CK516数控立车平衡变挡及卡紧液压系统设计

引 言

液压技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展，液压技术更日新月异。液压传动相对机械传动来说是一门新兴技术，但却是机械设备中发展速度最快的技术之一。虽然从17世纪中叶帕斯卡提出静压传递原理、18世纪末英国制造出世界上第一台水压机算起，已有几百年历史，但液压传动在工业上被广泛采用和有较大幅度的发展却是20世纪中期以后的事情。

20世纪60年代以后，随着电子技术、计算机技术、自动控制技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料等方面的发展，液压技术发展成为包括传动、控制和检测在内的一门完整的自动化技术。至今，由于油缸内的油液具有作用力大，动作的反应速度快、精度高，而且便于自动化操作的特点，使得采用传动技术在自动化程度越来越高的今天越来越受人青睐，而且掌握液压传动技术是何等的重要。

液压系统主要由：动力元件（油泵）、执行元件（油缸或液压马达）、控制元件（各种阀）、辅助元件和工作介质等五部分组成。

液压传动的基本原理是在密闭的容器内，利用有压力的油液作为工作介质来实现能量转换和传递动力的。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。 液压传动是利用帕斯卡原理：在密闭环境中，向液体施加一个力，这个液体会向各个方向传递这个力！力的大小不变！ 液压传动就是利用这个物理性质，向一个物体施加一个力，利用帕斯卡原理使这个力变大！从而起到举起重物的效果！

第一章 CK516数控立车液压系统设计的立题依据及方案论证

1.1 液压传动系统的依据

（1）机床的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的机床运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。

（2）机床的工作循环、执行机构的运动方式（移动、转动或摆动），以及完成的工作范围。

（3）液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围。 （4）机床各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等。 （5）液压系统的工作性能，如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。

（6）其它要求，如污染、腐蚀性、易燃性以及液压装置的质量、外形尺寸和经济性等。

1.2 液压系统方案的制定和论证

对于CK516数控车床而言，采用液压系统变档具有快速、准确、可控性好、自动控制等优点；若仍采用原有的机械变档，操作人员劳动强度大，变档速度太慢，效率太低，进而对生产效率产生影响。Z向进给装配有专门用于立轴的高性能制动器，并配有平衡油缸，以解决滑板、刀架等部件的下垂。基于以上一些因素，这里采用液压系统来实现变挡。

与机械传动相比，液压传动更容易实现其运动参数(流量)和动力参数(压力)的控制，而液压传动较之液力传动具有良好的低速负荷特性。由于具有传递效率高，可进行恒功率输出控制，功率利用充分，系统结构简单，输出转速无级调速，可正、反向运转，速度刚性大，动作实现容易等突出优点。液压传动在现代机械中得到了广泛的应用，几乎所有工程机械装备都能见到液压技术的踪迹，其中不少已成为主要的传动和控制方式。极限负荷调节闭式回路，发动机转速控制的恒压，恒功率组合调节的变量系统开发，给液压传动应用于现代机械(尤其是工程机械)提供了广阔的发展前景

显而易见，液压系统更适合来实现CK516数控车床变档。基于对自动化和安全性的使用要求，CK516数控机床变档液压系统采用电磁控制阀。

1.3 本研究课题的主要内容：

主要是对CK516数控立式车床平衡变挡及卡紧液压部分进行设计 ,包括以下几个部

2

分:

(1)液压系统原理图的设计： (2)卡紧部分的设计与计算； (3)变挡部分的设计与计算；

(4)液压站的设计与计算：油箱的设计，液压泵的选择，控制装置和液压油的选用等。 (5)集成块的设计。

1.4 本课题研究的主要意义

使用液压变档系统可以提高加工过程的机电一体化和智能化，提高生产效率，提高产品市场竞争力，降低生产成本，减轻工人的劳动强度。

液压技术是现代机械工程的基本技术构成和现代自动化技术的基本要素，其应用涉及工农业机械、机床、交通运输、船舶控制、火炮控制、飞机、导弹等各个领域，应用液压技术的程度已成为衡量一个国家工业自动化水平的重要标志之一。

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第二章 CK516数控立车液压系统设计

2.1 CK516数控机床液压系统的设计依据

（1）机床的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； （2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此关系如何； （3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； （4）各动作机构的载荷大小及其性质；

（5）对调整范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求； （6）自动化程度、操作控制方式的要求；

（7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求； （8）对效率、成本等方面的要求。

2.2 各个液压传动装置的设计要求

液压缸运动时工作压力为：1.5-2.0MP，换档时间为 t=1 s。

液压系统压力：压力表允许承受的最大压力为10MPa；油泵的工作压力为3.5MPa；变档液压缸使用压力为1.5-2.0MPa。

压力继电器调节范围（0.6-4.5MPa），预计液压系统使用流量：23L/min。

液压系统作为CK516数控机床的变档装置，应采用结构比较简单，外形尺寸较紧凑，能远距离传递高能量；能承受较大的载荷；没有负载的传动转换装置；能够保证动作准确、迅速、安全；操作简单、维修方便；使用过载保护使系统安全可靠。

2.3 液压系统方案设计

（1）确定液压泵类型和调速方式

对同一类型的数控车床进行研究和参考，选用单向变量叶片泵供油，单向节流阀进油调速的开式回路，减压阀作减压使用。 （2）选用执行元件

根据系统变挡要求和液压缸工作原理，可知系统需要两个二位液压缸即可实现所需功能，平衡部分有一个平衡油缸实现。 （3）换向回路的选择

由于本系统对液压换向的平稳性要求，故优先选用使用电磁换向阀的换向回路，因此两个换向阀都选用三位四通电磁换向阀。

4

（4）绘制液压系统原理图。

将以上所选元件和液压回路进行组合，并根据实际需要进行必要的调整，即组成如图2.1所示的液压系统原理图。液压系统中电磁铁的动作顺序如表2.1。

表2.1电磁铁动作顺序

电磁铁 油缸

加件夹紧 撑件松开

液压卡盘

加件松开 撑件夹紧 向前

变速油缸1

向后

+

+

+

1VB 2VB 3VB 4VB 5VB 6VB SP1 SP2

+

+

+

向前

变速油缸2

向后

+

+

原 位 +(-)

将继电器SP1或SP2的压力调至夹紧或撑紧工件所需的压力（0-4MPa），当油液中的压力低于继电器SP1或SP2的设定压力时（0.6-4MPa），SP1或SP2发出信号，使主轴停止运转，待调好压力后再重新启动

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图2.1液压原理图

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第三章 CK516数控立车平衡变挡液压系统的工况分析

CK516数控机床液压系统的工况分析是指对液压执行元件进行运动分析和负载分析，目的是查明每个执行元件在各自工作过程中的流量、压力、功率的变化规律，作为拟定液压系统方案，确定系统主要参数（压力和流量）的依据。

3.1 变挡液压系统的运动分析

根据对CK516数控车床变挡动作进行研究和分析，液压缸为变挡执行元件，即变挡运动过程可分解为：油缸1向右变为Ⅰ挡，油缸1向左变为Ⅱ挡；油缸2向右变为Ⅲ挡，油缸2向左变为Ⅳ，以下为变挡示意图:

I挡 平衡部分的执行件也是液压缸，一个油口，由平衡阀控制工作，起到辅助平衡作用。

3.2 变挡液压系统的负载分析

根据对变挡液压系统的运动分析，变挡液压系统的负载主要有：（1）启动时的静摩擦负载；（2）变挡时的工作负载。根据平衡部分的分析，平衡部分的负载主要有：（1）运动中的摩擦负载；（2）平衡时的工作负载（主要是滑板和刀架的自重）。这两项负载都是单向负载，运动方向与液压缸的运动方向一致。

液压变挡主要是通过液压缸的推杆推动齿轮箱中的滑移齿轮来实现变挡。平衡油缸主要是靠推杆支撑滑板和刀架来实现平衡动作。

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II挡 图3.1 油缸1变挡示意图

III挡 IV挡 图3.2 油缸2变挡示意图 第四章 CK516数控立车卡紧液压系统的工况分析

4.1 液压卡盘的运动分析

根据对普通CK516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.其运动循环图如图4.1：

向前卡紧

原位停止 向后松开

图4.1 卡盘液压缸运动循环图

保持不动4.2 液压卡盘液压系统的负载分析

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）启动时的静摩擦负载；（2）向前卡紧工进时的工作负载；（3）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。

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。

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第五章 CK516数控立车液压系统计算

5.1 卡盘液压缸参数

液压卡盘一般选用德川MS105-MS200，查阅资料可知流量为20L/min压力为4MPa由此可选出VPVC-F40中低压力叶片泵。根据其压力、流量特性曲线可知所需电动机功率最大可为1.5kw。根据流量和压力可选出液压阀规格和型号.我们选用直径为φ6通用液压阀,流量为40L/min,压力为20MPa。

液压卡盘夹持工件的范围为Φ0～Φ630；最高压力为4.5MPa；液压卡盘夹紧时间：t=2.2s。

5.2 变档液压缸的参数计算

5.2.1 液压缸的负载

F?R (5-1)

?式中：F--液压缸负载

R—液压缸外作用力 η—液压缸总效率

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R=200kg，代入公式（5-1）得：

200F???215kg

?0.93计算液压缸面积：

A?R?D243.14?402??12.56

4计算液压缸压力：假设液压缸压力为P,则

P?F125?kg/cm2 A12.56计算所需流量Q:

油缸无杆腔充满油液时平均流速v为：

V?

L0.04??m/s t19

由于换档时间为1秒，也就是说油缸无杆腔充满油液需要1秒，因此所需流量Q:

Q?VA?0.04?12.56?10?4?5.024?10?5m3/s?3.0144L/min

根据液压系统所需的功能，可选出液压缸的类型，选用双作用单活塞杆推力液压缸；根据流量和压力可选出液压缸规格和型号，选用直径为Φ40通用液压缸，流量为4.0L/min，压力为3.0Mpa；根据流量和压力可选出液压阀规格和型号，选用直径为Φ6通用电磁液压阀，流量为4.0L/min，压力为2.0Mpa

5.2.2 液压缸的壁厚

液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。承受内压力的筒体，其内应力分布规律因壁厚的不同而异，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。材料一般采用无缝钢管，其结构属于薄壁圆筒。查阅参考文献[10]，可知壁厚计算公式为：

??式中：?—缸筒壁厚

PyD2??? (5-2)

Py—试验压力，工作压力P≤16MPa时，Py =1.5P；

工作压力P≥16MPa时，Py =1.25P D—液压缸内壁，[σ]—缸体材料的许用应力

采用35#无缝钢管，取[σ]=110MPa，Py =1.5×1.68MPa=2.52MPa，D=40mm把数据代入公式（5-2）可得液压缸的壁厚：

??PyD2????2.52?0.04m?4.58?10?4m?0.458mm

2?110可取壁厚δ=5mm，所以外径D1=50mm 5.2.3 缸筒壁厚的验算

额定压力Pn应低于一定极限值，以保证工作安全：

?n?0.35式中：Pn—液压缸的额定压力

?s(D12?D2)D21 (5-3)

10

D1—液压缸的外径 ?s—缸筒材料屈服强度

查参考文献[10]，缸筒材料的?s=315MPa，将数据代入公式（5-3）得：

315?(0.052?0.042)1.68MPa?0.35MPa

0.052故满足要求

同时额定工作压力也应与完全塑性变形压力有一定得比例范围，以避免塑性变形的发生：

Pn?(0.35?0.42)PrL

PrL?2.3?slgD1 (5-5) D式中：PrL—缸筒发生完全塑性变形的压力 代入相关数据得：

1.68MPa?0.35?2.3?315?lg50MPa 40故满足要求

5.2.4 液压缸缸底厚度

如图5.1所示，缸筒底部为平面时，其厚度?1可以按照四周嵌住的圆盘公式进行近似的计算：

图5.1 缸底剖面图

?1?0.433D代入数据：

Py??? (5-5) 11

?1?0.433D可取缸底厚度?1=5mm

Py????0.433?0.04?2.52?2.62?10?3m?2.62mm 1105.2.5 液压缸活塞杆直径

活塞杆在稳定工况下，只受轴向推力的作用，其受力如图5.2所示：

图5.2 活塞杆受力图

D-缸筒内径；d-活塞杆直径;F-轴向推力;

查参考文献[10]，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：

d?4F?????4?215?9.8?4.94?10?3m?4.94mm 63.14?110?10查活塞杆直径系列，可取活塞杆直径d=10mm

5.3 衡液压缸的参数计算

5.3.1 平衡缸计算

平衡部分液压缸所受最大外作用力R=500kg，代入公式（5-1）得：

F?R?500?538kg 0.93?计算液压缸面积：

A??D243.14?52?cm2?19.625cm2

4计算液压缸压力：假设液压缸压力为P,则

P?F538?kg/cm2?27.4kg/cm2?2.69MPa A19.625计算所需流量Q:

油缸无杆腔充满油液时平均流速v为：

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V?L0.04?m/s?0.04m/s t1由于换档时间为1秒，也就是说油缸无杆腔充满油液需要1秒，因此所需流量Q:

Q?VA?0.04?12.56?10?4?5.024?10?5m3/s?3.0144L/min

5.3.2 液压缸的壁厚

（1）采用35#无缝钢管，取[σ]=110MPa，Py =1.5×2.69MPa=4.035MPa，D=50mm把数据代入公式（5-2）可得液压缸的壁厚：

??PyD2????4.035?0.05m?9.17?10?4m?0.917mm

2?110可取壁厚δ=5mm，所以外径D1=60mm

（2）缸筒壁厚验算：

额定压力Pn应低于一定极限值，以保证工作安全： 代入有关数据得：

315?(0.062?0.052)2.69MPa?0.35?MPa?33.69MPa 20.06故满足要求

同时额定工作压力也应与完全塑性变形压力有一定得比例范围，以避免塑性变形的发生：

代入相关数据得：

2.69MPa?0.35?2.3?315?0.10MPa?25.36MPa

故满足要求

5.3.3 液压缸缸底厚度

缸筒底部为平面时，其厚度?1可以按照四周嵌住的圆盘公式进行近似的计算：

?1?0.433D所以取缸底厚度?1=8mm

Py????0.433?0.05?4.035?4.15?10?3m?4.15mm 1105.3.4 液压缸活塞杆直径

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d1?4F?????4?538?9.8?7.81?10?3m?7.81mm 63.14?110?10查活塞杆直径系列，可取活塞杆直径d1=15mm

5.4 箱容积的确定

液压油箱在不同的工作条件下，影响散热的条件很多，通常按压力范围来考虑。液压油箱的有效容量V可确定为：

V??qp (L) (5-6)

ζ—与系统压力有关的经验系数：低压系统ζ=2～4,中压系统ζ=6～7,高压系统ζ

=10～12

qp—液压泵的额定流量，L/min

本液压系统工作压力p=3.5MPa，属于低压系统，取ζ=4 所以油箱的容积V?4?4L?16L

根据经验，考虑到散热和漏油等因素，选取的油箱容积为30-50L。根据设计要求,油箱里的油要满足润滑和变挡的需求，在设计油箱时，这两部分共用一个油箱，但油箱中间用隔板完全隔开。隔板两侧各自有液位计，进油口，出油口，清洗窗等。润滑部分用的泵和电机是摆线泵组，变挡部分的泵和电机按论文计算部分选取。

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第六章 CK516数控立车液压元件选择

6.1 液压主要元件的选择

根据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压元件的规格。本液压系统的额定压力为4.5MPa,使用压力3.5MPa,额定流量为23L/min，平衡压力2.5MPa，平衡缸直径Φ50mm。查参考资料[9]中的选择方法及选择标准。所选择阀类元件及其他元件清单如表6.1：

表6.1液压元件清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

名 称 油箱 滤油器 电机泵组 单向阀 通道体 蓄能器 单向阀 节流阀 压力继电器 减压阀 压力表 平衡阀 底板 换向阀 换向阀 溢流阀

型 号 专用件 W-08 SMVP-30-3-3 CI-T04-05-10 专用件 NXQ1-L1/10 MX-02P-05-20 MT-02-P-K-20 MPS-02W-1-20 MPR-02P-K-1-20 YN-63-I(0-10MPa) SGR-03G-1-30 专用件 SWH-G02-D2-D24-20 SWH-G02-D2-D24-20 MRF-02P-K-1-20

数 量 1 1 1 1 1 1 1 2 1 3 3 1 1 1 2 1

备 注 0-5.5Mpa

见CAD图纸5

0.6-4Mpa 0.3-4Mpa

6.2 液压卡盘的选择

根据液压系统的运动分析，本设计中要实现的运动均为直线运动，故可采用活塞液压缸或柱塞液压缸。卡盘的随主轴高速旋转，夹紧液压缸也会随卡盘的旋转而旋转，因此选

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用高速回转液压缸。它的优点是密封性好，耐磨性好，可以承受高速旋转运动。缺点是该种液压缸的行程较短，价格较高。但是对于主轴夹紧液压缸而言，该种液压缸是最合适的。

液压卡盘选用通福企业股份公司生产的超薄高速回转液压缸。该公司研制的RCS系列超薄高速回转液压缸尺寸较小，而且是中空的，便于与主轴装配，且适宜机床加工较长的棒料。查阅参考资料及设计要求，可知RCS6适合。根据其压力、流量，可知所需电动机功率最大可为1.5kw。

6.3 换向阀的选择

换向阀的作用是利用阀芯对阀体的相对改变来控制液体的流动方向，接通或关闭油路，从而改变液压系统的工作状态。SWH-G02 (10、20)系列电磁换向阀具有以下特点：

1.特优的大推力电磁铁及流道设计，使SWH系列产品可适应于高压大流量。 2.有电压低冲击功能选择，大大提高性安全。

3.大推力电磁铁及提高弹簧力的设计，使在污染的环境下仍有顺畅的动作。 4.优良的电器防水及防尘特性

根据设计原理图及使用要求及换向阀的类别型号，主轴夹紧油路所用换向阀14选择SWH-G02-D2-D24-20型两位四通电磁换向阀，变挡油路换向阀15选择SWH-G20-C2-D24-20型三位四通电磁换向。

6.4 减压阀的选择

设计要求，在P油口应接入减压阀已调节执行元件的工作压力。在本设计中由于采用集成块集中控制，所以应选择叠加式减压阀。叠加式减压阀的型号说明如图6.1：

图6.1 叠加式减压阀的型号说明

根据型号说明可知，选择MPR-02P-K-1-20型叠加式减压阀能较好的满足设计要求及使用要求。

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6.5 压力继电器的选择

压力继电器(Pressure Switch)是将压力转换成电信号的液压元器件，通过调节压力继电器，实现在某一设定的压力时，输出一个电信号的功能。压力继电器是利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。压力继电器的型号说明如图6.2：

图6.2 压力继电器型号说明

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第七章液压站的设计和计算

液压站是由液压油箱、电机泵组和液压控制装置三大部分组成。液压油箱装置主要有滤清器、滤油器、液面指示器和清油孔组成；电机泵组主要包括不同类型的液压泵、驱动电机和相应的联轴器；液压控制装置主要由各类阀体元件和连接体组成。

对同类的数控车床液压系统进行研究和参考，本液压站采用集中式结构。

7.1 液压油箱的作用

液压油箱的作用是储存液压油、分离液压油中的空气和杂质，同时还起到散热的作用。

7.2 液压油箱的外形尺寸和结构设计

7.2.1 外形尺寸

液压油箱的有效容积确定以后，需设计液压油箱的外形尺寸，这次采用的外型尺寸为：长650mm；宽450mm；高300mm的外型尺寸。

7.2.2 结构设计

为了减少液压站的震动及发热等问题对机床的影响，液压油箱的结构多采用钢板焊接的分离式液压油箱。

（1） 隔板

作用 增长液压油流动循环时间，除去沉淀杂质，分离、清除水和空气，调整温度，吸收液压油压力的波动及防止液面的波动。

安装形式 隔板的安装形式有多种，可以把隔板设计成低于液压油面，其高度为最低油面的2/3，使液压油从隔板上方流过；还可以设计成高出液压油面，即使隔板与油箱该连为一体，向下伸到吸油管及回油管以下，使液压油经沉淀冷却后从隔板侧面流过。这种方式更便于加工和清洗油箱。本液压油箱设计时，采用了此种方式。

过滤网的配置 过滤网设计成将液压油箱内部一分为二，使吸油管与回油管隔开，这样液压油可以经过一次过滤。过滤网通常使用50—100目左右的金属网。

（2） 吸油管与回油管

回油管出口 回油管出口形式有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种形式，斜口应用得较多，一般为45?斜口。为了防止液面波动，可以在回油管出口装扩散器。回油管放置在液面以下，与油箱底面相距40mm，回油管放在液面以下。

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吸油管 吸油管前设置滤油器，其精度为100—200目的网式或线隙式滤油器。滤油器与箱底音质距离为40mm。为防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡，吸油管插入液压油面以下。

吸油管与回油管的方向 为了使油液的流动具有方向性，综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管用隔板隔开，为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向一致。

（3）顶盖及清洗孔

顶盖 在液压油箱顶盖上装设阀组、空气滤清器时，必须十分牢固。液压油箱同它们的接合面要平整光滑，将密封填料、耐油橡胶密封垫圈以及液压密封橡胶衬入其间，以防杂质、水和空气侵入，并防止漏油。同时，不允许油阀和管道泄漏在箱盖上的液压油流回液压油箱内。由于电机和泵的尺寸均较大，所以放在液压油箱的侧面。

清洗孔 本次设计中的油箱上没有设计专用的清洗孔，为最大限度地易于清扫液压油箱内的各个角落和取出箱内的元件，将整个顶盖设计成活动式，由螺钉、垫片连接并密封。

杂质和污油的排放 为了便于排放污油，液压油箱底部做成了倾斜式箱底，并将放油塞安放在了最低处。

液面指示 为了观察液压油箱内的液面情况，在箱的侧面安装了液位计YWZ-80T，指示最高、最低油位。

液压油箱的起吊 对液压装置而言，从工厂装配开始，到最终送到用户，要经过反复装卸，所以在整个液压站设计了较高的四个支脚，以便于装卸。

液压油箱的防锈 为了防止液压油箱内部生锈，应在油箱内外壁涂耐油防锈涂料。

7.3 泵-电动机装置的选择

液压泵-电动机装置包括液压泵、电动机、泵用联轴器等，又称为泵组。其计算选择如下：

7.3.1 确定液压泵的参数及规格 1. 泵的工作压力的确定

考虑到正常工作中进油管路有一定的压力损失，所以泵的工作压力

Pp?P1???P (7.1)

式中 Pp—液压泵的最大工作压力；

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P1—执行元件的最大工作压力；

简单系统可取0.2～0.5MPa,复杂系统取0.5～1.5MPa,??P—油管路中的压力损失，

在此系统中我们取??P?0.5MPa，则

Pp?P1???P?2.69?0.5?3.19MPa

上述计算所得的Pp是系统的静态压力,考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力。另外考虑到一定的压力贮备量,并确保泵的寿命,因此选项泵的额定压力Pn应满足Pn≥1.25?32=4Mpa

2. 泵的流量确定

qp?K(?q)max (7.2)

式中qp—液压泵的最大流量；

KL系数,一般取KL=1.1～1.3，取KL=1.1，则三个液压缸同时工作（即流量取最大）时，

qp?KL(?q)max?1.1?(3.0144?3.0144?3.3912)?40L/min

3. 选择液压泵的规格

根据以上算得的pp和qp，可选择变量叶片泵，其型号为VPVC-F20-A3 ,最大流量20L/min,调压范围1.5MPa-3.5MPa。变量叶片泵可在压力设定下具有自动调整流量及补偿功能，比定量叶片泵功率耗损小，发热低，是一种节省能源的高效率叶片泵，因此我们选择了变量叶片泵作为本系统的动力源。

7.3.2 电动机的计算选择 1. 液压泵所需功率的计算

根据所选液压泵的参数P、Q，可知需要电动机功率W：

W?PQ35?20kw??kw?1.43kw

612?0.8612?0.82. 电动机的选择

根据以上计算的功率可知，电机总功率为Wmax?W?1.43kw，选出电动机标准功率为1.5kw转速1800r/min型号为2HP4P3。根据流量和压力可选出液压阀规格和型号.我们选

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用直径为φ6通用液压阀 , 流量为30L/min,压力为20MPa。

7.3.3 泵-电动机的综合选择

根据液压泵的型号及参数，并结合电动机型号参数，再查阅相关手册现选用SMVP-30-3-3变量叶片泵电机组合,该泵组的基本参数：流量为23L/min，额定压力为4.5MPa,电动机转速为1800r/min。

采用该电机泵组的优点有：变量泵与直接式电机设计成一体，不仅便于安装使用，而且可以节省安装空间；可以提高同心度，减少噪音。

7.4 液压站的结构设计

液压泵装置包括不同类型的液压泵、驱动电动机及其联轴器等。其安装方式分为立式和卧式两种。本设计采用立式，电机泵组安装在油箱的右侧。电机泵组及管道安装在液压油箱上面，安装维修方便，散热条件好。其余液压元件的位置设计以方便整体布局为准。具体设计见装配图。

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第八章 集成块的设计

8.1 液压控制装置的总体设计

根据液压系统设计手册及本系统的原理图,液压站上液压控制装置的集成方式可以设计一个叠加阀式集成,包括一个通道体,三个叠加阀集成块。各由四个紧固螺柱把它们连接在通道体上，再由四个螺钉将其整体紧固在油箱盖上，组成一个完整的液压供油控制装置。

叠加阀式集成的优点是标准化、通用化和集成化程度高，设计、加工及装配周期短，便于进行计算机辅助设计；体积小、重量轻、占地面积小；配置灵活、安装维护方便，便于通过增减叠加阀，实现液压系统原理的变更；减少了管件和阀之间的连接辅助件，耗材少，成本低；压力损失小，消除了漏油、振动和噪声，系统稳定性高，使用安全可靠等。

其主要缺点是回路形式较少，一般通径≤32mm，故不能满足复杂和大功率液压系统的需要。但由于本系统压力和功率较小，且回路较简单，因此完全可以满足使用要求，并充分发挥了该集成方式的优点，故完全可以采用该种形式的设计。具体安装方式见液压系统装配图。

8.2 通道体设计的技术要求

1. 通道体及叠加阀中工作介质为N32#或N46#，固密封性要求较高，各个连接件之间必须加密封圈。

2. 通道体内油道纵横分布，比较复杂，故应注意各个油路间的距离，使其满足强度条件，以保证工作时在油压作用下不被击穿。通常两孔间的最小壁厚不得小于5mm。

3. 以底面为基准，上表面与下表面的平行度公差不超过0.03mm，各个侧面与底面垂直度公差不超过0.1mm。块间接合面光洁度0.8，其余面为3.2。

4. 所有棱边倒圆角，去毛刺，表面发蓝处理。 5. 钢坯不得有影响使用的气孔裂纹和杂质等缺陷。

6. 所有螺孔的螺纹按GB196—63规定，精度按GB197—63中三级制造，不允许有碰伤毛刺及影响使用的双牙尖划痕和螺纹不完善等缺陷。

7. 工作压力为4.5MPa ,试验压力为工作压力的1.5倍，保压5分钟。 8. 其余孔的定位尺寸公差为 0.2mm。

8.3 通道体设计

通道体是连接从液压泵传来的油管与叠加阀的零件，它将液压泵传来的压力油分配给

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控制三个不同液压缸运动的叠加阀集成块。在这个通道体上,有两个通孔分别是P口和T口,同样是通径为14mm的孔。油液就是通过这两个孔进入和流出液压控制元件和执行元件，进行工作的 。其内部其他的油孔，其具体尺寸和形状参考叠加阀及液压油箱的大小而设计，以保证系统流量和压力为准，具体式样参考CAD零件图纸。

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第九章 液压系统的验算

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

2o??150cst?1.5cm/s，密度15C油的最低温度为15摄氏度，查得其时的运动粘度

3??920Kg/m。

9.1 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???1799363.63cm/min?299.89cm/s

?d23.14?42管道内的流动雷诺数为

Re?v1d299.89?4??799.71,Re1?2300 v1.5可见乳化液在管道内流态为层流，其沿程阻力系数

?1?进油管道的沿程压力损失?p1为

7575??0.09 Re1799.71l?v21.7?0.3920?2.99892?p1???0.09??Pa?0.019?106Pa ?2d24?102液压缸工进时工作阻力最大，且压降满足压力损失范围要求，所以本设计是合理的。

9.2 系统温升的验算

由于本液压系统的工作介质为N32#液压油或N46#液压油，且采用开式回路，温度较低。机床允许的温升最高为80摄氏度,所以系统温升可以保证在许可范围内，所以不需要进行温升的验算。

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结论

本次设计的内容是CK516数控立车平衡变挡及卡紧液压系统设计，主要进行了液压传动系统的方案选择设计，运动及负载分析，主要参数设计计算，主要液压元件的计算选择，液压站的设计计算，集成块的设计，系统验算等内容。在上述计算与选择中极大地满足设计要求和使用要求。作为数控机床设备，自动化程度较高，对元件的安全性、稳定性及精度等有很高的要求，由于大多数性能较好的液压元件都是进口的或者其资料是保密的，因此缺乏资料就成了这次设计过程中的最大困难。但经过一番不懈的努力终于完成了相应的设计任务，并且充分的发挥了液压传动系统的优越性，尽最大能力满足了设计要求和使用要求。

经过这次对CK516数控车床液压系统的设计，使我对液压系统的设计过程有了一个初步的认知和掌握。并且通过这一段时间的努力终于完成了相应的设计任务。这次毕业设计是对四年中所学到的多学科知识的综合运用。对以前所学知识的进行了有效的巩固、总结和补充，为以后的学习和工作打下了坚实的基础。

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致 谢

在这次毕业设计期间，自始至终得到了我的指导教师张伟老师的悉心指导，我的每一点进步都倾注了老师辛勤的汗水。老师严谨的治学态度、认真的工作作风以及在繁忙的教学工作当中仍挤出时间指导我们的精神，尤其值得学生钦佩和学习。在此向王老师致以最诚挚的谢意。

由于我这次毕业设计的题目是 CK516数控车床液压系统设计，大多数元件是进口的，资料比较难找。鑫盛机床厂栗瑞红高工给了我很大的帮助和支持，在此表示感谢。

同组的许多同学也给了我很大的帮助，在此也一并表示深深的感谢。 感谢各位专家、教授和各位老师对我毕业设计的评审和指导。

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参考文献

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[8] 成大先.机械设计手册.液压传动.化学工业出版社,2004. [9] 林建亚,何存兴.液压元件.机械工业出版社，1988. [10] 胜帆,罗志骏.液压技术基础.机械工业出版社,1985.

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