12000N的可靠工作要求，以及受位置结构的限制，该气缸采用了弹簧增力结构，在气缸内径仅为?63mm的情况下就达到了设计拉力要求。
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如H400型卧式加工中心气动系统原理图2-26所示，该支路采用两位双电控电磁阀HF4进行控制，当双工作台交换将要进行或已经进行完毕时，数控系统通过PMC控制电磁阀HF4，使线圈5YA或6YA得电，分别控制气缸活塞的上升或下降，通过钢珠拉套机构放松或拉紧工作台上的拉钉，完成鞍座与工作台之间的放松或夹紧。为了避免活塞运动时的冲击，在该支路采用具有得电动作、失电不动作、双线圈同时得电不动作特点的两位双电控电磁阀HF4进行控制，可避免在动作进行过程中突然断电造成的机械部件冲击损伤。并采用单向节流阀DJ5、DJ6来调节夹紧的速度，避免较大的冲击载荷。该位置由于受结构限制，用感应开关检测放松与拉紧信号较为困难，故采用可调工作点的压力继电器YK3、YK4检测压力信号，并以此信号作为气缸到位信号。
4）鞍座定位与锁紧支路
H400型卧式加工中心工作台具有回转分度功能。如图2-27所示，与工作台连结为一体的鞍座采用蜗轮蜗杆机构使之可以进行回转，鞍座与床鞍之间具有了相对回转运动，并分别采用插销和可以变形的薄壁气缸实现床鞍和鞍座之间的定位与锁紧。当数控系统发出鞍座回转指令并做好相应的准备后，两位单电控电磁阀HF7得电，定位插销缸活塞向下带动定位销从定位孔中拔出，到达下极限位后，由感应开关检测到位信号，通知数控系统放松鞍座与床鞍，此时两位单电控电磁阀HF8得电动作，锁紧薄壁缸中高压气体放出，锁紧活塞弹性变形回复，使鞍座与床鞍分离。该位置由于受结构限制，检测放松与锁紧信号较困难，故采用可调工作点的压力继电器YK2检测压力信号，并以此信号作为位置检测信号。该信号送入数控系统，控制鞍座进行回转动作，鞍座在电动机、同步带、蜗杆蜗轮机构的带动下进行回转运动。当达到预定位置时，由感应开关发出到位信号，停止转动，完成回转运动的初次定位。电磁阀HF7断电，插销缸下腔通入高压气，活塞带动插销向上运动，插入定位孔，进行回转运动的精确定位。定位销到位后，感应开关发信通知锁紧缸锁紧，电磁阀HF8失电，锁紧缸充入高压气体，锁紧活塞变形，YK2检测到压力达到预定值后，即是鞍座与鞍床夹紧完成。至此，整个鞍座回转动作完成。另外，在该定位支路中，DJ9、DJ10是为避免插销冲击损坏而设置的调节上升、下降速度的单向节流阀。
5）刀库移动支路
H400加工中心采用盘式刀库，具有10个刀位。在加工中心进行自动换刀时，由气缸驱动刀盘前后移动，与主轴的上下左右方向的运动进行配合来实现刀具的装卸，并要求在运行过程中稳定、无冲击。如图2-26所示，在换刀时，当主轴到达相应位置后，通过对电磁阀HF6得电和失电使刀盘前后移动，到达两端的极限位置，并由位置开关感应到位信号，与主轴运动、刀盘回转运动协调配合完成换刀动作。其中HF6断电时，刀库部件处于远离主轴的原位。DJ7、DJ8为避免冲击而设置的单向节流阀。
该气动系统中，在交换台支路和工作台拉紧支路采用两位双电控电磁阀(HF3、HF4)，以避免在动作进行过程中突然断电造成的机械部件的冲击损伤。并且系统中所有的控制阀完全采用板式集装阀连接，该种安装方式结构紧凑，易于控制、维护与故障点检测。为避免气流放出时所产生的噪声，在各支路的放气口均加装了消声器。
3.加工中心液压系统工作原理、结构布置及特点
结合液压传动的特点，一般在要求力或力矩较大的情况下采用液压传动。下面以
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VPl050型加工中心液压系统为例介绍液压系统的工作原理、结构布置及其特点等。
VPl050型加工中心为工业型龙门结构立式加工中心，它利用液压系统传动功率大、效率高、运行安全可靠的优点，主要实现链式刀库的刀链驱动、上下移动的主轴箱的配重、刀具的安装和主轴高低速的转换等辅助动作的完成。如图2-28为VPl050加工中心的液压系统工作原理图。整个液压系统采用变量叶片泵为系统提供压力油，并在泵后设置止回阀2用于减小系统断电或其他故障造成的液压泵压力突降而对系统的影响，避免机械部件的冲击损坏。压力开关YK1用以检测液压系统的状态，如压力达到预定值，则发出液压系统压力正常的信号，该信号作为CNC系统开启后PLC高级报警程序自检的首要检测对象，如YK1无信号，PLC自检发出报警信号，整个数控系统的动作将全部停止。
图2-28 VP1050加工中心的液压系统工作原理图
LS1、LS2、LS3、LS4—行程开关
1—液压泵；2、9—止回阀；3、6—压力开关；4—液压马达；5—配重液压缸；
7、16—减压阀；8、11、15—换向阀；10—松刀缸；12—变速液压缸；13、14—单向节流阀；
1）刀链驱动支路
VPl050加工中心配备24刀位的链式刀库，为节省换刀时间，选刀采用就近原则。在换刀时，由双向液压马达4拖动刀链使所选刀位移动到机械手抓刀位置。液压马达的转向控制由双电控三位电磁阀HF1完成，具体转向由CNC进行运算后，发信给PLC控制HF1，用FH1不同的得电方式进行对液压马达4的不同转向的控制。刀链不需驱动时，HF1失电，处于中位载止状态，液压马达4停止。刀链到位信号由感应开关发出。
2）主轴箱配重支路
VPl050加工中心Z轴进给是由主轴箱作上下的移动实现的，为消除主轴箱自重对Z轴伺服电动机驱动Z向移动的精度和控制的影响，机床采用两个液压缸进行配重。主轴箱向上移动时，高压油通过止回阀9和直动型减压阀7向配重缸下腔供油，产生向上的配重力；当主轴箱向下移动时，液压缸下腔高压油通过减压阀7进行适当减压。压力开关YK2用于检测配重支路的工作状态。
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3）松刀缸支路
VPl050加工中心采用BT40型刀柄使刀具与主轴连接。为了能够可靠的夹紧与快速的更换刀具，采用碟簧拉紧机构使刀柄与主轴连结为一体，采用液压缸使刀柄与主轴脱开。机床在不换刀时，单电控两位四通电磁换向阀HF2失电，控制高压油进入松刀缸10下腔，松刀缸10的活塞始终处于上位状态，感应开关LS2检测松刀缸上位信号；当主轴需要换刀时，通过手动或自动操作使单电控两位四通电磁阀HF2得电换位，松刀缸10上腔通入高压油，活塞下移，使主轴抓刀爪松开刀柄拉钉，刀柄脱离主轴，松刀缸运动到位后感应开关LS1发出到位信号并提供给PLC使用，协调刀库、机械手等其他机构完成换刀操作。
4）高低速转换支路
VPl050主轴传动链中，通过一级双联滑移齿轮进行高低速转换。在由高速向低速转换时，主轴电动机接收到数控系统的调速信号后，降低电动机的转速到额定值，然后进行齿轮滑移，完成进行高低速的转换。在液压系统中该支路采用双电控三位四通电磁阀HF3控制液压油的流向，变速液压缸12通过推动拨叉控制主轴变速箱的交换齿轮的位置，来实现主轴高低速的自动转换。高速、低速齿轮位置信号分别由感应开关LS3、LS4向PLC发送。
当机床停机时或控制系统故障时，液压系统通过双电控三位四通电磁阀HF3使变速齿轮处于原工作位置，避免高速运转的主轴传动系统产生硬件冲击损坏。单向节流阀DJ2、DJ3用以控制液压缸的速度、避免齿轮换位时的冲击振动。减压阀16用于调节变速液压缸12的工作压力。
2.5 数控机床的润滑与冷却
2.5.1数控机床的润滑系统
随着加工中心朝高速度、大功率、高精度的方向上发展，其可靠性已成为衡量其性能的重要指标。要保证加工中心可靠稳定的工作，除了在机械结构和数控系统等方面要达到一定的要求之外，良好的冷却、润滑也是不可忽视的部分，它们对延长加工中心的使用寿命、提高切削效率、保证工作正常具有十分重要的作用。
加工中心的润滑按照其工作方法一般分为分散润滑和集中润滑两种。分散润滑是指在加工中心的各个润滑点用独立、分散的润滑装置进行润滑；集中润滑是指利用一个统一的润滑系统对多个润滑点进行润滑。按照润滑介质的不同，加工中心上的润滑又可以分为油润滑和脂润滑两种，其中油润滑又分为滴油润滑、油浴润滑(包括溅油润滑和油池润滑)、油雾润滑、循环油润滑及油气润滑等。
1．润滑的作用及分类
在加工中心中润滑主要有以下几个方面的作用：
(1)减小摩擦 摩擦使零部件产生磨损，增大运动阻力，甚至会使接触表面发热而导致损坏。以润滑油或润滑脂加入到摩擦表面后，可降低摩擦系数，减小摩擦。
(2)减小磨损 润滑油或润滑脂在相对运动件之间形成一层油膜，避免接触面的直接接触，减小磨损。
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(3)降低温度 润滑油的循环可以带走因摩擦产生的大量热量，从而降低润滑表面的温度。
(4)防止锈蚀 润滑油在摩擦表面形成的保护油膜，阻挡了金属与空气或其它氧化源的直接接触，在一定程度上防止了金属零件的锈蚀。
(5)形成密封 润滑脂除具有主要的润滑作用外，还具有防止润滑剂的流出和外界尘屑进入摩擦表面的作用。
2．加工中心的润滑系统
良好的润滑对提高加工中心的各相对运动件寿命、保持良好的动态性能和运动精度等具有较大的意义。在加工中心的运动部件中，既有高速的相对运动，也有低速的相对运动，既有重载的部位，也有轻载的部位，所以在数控机床中通常采用分散润滑与集中润滑、油润滑与脂润滑相结合的综合润滑方式对加工中心的各个需润滑部位进行润滑。加工中心中润滑系统主要包括主轴传动部分、轴承、丝杠和导轨等部件的润滑。
在加工中心的主轴传动部分中，齿轮和主轴轴承等零件转速较高、负载较大，温升剧烈，所以一般采用润滑油强制循环的方式，对这些零件进行润滑的同时完成对主轴系统的冷却。这些润滑和冷却兼具的液压系统对液压油的过滤要求较为严格，否则容易影响齿轮、轴承等零件的使用寿命。一般在这部分液压系统中采用沉淀、过滤、磁性精过滤等手段保持液压油的洁净，并要求经过规定的时间后进行液压油的清理更换。
轴承、丝杠和导轨是决定加工中心各个运动精度的主要部件。为了维持它们的运动精度并减少摩擦及磨损，必须采用适当的润滑。具体采用何种润滑方式取决于加工中心的工作状况及结构要求。若负载不大、极限转速或移动速度不高的情况一般采用脂润滑，这样可减少设置专门的润滑系统，避免润滑油的泄露污染和废油的处理，而且脂润滑具有一定的密封作用，降低外部灰尘、水气等对轴承、丝杠和导轨副的影响。若负载较大、极限转速或移动速度较高，则一般采用油润滑，采用油润滑既能起到对相对运动件之间的润滑作用，又可以起到一定的冷却作用。在数控机床的轴承、丝杠和导轨部位，无论是采用油润滑还是脂润滑，都必须保持润滑介质的洁净无污染，按照相应润滑介质要求和工况定期的清理润滑元件，更换或补充润滑介质。
例如VPl050加工中心润滑系统综合采用脂润滑和油润滑。其中主轴传动链中的齿轮和主轴轴承转速较高、温升剧烈，所以与主轴冷却系统结合采用循环油润滑。如图2-29所示为VPl050主轴润滑冷却管路示意图。要求机床每运转1000h更换一次润滑油，当润滑油液位低于油窗下刻度线时，需补充润滑油到规定位置，当主轴每运转2000h，需要清洗过滤器。VP1050加工中心的滚动导轨、滚珠螺母丝杠及丝杠轴承等由于运动速度低，无剧烈温升，故这些部位采用脂润滑。如图2-30所示为VPl050导轨润滑脂加注嘴示意图。要求在机床运转1000h(或6个月)补充一次适量的润滑脂，采用规定型号的锂基类润滑脂。
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