5 液压系统的验算

因为在设计液压系统时，某些参数是初步估计的，在选定了液压元件后，应根据实际情况对整个液压系统的某些技术进行必要的验算，以便对所选的液压元件和液压系统的参数压力进一步的调整。液压系统性能验算的项目很多，常见的有回路作损失验算和发热温升验算。

已知该液压系统中进、回油管的内径均为12mm，选用N46#液压油，考虑到N46#液压油的最低温度为15摄氏度，查得其15oC时的运动粘度??150cst?1.5cm2/s，密度??920Kg/m3。 5.1 压力损失的验算

液压缸运动时压力损失，最大速度为3m/min，最大流量为40L/min 则油液在管内的流速为

4q4?226?103V1??(cm/min) 22?d3.14?4 =1799363.63(cm/min)=299.89(cm/s) 管道内的流动雷诺数为

Re1?v1d299.89?4? v1.5 =799.71， Re1<2300，

可见乳化液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数

?1?7575??0.09 Re1799.71 进油管道的沿程压力损失?p1为

l?v2 ?p1??d2(1.7?0.3)920?2.99892?Pa =0.09??224?10 =0.019?106Pa

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液压缸工进时工作阻力最大，压降满足压力损失范围要求，所以无需修改原设计。

局部压力损失 局部压力损失包括管道和管接头的压力和通过液压阀的局部压力损失，前者视管道具体安装结构而定，一般取沿程压力损失的10％；而后者则与通过阀的流量大小有关，若阀的额定流量和额定压力qn和?pn,则当通过阀的流量为q时的阀的压力损失?pv式为

?p??pn(q2) (5-1) qn因此GE系列10mm通径的阀的额定流量63l/min，叠加阀10mm通经系列的额定流量为40L/min，而在本咧中通过每一个阀的最大流量仅为9.75L/min,所以通过整个阀的压力损失很小，而且可以忽略不计。 5.2 系统温升与发热的验算

根据以上的计算可知，在快进时输出功率

PP?ppqp?p?9.75?10?360?0.75?563.33W

慢进时:

6?3 Pq??3.0?10?4.87?1060?0.75?325W； 1?PPpp11而快进时的其有效功率

P1=1.93?106?9.75?10?3/60W=313.63W；

慢进时有效功率为48.25W；所以慢进的功率损失276.75W 大于快进时的功率损失249.7W；现在以较大的值来校核热平衡，求出发热功率。

设油箱的三个边长在1：1：1—1：2：3范围内。 则散热面积为

A=0.065

3V2=0.065

3702m2=1.104m2

假设通风良好，取h=15?10?3kw/（m2.0C），所以油液的升温为

?t?H0.276750?C?16.710C ?3hA15?10?1.104室温为200C，热平衡温度为36.710C<650C，没有超出范围。

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6 电气控制回路图

根据液压系统图设计出CK6152数控机床的电气控制图，如图（6-1）

图6-1电气控制图

KMI KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8 -为电气控制回路图的继电器，

1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA -为电气控制回路图的电磁铁，SB1-急停按钮 SB2-1YA的开关SB3-2YA的开关SB4-3YA的开关SB5-4YA的开关 SB6-5YA 的开关 SB7-6YA 的开关 SB8-7YA的开关 SB9-8YA 的开。

按下SB2时电磁铁1YA得电,KM1线圈得电并且自锁,按下SB3时电磁铁2YA得电,KM2线圈得电并且自锁,按下SB4时电磁铁3YA得电,KM3线圈得电并且自锁,按下SB5时电磁铁4YA得电,KM4线圈得电并且自锁,按下SB6时电磁铁5YA得电,KM5线圈得电并且自锁,按下SB7时电磁铁6YA得电,KM6线圈得电并且自锁,按下SB8时电磁铁7YA得电,KM7线圈得电并且自锁,按下SB9时电磁铁8YA得电,KM8线圈得电并且自锁。

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7 系统仿真

7.1 FluidSIM软件介绍

FluidSIM软件由德国festo公司Didactic教学部门和paderborn大学联合开发，是专门用于液压与气压传动的教学软件，FluidSIM软件分两个软件，其中FluidSIM-H用于液压传动仿真，而FluidSIM-H用于气压传动仿真。

FluidSIM软件的主要特征是：

（1）可对与元件物理模相应液压型的回路图进行实际仿真，并由元件的状态图显示，从而能够在设计完回路图后，验证设计的正确性，并演示回路动作过程。 （2）可设计和液压气动回路相配套的电气控制回路图。弥补了以前液压与气动教学中，学生只见液压（气压）回路不见电气控制回路从而不明白各种开关和阀动作过程的弊病。

FluidSIM界面图如图7-1所示：

图7-1 FluidSIM界面图

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7.1 液压系统模拟仿真图

如下为系统仿真图的所有机构系统仿真是为了验证数控机床改进后的效果，验证其是否能够实现所设计的要求。通过该软件，用户可以在计算机上进行气动、电气气动、液压、电气液压知识的学习以及回路的设计、测试和模拟。该软件强大的仿真功能可以实时显示与软件连接的实际控制回路的动作。

图7-1液压系统图

图7-2电气控制图

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1 卡盘的加紧。

图7-3液压卡盘加紧时的液压仿真图

此图为液压卡盘加紧时的液压仿真图，按钮开关SB2按下时1YA电磁铁得电:油液从油箱流出——经过油路0——经过减压阀——从油路1进入——到电磁铁3YA左进——经过油路3——到电磁铁1YA——进入液压缸右侧——卡盘加紧——油液从4回油箱。

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2 卡盘的松开。

图7-4液压卡盘松开时的液压仿真图

此图为液压卡盘松开时的液压仿真图，按钮开关SB3按下时2YA电磁铁得电:油液从油箱流出——经过油路0——经过左减压阀——从油路1进入——到电磁铁3YA左进——经过油路3——到电磁铁1YA——进入液压缸左侧——卡盘松开——油液从4回油箱。

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3 电磁铁3YA动作。

图7-5液压卡盘松开时的液压仿真图

此图为液压卡盘松开时的液压仿真图，按钮开关SB4按下时3YA电磁铁得电:液从油箱流出——经过油路0——经过又减压阀——从油路进入——到电磁铁3YA左进——经过油路3——到电磁铁1YA——进入液压缸左侧——卡盘松开——油液从4回油箱。

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4 液压刀架松开。

图7-6液压刀架松开时的液压仿真图

此图为液压刀架松开时的液压仿真图，按钮开关SB5按下时4YA电磁铁得电:液从油箱流出——经过油路0——从油路8进入——到电磁铁4YA进——经过油路9——液压缸——刀架松开——油液从10回油箱。

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5 液压刀架加紧。

图7-7液压刀架加紧时的液压仿真图

此图为液压刀架加紧时的液压仿真图，按钮开关SB6按下时5YA电磁铁得电:液从油箱流出——经过油路0——从油路8进入——到电磁铁4YA左进——经过油路10——液压缸——刀架加紧——油液从9回油箱。

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6 液压尾座伸出。

图7-8液压尾座伸出时的液压仿真图

此图为液压尾座伸出时的液压仿真图，按钮开关SB7按下时6YA电磁铁得电:液从油箱流出——经过油路0——经过减压阀——从油路11进入——到电磁铁6YA进——液压缸——刀尾座伸出——经过节流阀——油液从13回油箱。

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7 液压马达逆时针旋转。

图7-9液压马达旋转时的液压仿真图

此图为液压马达旋转时的液压仿真图，按钮开关SB8按下时7YA电磁铁得电:液从油箱流出——经过油路0——从油路5进入——到电磁铁7YA进——经过油路7——经过调速阀——液压马达逆时针旋转。

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8 液压马达顺时针旋转。

图7-10液压马达旋转时的液压仿真图

此图为液压马达旋转时的液压仿真图，按钮开关SB9按下时8YA电磁铁得电:液从油箱流出——经过油路0——从油路5进入——到电磁铁8YA进——经过油路6——经过调速阀——液压马达顺时针旋转

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8结论

数控液压系统是在原有手动系统的基础上提出并设计的。本文按照设计要求对CK6152数控车床卡盘、刀架、尾座进行了研究，将原有的系统改装为自动调试的液压系统图，主要完成了以下工作：

（1）在对CK6152数控车床原有的手动系统和控制方法研究的基础上，确定了液压系统的总体方案，设计了卡盘、刀架、尾座系统的工作原理图。对原有系统的关键技术进行了研究，重点对零件中的关键部件如液压缸，节流阀、液压控制滑阀和控制油缸进行了设计和研究，确定了它们的结构类型和主要参数。

（2）对CK6152液压系统进行运动分析和负载分析，从而使设计更合理，为后续液压系统的设计打下坚实的基础。

（3）在考虑总体设计的前提下，对液压系统的一系列参数进行计算，选择了适合本系统的液压回路和液压元件，并对液压系统进行了性能验算和维护。通过验算，获得了一系列符合设计要求的校核结果，验证了液压系统性能是良好的。通过对液压系统与电气控制回路的仿真，能够实现所设计的效果，同时也能符合操作要求。

卡盘、刀架、尾座系统是数控机床控制系统的一个重要组成部分，本课题研究的这几处液压系统符合数控机床智能化和自动化的发展要求，为数控机床自动运行系统的研究和发展提供一定的理论和实践依据。

由于条件和能力有限，对一些部分的研究还不够深入，缺乏系统而全面的研究，以后在这方面可以进行更多的分析和研究。

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参考文献

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[4]许福玲，陈尧明主编.液压与气压传动.第二版.北京:机械工业出版社，2004.7 [5]贾铭新主编.液压传动与控制.第二版.北京:国防工业出版社，2001.9 [6]韩建海主编.数控技术及装备.武汉：华中科技大学出版社，2007.10 [7]姜培刚，盖玉先主编.机电一体化系统设计.北京：机械工业出版社,2003.9 [8]王守城，段俊勇主编.液压元件及选用.北京：化学工业出版社，2007.1 [9]刘延俊主编，液压系统使用与维修.北京：化学工业出版社，2006.5

[10]蔡政军.新型液压系统在装载机上的实施.[硕士学位论文] 西南交通大学,2004 [11]孙志永.液压伺服无级变速器的设计和研究.[硕士学位论文] 南京理工大学,2007 [12]李永旭.液压挖掘机工作装置于液压系统设计的研究.[博士学位论文] 同济大学, 2006

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致谢

在两个月的毕业设计期间，特别感谢刘家伦老师为我提供毕业设计所需的资料和技术指导，以及张老师在本次设计中对我的悉心指导和帮助，使我能够顺利地完成该论文。

在本文完成之际，同时要感谢黄河老师、王信老师给予我的支持与帮助，让我能够顺利的参加选题及论文的设计。向为我毕业设计提供方便的学校、系，表示感谢。感谢各位老师对我毕业设计的评审和指导。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7tgp.html