CK6152数控机床液压系统设计

1引 言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 ； 可 实 现 大 范 围 的 无 级调 速 （ 调 速 范 围 达 2000： 1） ； 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。液压气动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；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。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，19911998 年，国家、地方和企业自筹资金总投入共约 16 多亿元。经过技术改造和技术攻关，一批主要企业技术水平进一步提高，工艺装备得到很大改善，为形成高起点、专业化、批量生产打下良好基础。近几年，在国家多种所有制共同发展的方针指引下，不同所有制的中小企业迅猛崛起，呈现着勃勃生机。随着国家的进一步扩大开放，三2资企业迅速发展，为行业提高水平，并扩大出口起着重要作用。目前我国已和美国、日本、德国等国家的著名厂商建立了柱塞泵/马达、行星减速机、转向器、液压控制阀、液压系统、静液压传动装置、液压件铸造、气动控制阀、气缸、等类产品生产的合资企业或独资企业 50 多家，引进外资 5 亿多美元。进入 21 世纪后液压产品技术发展呈现与计算机技术相结合的趋势。现有的液压伺服和液压比例技术在与计算机结合上不是十分方便，数字液压技术克服了这个缺点，它把整个液压和控制技术都简化了，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：表 1 国内外液压发展情况国内 国外小型化，集成化，多样化 机电一体化集成元件和系统高压，高速，高精度，高可靠性 智能化自动控制元件和系统高效，节能，环保 高精度数字控制元件和系统机电一体化 水介质液压元件和系统本人对于该液压系统的设计经验来自在安阳鑫盛机床厂为期两个月的实习，期间对于 CK6152 数控车床的布局结构及工作原理做了仔细的研究，对于较为复杂的技术问题和相关液压系统的设计方法，栗瑞红工程师给予了热情的指导。在此和翻阅大量液压类书籍和文献，调查取证的基础上本人也对该车床中变档和卡紧部份进行了创新，将工业上应用比较广泛的 CK6152 数控车床的卡盘卡紧、换档两个动作，由常见的机械装置改装成由液压动力驱动的液压传动装置。其工作原理为：由油缸卡紧，经吊头连接，通过液压油在油缸上下腔的施压与排放，推动活塞杆在油缸中伸缩，使其对系统实施推力或拉力，完成卡盘卡紧；及推动齿轮箱中的滑移齿轮实现换档。这样设计的优点是，一方面，数控机床的液压油为柔性工作介质，比机械传动时产生的振动要少的多，有利于数控机床的平稳运行。另一方面，由于液压系统采用的行程检测装置测量准确，可更加真实地反映数控机床在卡紧、变档二个动作完成的具体情况，并通过 PLC 可编程控制，实现卡紧，换档二个动作的自动化控制。其意义是,将液压系统应用于数控车3床 CK6152，使其与数控 NC 技术完美结合，从而实现了先进技术的推广，并且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。毕业设计是对大学生活中从事机械及液压知识学习的一个总结，也是提高我们大学生综合运用所学知识和技能解决问题能力的一个重要环节，更是对大学阶段所学关于机械及液压知识和实际动手能力的一个考察。通过这次考察，不但可以提高我们的综合训练设计能力、科研能力，其中包括实际动手能力、查阅文献能力，撰写论文能力，还是一次十分难得的提高创新能力的机会，并且使我在以下几个方面得到训练：1、了解液压传动系统设计的基本方法和设计要求，培养学生运用所学理论知识解决具体工程技术问题的能力。2、掌握液压传动系统的设计步骤，熟悉设计的有关技术文件，规范设计手册及相关元件的国家标准。3、根据设计任务要求，进行工况分析和确定液压系统的液压元件拟定出液压系统，并对液压系统主要性能作必要的设计计算。针对大学中所学的机械及液压方面的知识，我选择这个课题来完成我的毕业设计，并进行了大量的实地调研考察，尝试和论证。本次设计中主要以课本和搜集来的各种资料作为依据，基于所学的知识，从简单入手，循序渐进，逐步掌握设计的一般方法和步骤，基于本次设计，通过在工厂实习加深对 CK6152 数控车床的液压系统的分析和了解，结合已掌握的液压方面的知识对原有系统进行优劣分析并提出改进方案；最终使液压系统实现 CK6152 车床的变档及卡紧，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。此次设计为本人初次设计作品，由于所学知识不可避免的存在局限性，并且实际的设计经验不足，因此设计内容可能存在着某些缺陷和错误，对此恳请老师批评并指正。这样也能让我把知识掌握的更加牢固，并把所学的知识融成一个体系，以适应将来实际工作的需要。4第一章 CK6152 数控机床液压系统设计的立题依据及方案论证1.1 液压系统设计的立题依据及课题来源当今工业高速发展的情况下，进一步提高工业生产效率，降低工人的劳动负荷越来越成为一个关键问题被设计师和国家所关注。而当机械、电气和液压相互联系起来则使其自动化程度大大提高，三者逐渐变成了一个综合体，不可分割。传统的传动形式可以分为机械传动、电气传动和液压传动，液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占极其重要的地位，对于自动化程度要求越来越高的现代机床设计来说更是如此。CK6152 数控车床用途广泛，操作灵活，适宜加工各种形状复杂的轴、套、盘类零件，如车削内、外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、切槽、倒角、车螺纹等，尤其适合多品种、小批量的轮番，工艺适应性强，加工效率高，废品率低、成品一致性好，编程容易，操作简单，可降低对工人技术熟练程度的要求，故其应用非常广泛。该液压系统在提高其自动化程度同样具有相当重要的作用。举下列一个实例：对于采用手动卡紧的机械卡盘加工某一工件普通数控车床，工人们需要手动卡紧及松开卡盘。数控系统自动加工该零件只需要花 3 分钟，而装夹、卡紧工件及卸下工件就需要耗费 1-2 分钟， 这段时间有一多半是用来手动卡紧卡盘及松开卡盘的。这样算来，手动装夹，卡紧工件加工工件打开卡盘卸下工件这一过程式要花费 4-5 分钟。而当我们采用液压传动借以代替之后即可节省近 1 分钟的时间，则上面所描述的加工过程大概耗时在 3.54 分钟，这样一来回工 100 件即可节省将近 100 分钟，对于加工零件来说，这是一笔十分可观的时间。这完全达到了提高生产效率，降低劳动者作业强度，提高生产效率的目的。另外，采用液压驱动系统使得机床卡盘的夹紧力可靠性大大加强，性能十分稳定，这样就避免了采用手动卡紧和换档时卡紧力不足导致工件在加工过程中松弛或加工精度不够甚至报废和损坏刀具等状况的发生。而且随着液压传动技术越来越完备，采用自动化完成上述工序是完全可以的。基于此种状况，5本次设计将 CK6152 数控车床的卡盘卡紧，主轴变档二个动作全部设计成由液压传动系统来完成。1.2 液压系统方案的制定与论证1.2.1 液压系统方案制定的背景和特点近年来，由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。液压传动技术在数控自动化机床上的应用也越来越广泛，而且也为机床工业的自动化程度的提高上起到了重要的力量。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。1.2.2 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。（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还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。1.2.3 最终方案的制定和说明61.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，因此选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，即组成如图 1.1 所示的液压系统原理图。图 1-1 液压系统原理图7第二章 CK6152 数控机床液压系统工况分析CK6152 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。2.1 液压系统的运动分析1、 液压卡盘的运动分析根据对普通 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。其运动循环图如下：向前卡紧向后松开图 2-1 卡盘液压缸运动循环图2、 液压变档的运动分析根据对普通 CK6152 数控车床机床主轴变档动作的液压系统原理如图 1-1 所示。为便于观察调整压力，在回路中装一个压力表。液压阀: 由溢流阀 、压力表 、两个换向阀 以及二个节流阀组成。调节溢流阀使系统压力为 0.8-1.3MPa。两个换向阀分别控制二位油缸和三位油缸。二个节流阀分别控制二个油缸的速度。二位油缸：向前为高速，向后为低速。保持不动 原位停止8液压系统中各电磁铁的动作顺序如表 2-1 所示：表 2-1 电磁铁的动作顺序电磁铁油缸1VB 2VB 3VB 4VB 5VB 6VB SP1 SP2档 变速油缸 档 档 变速油缸 档 卡紧 液压卡盘或尾座中心架 松开 撑紧 液压卡盘（撑件） 松开 原位注：“+”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。2.2 液压系统的负载分析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）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。92、液压主轴换档的负载分析液压主轴的负载类同于液压卡盘，在此不必再分析。液压主轴换档的主要作用是在加工时满足不同加工部位对于工件粗糙度等物理要求，从而进一步提高产品质量。第三章 CK6152 数控机床液压系统设计计算3.1 CK6152 数控机床液压系统的设计要求1、液压系统的设计要求是进行每项程序设计的依据。在制定基本方案并进行进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。（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，动作顺序及彼此相互关系；（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、各个液压传动装置的设计要求为：CK6152 机床具有高刚性、高精度等特点。整体式底座结构，刚性好，精度保持性好：（ 1） 液 压 卡 盘 夹 持 工 件 的 范 围 为 0 520； 最 高 压 力 为 4.5MPa；液压卡盘夹紧时间：t=2.2s；液压换档时间 t=1s。 （ 2） 数 控 车 床 液 压 四 档 、 档 内 无 级 调 速 。 25-250 ； 250-500； 500-1000； 1000-2000（ 3） 液 压 系统压力（0.24.5MPa） ， 预 计 液压系统使用流量：23L/min。液压系统作为 CK6152 数控机床的传动装置， 应采用结构比较简单，设备外形尺寸小，能远距离传递大能量；能承受较大的载荷；没有复杂的传动机构；10在室内的空气里能保证安全，动作迅速；操作、调节简单；过载保护简单可靠。3.2 CK6152 机床液压系统选型1、液压回路的选择根据液压系统的设计要求，本液压系统采用开式回路，即执行元件（即液压缸）的排油回油箱，工作介质油液经过冷却、沉淀后再进入液压泵的进口，再进行循环工作。2、液压油液的选择由于本次设计的液压系统为普通液压系统，因此选用矿油型液压油作为工作介质。又根据室内的工作状况，及北方冬夏工作温度变化较大的特点，冬季选用 N32#液压油,夏季选用 N46#液压油，通过液位计 YWZ-80T 可观察油位和油温。液压油需半年更换一次,并清理油箱。3、执行元件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，只要求一个方向工作，反向退回，故采用单活塞杆液压缸，并且由于负载力与活塞杆轴线重合，故不必采用柱塞缸。4、液压泵的选择根据液压系统最高压力 p=4.5Mpa 要求，故采用单作用变量叶片泵。3.3 确定液压缸参数计算与结构设计1、CK6152 数控车床相关参数如下表 3-1：表 3-1 CK6152 数控车床相关参数项目 单位 CK6152床身上最大回转直径 Mm 520刀架上最大回转直径 Mm 300最大工件长度 Mm 500 750 1000 1500 2000 最大车削长度 Mm 350 600 850 1350 1850 手动 Mm 250液压 Mm 250(10)卡盘气动 Mm 25011主轴通孔直径 Mm 80主轴前端锥孔 1:20/86工件精度 it6-it7主电机功率 Kw 7.52、液压缸参数计算（1）卡盘液压缸参数计算 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 6 通用液压阀,流量为 40L/min,压力为 20MPa。（2）液压缸参数计算液压缸负载 F，其受力分析如右图 3-1，由公式 ，2F=R/ （3-1）式中 R液压缸外作用力液压缸总效率在额定压力下的液压缸，总效率为 =0.9-0.95 ，取 =0.93 ，卡紧阶段液1压缸所受外作用力 F=800kg，代入公式（3-1）得： 图 3-1 液压缸受力图F= = =860kg R80.93计算油缸面积 A= = =0.002107 =2107FP8604kgMa2m212计算液压缸直径 D= =51.8mm,可圆整为 D=80mm,活塞杆直径421073.4Ad=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= （3-2）24DL =50.24 28 =1.407233.180m3c3dm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=V60/6=1.40760/6 =14.07L/min3dm对于换档油缸部分，换档阶段液压缸所受的外力 F=200kg，代入公式（3-1）得：F= = =215kg R20.93计算油缸面积 A= = =0.00052675 =526.75FP154kgMa2m2计算液压缸直径:D= = =25.9mm，可圆整为 D=40mm,活塞杆直径A6.75314d=0.5D=20mm。计算所需流量 Q，油缸无杆腔充满油液时油缸容积V= = =100.5 =0.100524DL233.108/4m3c3dm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 QQ=V60=0.100560 =6.23L/min3d根据压力和流量选择流量为 23L/min,压调范围为 0.85Mpa 的液压泵即可满13足要求。3、 液压缸的壁厚（1）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，薄壁圆筒公式 ：16（3-3）2VPD式中 液压缸壁厚，m；D 液压缸内径，m；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；vP缸筒材料的许用应力。采用无缝钢管，取110MPa，试验压力 =1.54=6 MPa。代入公式VP（3-2）得：卡盘液压缸壁厚： = =0.0022m=2.2mm，故取其壁厚为2VpD 60.8217.5mm。换档液压缸壁厚： = =0.0011m=1.1mm，故取其壁厚为 5mm。2Vp 60.41（2）缸筒壁厚的验算液压缸的额定压力 值应低于一定的极限值,保证工作安全。nP（3-4）120.35Dn s为避免缸筒在工作时发生塑性变形，液压缸的额定压力 值应与塑性变形压力nP有一定的比例范围。（3-5）(0.135.42)nPLP（3-6）1.logLsD式中 D- 缸筒内径（m） ；14- 缸筒外径 (m) , =D+2；1D1D- 液压缸的额定压力 (MPa)；nP- 缸筒发生完全塑性变形时的压力 (MPa)；L- 缸筒材料的屈服点 (MPa)；s缸筒材料的屈服强度 =285MPa ，将 代入公式（3-5） ，得；s 4sa 对于卡紧部分液压缸， 22850.75.31.4nPMPa将 代入公式（3-6）得；s0.82.35log27PL a取 =0.4228=11.77 MPa0.4n液压缸的额定压力 =4MPa，所以卡紧油缸筒厚度合格。nb 对于变档液压缸， 2850.4.3.34.6nPMPa将 代入公式（3-6）得；s0.2.385log823PL a取 =0.4282=34.4 MPa0.42nLP液压缸的额定压力 =4MPa，所以换档油缸筒厚度合格。n（3）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。由公式 ：2（3-7）0.43npPD式中 缸筒底部厚度（m） ；缸筒底部内径（m） ；0液压缸的额定压力 (MPa)；n15缸筒底部材料的许用应力 (MPa)， ，取 n=2， s=285 P SPnMPa，算得 p=142.5 MPa；代入公式（3-7）得；所以，卡紧液压缸缸底的壁厚 0.4330.08 =0.0058m，取 6mm。412.5换档液压缸缸底的壁厚 0.4330.04 =0.0029m，取 3mm。4、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，其受力如图 3-1 所示：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（3-8）62F104Pd式中 F活塞杆的作用力，N；d活塞杆直径，m； p材料的许用应力，无缝钢管 p=100-110MPa；液压缸受轴向推力的作用，F，d 带入公式（3-8） ，计算得：卡盘液压缸 F=800kg，d=40mm，所以 = =6.24MPa p。327.8410换档液压缸 F=200kg，d=20mm，所以 = =24.97 MPa p。32.9604所以活塞杆强度满足要求。5、液压缸的结构设计液压缸主要尺寸确定以后，就进行各部分的结构设计。主要包括缸体与缸盖的连接结构、活塞杆与活塞的连接结构、活塞杆导向部分结构、密封装置及液压缸的安装连接结构等。（1）缸体与缸盖的连接形式缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。常见的有法兰连接、螺纹连接、外半环连接、内半环连接。选择螺纹连接，其优16点是：a 外形尺寸小 b 较轻。缺点是：端部工艺要求较高，装卸时要用专用工具 。3（2）活塞杆与活塞的连接结构以换档液压缸活塞杆与活塞为例分析其连接结构，确定液压缸采用整体式结构 ，这种连接结构简单，适用于缸径较小的液压缸，如图 3-2 和图 3-3。4图 3-2 整体式结构（剖视图） 图 3-3 整体式结构（外形图） 图 3-4 螺纹连接结构活塞和活塞杆直径为 40mm 和 20mm，若采用整体式结构则在加工中，会造成很大的材料浪费，采用螺纹连接结构，结构简单，便于活塞、活塞杆的加工,如图 3-4。（3）活塞杆导向部分的结构活塞杆导向部分的结构，包括活塞杆与端盖、导向套的结构，以及密封、防尘和锁紧装置等。导向套的结构可以做成端盖整体式直接导向，也可做成与端盖分开的导向套结构。后者导向套磨损后便于更换，所以应用较普遍。机床和工程机械中一般采用装在内侧的结构，有利于导向套的润滑。（4）密封圈选用密封的分类：可分为静密封和动密封两种。a 静密封 在正常工作时无相对运动的零件配合表面之间的密封叫静密封。b 动密封 在正常工作时有相对运动的零件配合表面之间的密封叫动密封。相对于静密封，动密封部位有一定的泄漏量，可以起到润滑作用，减小摩擦和磨损。活塞及活塞杆处的密封圈的选用，应根据密封的部位、使用的压力、温度、运动速度的范围不同而选择不同类型的密封圈，选用O型圈加挡圈的形式。3.4 液压元件和装置的选择3.4.1 液压阀的选择根据所拟定的液压原理图及设计要求，按系统最大流量来选择液压元件的规格。本液压系统的最高压力为174.5MPa,最大流量为 32L/min。参照同类车床选择方法及选择标准，所选择的阀类元件及其他元件清单如下表 3-2：表 3-2液压系统元件清单序号 名称 型号 数量 备注1 油箱 专用件 12 滤油器 W-08 13 电机泵组 SMVP-30-2-2 1 25MPa-4.0MPa4 通道体 专用件 15 单向节流阀 MCT-02-P-20 36 压力继电器 DNM-02A-040K-21B 1 尾座或中心架用7 压力继电器 DNM-02A-040K-21B 1 卡盘用7 减压阀 MBR-02-P-1-K-20 3 0.5MPa-3.5MPa58 换向阀 WE-3C2-02-G-D2-30 39 压力表 G60LM-70-K-10 2 接口螺纹 M141.53.4.2 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=4.6 为qv5d =4.6 =11.6mm4.6325qv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。第四章 液压控制装置集成块的设计4.1 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18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。4.2 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 GB19663 规定，精度按 GB19763 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 4.5MP a ,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。4.3 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。4.4 叠加阀的选择根据 3.4 节液压阀的选择，结合通道体的尺寸，通过对叠加阀系列型谱进行调查研究，选择如表 3-2 中的叠加阀与之配合。其具体装配顺序参见装配图。19图 4-1 CK6152 数控车床液压系统装配图第五章 液压站设计液压站是由液压油箱、液压电机泵组装置及液压控制装置三大部分组成。液压油箱装有空气滤清器、加油孔（即滤油器） 、液位计，清洗孔等元件。液压电机泵组装置包括液压泵、驱动电机及其它们之间的联轴器等。液压控制装置是指液压系统的各类控制阀元件及其联接体。参考同类产品的设计，本液压站采用了集中式结构。5.1 液压油箱的设计液压油箱的作用是贮存液压油、分离液压油中的杂质和空气，同时还起到20散热作用。通过借鉴前人经验及个人创新，设计的油箱见装配图。5.1.1 液压油箱有效容积的确定由于本系统压力为 4Mpa，属于中压系统（2.5-6.3MPa） 。液压油箱的有效容量 V 可确定为： V=(57) pq式中 V液压油箱有效容积液压泵额定流量。pq因此油箱的容积可按上式计算。与泵的流量结合起来，选用 V=112L 即可满足使用要求。5.1.2 液压油箱的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 400mm；高 450mm 的外型尺寸，见装配图。5.1.3 液压油箱的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（1）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。（2）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。（3）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 50100 目左右的金属网。2、吸油管与回油管（1）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21的出口等几种形式，斜口应用得较多，一般为 斜口。为了防止液面波动，可45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 400mm，回油管放在液面以下。 （2）吸油管 吸油管前设置滤油器，其精度为 100200 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。（3）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（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。（5）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。（6）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。5.2 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。22其计算选择如下：5.2.1 确定液压泵的流量、压力和选择泵的规格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(5-1)p1P式中 液压泵的最大工作压力； 执行元件的最大工作压力；1油管路中的压力损失，简单系统可取 0.20.5MPa,复杂系统P取 0.51.5MPa,在此系统中我们取 0.5MPa.则 =4+0.5=4.5（MPa)p1P上述计算所得的 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 Pn1.25 32=4Mpa2、泵的流量确定液压泵的最大流量应为 , （5-2）maxpLqK式中 液压泵的最大流量；pq系数,一般取 =1.11.3，LKL取 =1.1，则三个液压缸同时工作（即流量取最大）时，=1.1 (14.17+6.23) =22.3(L/min)maxpLq3、选择液压泵的规格根据以上算得的 和 ，可选择 VPVC 叶片泵，其型号为 VPVC-F30-A3,最pq大流量 30L/min,调压范围 3.15MPa-5MPa。5.2.2 电动机的计算选择1、卡盘液压缸所需功率的计算23由 3.3 节的叙述可知，卡盘所需电动机最大功率可为 =1.5KW。1W2、尾座液压缸所需功率的计算根据 3.3 节中尾座液压缸的参数 P、Q 的计算可知，需要电动机功率 ，2= （5-2W610.8PQK3）= =508W 42.3、电动机的选择根据以上计算的功率可知，电机总功率为 1.5+0.508=2kwmaxW123可选出电动机标准功率为 2.2kw 转速 1800r/min 型号为 3HP4P3。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 6 通用液压阀 , 流量为40L/min,压力为 20MPa。4、电机-泵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-30-2-2 变量叶片泵电机组合,该泵组的基本参数：流量为 30L/min，额定压力为 5.0MPa,电动机转速为 1800r/min。采用该电机泵组的优点有：（1） 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；（2） 可以提高同心度，减少噪音。5.3 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。本设计采用卧式。电机泵组安装在油箱的左侧。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。具体设计见图 5-1。24图 5-1 CK6152 数控车床液压站设计图第六章 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#液压油的最低温度为 15 摄氏度，查得其 时的运动粘度15oC，密度 。2150./cstms3920/Kgm251、压力损失的验算液压缸运动时压