一种三位驱动油缸及附件头夹紧机构的制作方法

1.本发明涉及油缸驱动技术领域，尤其涉及一种三位驱动油缸及附件头夹紧机构。


背景技术：

2.随着风电、核电、工程机械等重型机械行业的不断发展，零部件结构越来越复杂，为了提高效率，要求使用龙门机床一次装夹实现多面加工。这就要求龙门机床配套安装可实现多面加工的附件头，附件头在改变加工面的过程中通过绕主轴旋转分度定位。
3.为提升附件头旋转定位运行的可靠性，现有技术中，公开号为cn110315374b的中国发明专利公开了一种双位油缸附件头夹紧及松开机构，其附件头主拉钉安装于机床主轴拉爪，附件头次拉钉安装于拉爪，通过第二油路使拉爪张开实现附件头次拉钉松开，通过使拉爪位置移动实现附件头齿盘与机床齿盘分离，实现附件头转位，分离状态时，拉爪仍处于拉紧状态，提高整个机床的可靠性，避免因误操作导致附件头掉落。
4.然而，上述方案的双位油缸的结构比较复杂，且活塞截面呈t型，在往复运动过程中容易变形失效，有必要针对附件头的装载开发一种结构更简单、可靠的驱动油缸。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种三位驱动油缸，能够在附件头需要进行旋转分度定位时依然拉紧附件头，且结构更简单可靠。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三位驱动油缸，包括缸体、缸盖、活塞杆、油缸衬套，以及在缸体内从上至下依次设置、套设于所述活塞杆外的第一活塞、第二活塞、第三活塞，所述第一活塞与活塞杆固定，所述第二活塞能够沿活塞杆的轴向滑动，所述油缸衬套与缸体固定，且与所述第三活塞抵接，使第三活塞固定于缸体内；
7.所述第一活塞与缸体、缸盖形成第一油腔，所述第二活塞与缸体、第一活塞形成第二油腔，所述第三活塞与缸体、第二活塞形成第三油腔；
8.所述油缸衬套内滑动设有连接套及拉爪，所述连接套的一端与拉爪固定连接，另一端与活塞杆相连；
9.当第一油腔及第三油腔通入液压油，且通入第一油腔的液压油压力小于通入第三油腔的液压油压力，所述第一活塞与第二活塞相向移动，且所述第一活塞带动活塞杆、连接套及拉爪向下移动，直到第二活塞的上端面与缸体抵接，此时拉爪位于所述油缸衬套内；
10.当第一油腔通入液压油，第一活塞远离所述缸盖移动，且带动活塞杆、连接套及拉爪向下移动，直到第一活塞、第三活塞均与第二活塞抵接，此时拉爪伸出油缸衬套，且呈张开状态。
11.作为上述方案的改进，所述连接套包括本体和滚珠，所述本体的壁面设有滚珠孔，所述活塞杆设有与滚珠孔对应的外滚珠槽，所述油缸衬套设有与所述本体抵接的第一内壁，所述第一内壁在靠近所述第三活塞一端开设有内滚珠槽，所述滚珠设于所述滚珠孔内，且当所述活塞杆在连接套内轴向移动时，所述滚珠能够在内滚珠槽与外滚珠槽之间滑动。
12.作为上述方案的改进，当所述第一活塞与第二活塞相向移动，且带动活塞杆、连接套及拉爪向下移动，直到第二活塞的上端面与缸体抵接时，所述外滚珠槽与所述滚珠孔错位设置，且所述滚珠同时与所述第一内壁及外滚珠槽抵接；
13.当第一活塞远离所述缸盖移动，且带动活塞杆向下移动至所述活塞杆端面与本体抵接时，所述滚珠孔与外滚珠槽正对，所述滚珠位于滚珠孔与外滚珠槽内。
14.作为上述方案的改进，当第二油腔和第三油腔通入液压油，且通入第二油腔的液压油压力大于通入第三油腔的液压油压力，所述第一活塞与第二活塞背向移动，且第一活塞带动活塞杆、连接套及拉爪向上移动，此时拉爪位于所述油缸衬套内。
15.作为上述方案的改进，当所述第一活塞与第二活塞背向移动，第一活塞带动活塞杆、连接套及拉爪向上移动，以及第一活塞与缸盖抵接时，所述外滚珠槽与所述滚珠孔错位设置，且所述活塞杆将滚珠外推，所述滚珠同时与所述活塞杆的侧壁及内滚珠槽抵接。
16.作为上述方案的改进，所述活塞杆的外壁包括与所述外滚珠槽的下缘相连的圆台面，所述圆台面从上至下的直径逐渐增大。
17.作为上述方案的改进，所述缸体内从上至下依次设有第一凸台和第二凸台，当通入第一油腔的液压油压力小于通入第三油腔的液压油压力时，所述第二活塞的上端面与所述第一凸台抵接；
18.所述第三活塞的两端分别与油缸衬套及第二凸台抵接。
19.作为上述方案的改进，所述缸盖上设有第一油孔、第二油孔及第三油孔，所述第一油孔与第一油腔连通，所述缸体上设有与第二油孔对应的第二油路，以及与第三油孔对应的第三油路，所述第二油路连通所述第二油孔与第二油腔，所述第三油路连通所述第三油孔与第三油腔；
20.所述第三活塞在靠近第三油腔的一侧形成有导流环，所述导流环与所述第二凸台抵接，所述导流环设有与所述第三油路相对的导流槽。
21.此外，本发明还公开了一种附件头夹紧机构，包括附件头、基座和上述三位驱动油缸，所述附件头包括附件头主体和套筒，所述三位驱动油缸的缸体与基座固定，所述套筒顶部设有与所述三位驱动油缸的拉爪相适配的次拉钉，所述附件头主体套设于所述套筒内，且能够随套筒一同轴向移动；
22.所述附件头主体内穿设有主轴拉钉，所述主轴拉钉上有外齿轮，所述附件头主体内设有与所述外齿轮对应的内齿轮，以及与主轴拉钉相连的动力输入轴；
23.当所述第一活塞与第二活塞相向移动，且所述第一活塞带动活塞杆、连接套及拉爪向下移动，直到第二活塞的上端面与缸体抵接时，所述内齿轮与外齿轮啮合；
24.当所述第一活塞与第二活塞背向移动，且第一活塞带动活塞杆、连接套及拉爪向上移动，直至第一活塞与缸盖抵接时，所述内齿轮与外齿轮分离。
25.作为上述方案的改进，所述缸盖上设有安装板，所述安装板从上至下依次设有顶部接近开关，中间接近开关和底部接近开关；
26.所述安装板上竖向开设有滑槽，所述中间接近开关和底部接近开关能够沿滑槽移动，所述顶部接近开关通过锁紧螺母锁紧在所述活塞杆的正上方。
27.实施本发明，具有如下有益效果：
28.本发明提供了一种三位驱动油缸，通过向三个油腔输入不同的油压组合实现拉紧
和卸载附件头，且在在附件头需要进行旋转分度定位时使拉爪保持在中间位置，依然拉紧附件头，使附件头的运行更安全平稳；
29.三位驱动油缸结构紧凑、简单，滚珠拉紧机构设计巧妙，使三位驱动油缸能够顺畅地在三个位置之间进行切换，适用性强；
30.三位驱动油缸对第一活塞、第三活塞、第二活塞的形状没有特殊要求，第一活塞、第三活塞、第二活塞不易疲劳，能够长时间平稳、可靠地运行；
31.通过检测活塞杆的位置能够检测附件头的工作状态，提升附件头更换、维修的安全性。
附图说明
32.图1是本发明一种三位驱动油缸一实施例的俯视图；
33.图2是图1的a-a剖面结构示意图；
34.图3是图2的拉爪位于整个运动行程的顶部位置时的结构示意图；
35.图4是图2的拉爪位于整个运动行程的中间位置时的结构示意图；
36.图5是图2的拉爪位于整个运动行程的底部位置时的结构示意图；
37.图6是一种附件头夹紧机构的一实施例结构示意图；
38.图7是图6的纵截面结构示意图；
39.图8是图7的b部放大结构示意图；
40.图9是图6的三位驱动油缸的顶部结构示意图。
具体实施方式
41.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
42.如图1和图2所示，本发明提供了一种三位驱动油缸的一实施例，包括缸体1、缸盖2、活塞杆3、油缸衬套4，以及在缸体1内从上至下依次设置、套设于所述活塞杆3外的第一活塞31、第二活塞32、第三活塞33。所述活塞杆3上设有定位台阶，所述第一活塞31通过限位螺母34和止动垫圈35与活塞杆3的定位台阶锁定。所述第二活塞32能够沿活塞杆3的轴向滑动。所述油缸衬套4与缸体1固定，且与所述第三活塞33抵接，使第三活塞33固定于缸体1内。所述第一活塞31与缸体1、缸盖2形成第一油腔a，所述第二活塞32与缸体1、第一活塞31形成第二油腔b，所述第三活塞33与缸体1、第二活塞32形成第三油腔c。所述油缸衬套4内滑动设有连接套5及拉爪6，所述连接套5的一端与拉爪6固定连接，另一端与活塞杆3相连。
43.本实施例在缸盖2上设有第一油孔21、第二油孔22及第三油孔23，所述第一油孔21直接与第一油腔a连通，所述缸体1上设有与第二油孔22对应的第二油路11，以及与第三油孔23对应的第三油路12，所述第二油路11连通所述第二油孔22与第二油腔b，所述第三油路12连通所述第三油孔23与第三油腔c。
44.结合图3，当第一油腔a不通油，通过第二油孔22、第三油孔23分别往第二油腔b、第三油腔c通入液压油，且通入第二油腔b的液压油压力大于通入第三油腔c的液压油压力，所述第一活塞31与第二活塞32背向移动，即第二活塞32靠近第三活塞33移动，第一活塞31靠近缸盖2移动，且第一活塞31带动活塞杆3、连接套5及拉爪6向上移动，此时拉爪6位于所述
油缸衬套4内，处于拉紧状态，且位于整个运动行程的顶部位置。此时，附件头7的次拉钉721被拉紧，附件头7处于顶部位置。
45.结合图4，当第二油腔b不通油，通过第一油孔21、第三油孔23分别往第一油腔a、第三油腔c通入液压油，且通入第一油腔a的液压油压力小于通入第三油腔c的液压油压力，所述第一活塞31与第二活塞32相向移动，即第二活塞32远离第三活塞33移动，第一活塞31远离缸盖2移动，且所述第一活塞31带动活塞杆3、连接套5及拉爪6向下移动，直到第一活塞31与第二活塞32抵接，此时拉爪6依然位于所述油缸衬套4内，依然处于拉紧状态，且位于整个运动行程的中间位置。该中间位置处于油缸衬套4的下端口。此时，附件头7的次拉钉721依然被拉紧，附件头7处于中位位置。
46.结合图5，当第二油腔b、第三油腔c不通油，通过第一油孔21往第一油腔a通入液压油，第一活塞31远离所述缸盖2移动，且带动活塞杆3、连接套5及拉爪6向下移动，直到第一活塞31、第三活塞33均与第二活塞32抵接，此时拉爪6伸出油缸衬套4，位于整个运动行程的底部位置，拉爪6呈张开状态。此时，附件头7的次拉钉721得以被卸载。
47.所述缸体1内从上至下依次设有第一凸台13和第二凸台14。所述第三活塞33的两端分别与油缸衬套4及第二凸台14抵接。当通入第一油腔a的液压油压力小于通入第三油腔c的液压油压力时，所述第二活塞32的上端面与所述第一凸台13抵接，帮助第二活塞32、第一活塞31、活塞杆3、连接套5及拉爪6定位，附件头7的中位位置也由此确定。
48.为方便液压油经第三油路12进入第三油腔c，所述第三活塞33在靠近第三油腔c的一侧形成有导流环331，所述导流环331与所述第二凸台14抵接，所述导流环331设有与所述第三油路12相对的导流槽。
49.第一活塞31、第二活塞32及第三活塞33与缸体1及活塞杆3适配，只需装配与缸体1内壁及活塞杆3抵接的密封圈即可，三者的形状简单，对比背景技术的t型活塞的抗疲劳性好，能够更可靠地长时间运行。
50.具体的，本实施例的连接套5包括本体51和滚珠52，所述本体51的壁面设有滚珠孔511，所述活塞杆3设有与滚珠孔511对应的外滚珠槽30，所述油缸衬套4的设有与所述本体51抵接的第一内壁41，所述第一内壁41在靠近所述第三活塞33一端开设有内滚珠槽42，所述第一内壁41远离所述内滚珠槽42的一端设有第二内壁43，第一内壁41向该第二内壁43的表面凸起，所述拉爪6处于所述油缸衬套4内时与第二内壁43抵接。第一内壁41与内滚珠槽42之间斜面过渡。
51.所述滚珠52设于所述滚珠孔511内，且当所述活塞杆3在连接套5内轴向移动时，所述滚珠52能够在内滚珠槽42与外滚珠槽30之间滑动。所述滚珠52直径大于所述的滚珠孔511的深度，且当所述滚珠52与油缸衬套4的内滚珠槽42抵接时，所述滚珠52向所述本体51的内壁突出。
52.当拉爪6处于拉紧状态，且位于整个运动行程的顶部位置，或者由中部位置向顶部位置移动过程中，即当所述第一活塞31与第二活塞32背向移动，第一活塞31带动活塞杆3、连接套5及拉爪6向上移动，所述外滚珠槽30与所述滚珠孔511错位设置，且所述活塞杆3将滚珠52外推，所述滚珠52同时与所述活塞杆3的侧壁及内滚珠槽42抵接，并向上顶住本体51，从而拉紧拉爪6往上移动，拉紧次拉钉721。
53.所述活塞杆3的外壁优选包括与所述外滚珠槽30的下缘相连的斜面，优选未圆台
面，所述圆台面从上至下的直径逐渐增大。
54.当拉爪6处于拉紧状态，拉爪6由中部位置向顶部位置移动过程中，活塞杆3的圆台面与滚珠52抵接，滚珠52与圆台面的滑动更顺畅，且随着向上移动过程抵接力逐步增加，确保次拉钉721被牢牢拉紧。
55.拉爪6具体包括拉爪座61及爪片62。
56.当拉爪6依然处于拉紧状态，且位于整个运动行程的中间位置，或者由顶部位置移动至中间位置的过程中，即当所述第一活塞31与第二活塞32相向移动，且带动活塞杆3、连接套5及拉爪6向下移动，直到第一活塞31与第二活塞32抵接时，所述外滚珠槽30与所述滚珠孔511错位设置，所述滚珠52同时与所述油缸衬套4的内壁及外滚珠槽30抵接，并向上顶住本体51，从而拉紧拉爪6，拉紧次拉钉721，此时拉爪6的爪片62末端仍然位于油缸衬套4的内部，并不张开。
57.当拉爪6呈张开状态，位于整个运动行程的底部位置，或者由中间位置移动至底部位置的过程中，即当第一活塞31远离所述缸盖2移动，且带动活塞杆3向下移动至所述活塞杆3端面与本体51抵接时，所述滚珠孔511与外滚珠槽30正对，所述滚珠52位于滚珠孔511与外滚珠槽30内，不受挤压，呈自由状态。活塞杆3端面与本体51顶住本体51下移，从而推动拉爪6下移，此时拉爪6的爪片62末端脱离油缸衬套4内部，呈现张开状态，放开次拉钉721，且拉爪座61向下顶开次拉钉721，次拉钉721可以自由放下，从而使附件头7卸下。
58.第一活塞31带动活塞杆3向下移动过程中，活塞杆3向下移动至所述活塞杆3端面与本体51抵接，推动连接套5及拉爪6下移，随后，第一活塞31、第三活塞33均与第二活塞32抵接，拉爪6到达整个运动行程的底部位置。
59.需要说明的是，本实施例所说的外滚珠槽30与所述滚珠孔511错位设置，是指滚珠孔511的轴向的投影面与外滚珠槽30存在部分重合。
60.通过滚珠52配合本体51、油缸衬套4及活塞杆3拉紧拉爪6的结构新颖，设计巧妙，使三位驱动油缸能够顺畅地在三个位置之间进行切换，适用性强。
61.此外，结合图6、图7和图8，本发明还公开了一种附件头夹紧机构，包括附件头7、基座8和上述三位驱动油缸，所述附件头7包括附件头主体71和套筒72，所述三位驱动油缸的缸体1与基座8固定，所述套筒72顶部设有与所述三位驱动油缸的拉爪6相适配的次拉钉721，所述附件头主体71套设于所述套筒72内，且能够随套筒72一同轴向移动；所述附件头主体71内穿设有主轴拉钉711，所述主轴拉钉711上有外齿轮712，外齿轮712上设有外齿；所述附件头主体71内固定设有与所述外齿轮712对应的内齿轮713，内齿轮713上设有与上述外齿相适配的内齿；所述附件头主体71内还设有与主轴拉钉711相连的动力输入轴714。该主轴拉钉711用于与机床主轴上的主拉爪相连，并实现外部动力输入。
62.当所述第一活塞31与第二活塞32相向移动，且所述第一活塞31带动活塞杆3、连接套5及拉爪6向下移动，直到第二活塞32上端面与缸体1抵接时，拉爪6处于中间位置，所述内齿轮713与外齿轮712啮合。在该过程中，拉爪6夹紧次拉钉721并在油缸衬套4内向下移动，套筒72带动附件头主体71向下移动，附件头主体71上的内齿轮713与主轴拉钉711上的外齿轮712啮合，附件头主体71可以相对套筒72旋转，同时动力输入轴714与主轴拉钉711之间仍然通过连接键传递动力，附件头主体71内的减速齿轮组得以继续运转。
63.当所述第一活塞31与第二活塞32背向移动，且第一活塞31带动活塞杆3、连接套5
及拉爪6向上移动，所述内齿轮713与外齿轮712分离。此时动力输入轴714与主轴拉钉711连接，附件头7通过动力输入轴714与附件头主体71内减速齿轮组传动实现铣刀工作。
64.其中，基座8设有上齿盘81，附件头主体71设有下齿盘715，上齿盘81的下端面，以及下齿盘715的上端面设有相适配啮合齿。当拉爪6处于拉紧状态，且位于整个运动行程的顶部位置时，上齿盘81与下齿盘715啮合锁紧，基座8与附件头主体71位置固定。当拉爪6处于拉紧状态，且位于整个运动行程的中间位置时，附件头主体71下移，上齿盘81与下齿盘715脱离，附件头主体71可以相对套筒72旋转。当拉爪6呈张开状态，位于整个运动行程的底部位置时，上齿盘81与下齿盘715脱离，同时基座8与套筒72之间的次拉钉721可以脱离，整个附件头7得以从基座8上卸载下来。
65.结合图9，所述缸盖2上设有安装板24，所述安装板24从上至下依次设有顶部接近开关241，中间接近开关242和底部接近开关243。所述安装板24上竖向开设有滑槽，所述顶部接近开关241通过锁紧螺母锁紧在所述活塞杆3的正上方。中间接近开关242和底部接近开关243能够沿滑槽移动，顶部接近开关241能够调节锁紧螺母的位置，实现感应位置的调节。顶部接近开关241，中间接近开关242和底部接近开关243通过感应活塞杆3的位置，来分别感测拉爪6的顶部位置、中间位置及底部位置，以此获知附件头夹紧机构附件头7的工作状态、旋转分度定位状态，以及卸载状态，帮助提升附件头7更换、维修的安全性。
66.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。