专利名称：自动推料和定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械加工时用于工件推料和定位的自动化工装设备，特别是可用于内燃机气门磨削时的自动推料和定位的自动装置。
背景技术：
如图1所示，磨削工件53 (内燃机气门)的锥面53-1时，该锥面的轴向尺寸的设计基准为X面，因此理想的情况是当将内燃机气门安装到机床上时，必须保证X面与砂轮55 之间的特定距离，方可保证成批磨削时工件尺寸的稳定性。然而在传统的加工中，由于难于以X面作为安装时的定位基准，故均转化为以Y面定位，其结果是由于加工时的实际定位基准与设计基准不重合而必然产生加工误差，为减少该误差，通常的做法是提高X面与Y面之间原来要求不高的尺寸精度，从而导致了加工成本的增加。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种结构简单、工作可靠的自动推料和定位装置， 使用该装置能够实现设计基准与工艺基准的重合和工件的快速、自动、准确定位。本发明的主要技术方案是
一种自动推料和定位装置，包括单杆液压缸和柱塞缸，所述单杆液压缸的活塞和活塞杆之间同轴设有一齿轮，所述齿轮位于所述单杆液压缸的缸筒的内腔，所述柱塞缸的柱塞为齿条柱塞，并与所述齿轮相啮合，所述活塞杆上固定有沿所述齿轮的径向延伸的摆杆，所述摆杆位于所述单杆液压缸的缸筒的外部，所述摆杆上设有用于零件定位的定位结构。优选地，所述单杆液压缸和柱塞缸共用一个缸体，所述单杆液压缸的缸筒的侧壁上设有前控制油口，所述前控制油口位于当所述活塞接近或到达行程的前端终点时被封闭、接近或到达行程的后端终点时被打开的位置，所述柱塞缸的缸筒的侧壁上设有右控制油口，所述右控制油口位于当所述齿条柱塞接近或到达行程的左端终点时被打开、接近或到达行程的右端终点时被封闭的位置，所述柱塞缸的左进/回油通道连接于所述前控制油口，所述单杆液压缸的后进/回油通道连接于所述右控制油口，所述缸体上设有第一油口和第二油口，所述第一油口和第二油口分别构成流体介质经由所述柱塞缸的右进/回油通道和所述单杆液压缸的前进/回油通道进出所述柱塞缸和单杆液压缸的端口。所述齿条柱塞的左、右两端面上可分别设有轴向外凸的左、右制动锥，所述柱塞缸的缸筒的左、右两端分别安装有左、右端盖，所述左、右端盖上分别设有供所述左、右制动锥单侧进出的左、右制动锥孔，所述左、右进/回油通道分别通过所述左、右制动锥孔与所述左、右腔相通。所述齿条柱塞的左、右两端面的中部优选设有凸台，所述左、右制动锥分别设在左、右凸台的左、右端面上，在所述柱塞缸的缸筒的径向方向上，所述左、右凸台的尺寸大于所述左、右制动锥孔的孔口尺寸，所述左腔与前控制油口之间还设有左辅助进油支路，所述右腔与第一油口之间还设有右辅助进油支路，所述左、右辅助进油支路上分别设有只允许流体介质流进所述左、右腔的左、右单向阀，所述左辅助进油支路与所述左腔相通的口以及所述右辅助进油支路与所述右腔相通的口设在所述柱塞缸的缸筒的侧壁上或分别设在所述左、右端盖的朝向左、右腔的端面上。所述左腔与前控制油口之间还优选设有左缓冲支路，所述右腔与第一油口之间还设有右缓冲支路，所述左、右缓冲支路上分别设有左、右节流阀，所述左缓冲支路与所述左腔相通的口以及所述右缓冲支路与所述右腔相通的口设在所述柱塞缸的缸筒的侧壁上或分别设在所述左、右端盖的朝向左、右腔的端面上。所述后腔和第一油口之间设有回油旁路，所述回油旁路中设有只允许流体介质从后腔流向所述第一油口的单向阀。所述自动推料和定位装置还可以包括控制所述活塞和齿条柱塞往复运动中换向的控制系统，所述控制系统优选包括两位四通电磁换向阀和分别用于当所述齿条柱塞到达行程的右端终点和所述活塞到达行程的前端终点的位置时发出感应信号的始点位置传感器和末点位置传感器，所述第一、二油口分别连接所述两位四通电磁换向阀的两个工作油下面简要说明本发明的自动推料和定位装置的工作过程控制所述两位四通电磁换向阀的两个工作油口一个通压力油时，另一个通回油，即两个油口总是工作在不同的工作状态。当第一油口通压力油、第二油口通回油时，所述齿条柱塞先由右向左运动，经齿牙的相互作用使摆杆带动定位结构顺时针摆动，当齿条柱塞运动到接近或到达其行程的左端终点时，使所述活塞向前运动的供油通道被齿条柱塞的右端面打开，使活塞带动定位结构产生向前的运动从而完成推料及定位，此时活塞运动到前端终点；然后切换所述两位四通电磁换向阀的通断状态，使第一油口通回油、第二油口通压力油，所述活塞先由前向后运动，使摆杆带动定位结构向后运动，当其运动到接近或到达其行程的后端终点时，使所述齿条柱塞向右运动的供油通道被活塞的前端面打开，使齿条柱塞向右运动，经齿牙的相互作用使摆杆带动定位结构逆时针摆动，从而完成退回和复位。本发明的有益效果为
1、由于本发明能够实现一个方向上的直线往复动作和另一方向上的摆动之间的各种动作顺序、动作路径的组合，只要将其固定在机床中的恰当位置，保证其与机床或刀具的原点间具有确定的位置关系，使其在某段运动终点时其上的定位结构所确定的基准刚好达到被加工零件的设计基准位置，即可便捷地实现工件的实际工艺基准与相应的设计基准相重合，因此避开了基准转换以及因基准转换所带来的加工误差大、加工成本高和工时长的问题，使加工精度易于得到保证，加工成本得以降低；
2、由于通过控制齿条柱塞的直线运动控制齿轮与齿条柱塞间啮合以最终实现本发明的摆动运动，即用直线驱动控制代替曲线驱动控制，简化了相应的驱动控制结构；
3、通过在单杆液压缸的缸筒侧壁的特定位置开设控制油口，并使柱塞缸的左进/回油通道连接至该控制油口，实现了利用单杆液压缸控制柱塞缸的右向行程起始时间的目的， 通过在柱塞缸的缸筒侧壁的特定位置开设控制油口，并使单杆液压缸的后进/回油通道连接至该控制油口，实现了利用单杆液压缸控制柱塞缸的前向行程起始时间的目的，即所述单杆液压缸的活塞和所述柱塞缸的齿条柱塞同时作为阀芯起到控制油路顺序的作用，使传统上每个液压缸由一个独立的电磁阀控制改为只由一个电磁阀控制两个液压缸的动作，从而大大简化了结构，不仅节省了控制阀及发讯开关，降低了成本，而且保证了动作的绝对可
靠互锁；
4、由于将两个有互锁动作要求的两个液压缸置于一个共用的缸体内并用该缸体内的特设管道完成两者之间的相互控制，不仅简化了结构，更使互锁动作绝对可靠；
5、由于左、右制动锥和制动锥孔的设置，使得齿条柱塞运动到接近行程的两端终点时回油受阻，从而起到一定的缓冲和制动作用；
6、由于齿条柱塞两端面的凸台以及左、右辅助进油支路和左、右单向阀的设置，使得齿条柱塞能够顺利且快速地起动；
7、由于左、右缓冲支路和其上的左、右节流阀的设置，进一步改善了齿条柱塞运动到接近行程的两端终点时的缓冲效果；
8、由于单杆液压缸的后腔与所述缸体的第一油口之间设置了单向的回油旁路，既实现了摆杆顺时针转动与向前移动的互锁，又实现了摆杆回程(摆杆后退或摆杆后退同时逆时针摆动)过程中单杆液压缸后腔的通畅回油，相应降低了对前控制油口设置位置的精度要求；
9、结合采用控制系统实现了工件推料与定位循环中各动作的顺序、连贯进行，提高了自动化水平，缩短了辅助工时。
图1为磨削内燃机气门(工件)的示意图； 图2为本发明的机械动作原理示意图3为本发明的液压原理图； 图4为本发明的一种实施例的基本结构主视图； 图5为图4的C向视图。
具体实施例方式如图3-5所示，本发明提供了一种自动推料和定位装置，包括单杆液压缸和柱塞缸，所述单杆液压缸的活塞27和活塞杆37之间同轴设有一齿轮33，所述齿轮位于所述单杆液压缸的缸筒的内腔，所述柱塞缸的活塞为齿条柱塞11，并与所述齿轮相啮合，所述活塞杆上固定有摆杆24，优选使所述摆杆沿所述齿轮的径向延伸，所述摆杆位于所述单杆液压缸的缸筒的外部，所述摆杆上设有用于零件定位的定位结构25。所述齿轮与活塞或活塞杆为一体式结构，或者可以采用刚性连接或旋转连接。所述自动推料和定位装置能够实现一个方向上的直线往复运动(由单杆液压缸驱动实现)和该方向的垂直方向上的摆动(由柱塞缸驱动实现)，只要该装置固定在机床中的恰当位置，即使其与机床或刀具的原点间具有确定的位置关系，并使得当其运动到某个方向上的行程终点时，所述定位结构所确定的基准(如基准点、基准面、基准轴线等)正好与工件的设计基准重合，从而实现了工件的实际工艺基准与相应的设计基准的重合(称此时所述定位结构的位置为定位点)，因此避开了基准转换以及因基准转换所带来的加工误差大、 加工成本高和工时长等问题，使加工精度易于得到保证，加工成本得以降低。所述自动推料和定位装置不仅具有两个方向上的运动自由度，且每个方向上还可实现双向往复运动，采用不同的控制方式将各种运动形式和运动方向进行组合可实现多种运动循环，如直线运动和摆动相间进行或者直线运动正、反向完成后再接摆动的正、反向。 所采用的控制方式既可以是将单杆液压缸和柱塞缸各自分开控制，再利用电气时序实现两液压缸之间的动作切换，也可以在两液压缸之间借助电磁阀和相应液压管路实现两液压缸之间动作切换和/或联动。对于上述后一种控制方式，优选采用在单杆液压缸和柱塞缸的缸筒侧壁上设置控制油口，并利用一个液压缸的控制油口和另一个液压缸的进/回油口之间的各种可能的连接方式，实现一个液压缸同时相当于另一个液压缸的控制阀，以此节省了控制阀和发讯开关，简化了整个装置。为了简化表达，将所述单杆液压缸的两腔分别称为前、后腔，而将所述柱塞缸的两腔分别称为左、右腔，相应地，所述单杆液压缸的两个进/回油通道分别称为前、后进/回油通道，所述柱塞缸的两个进/回油通道分别称为左、右进/回油通道。所述控制油口和前、后、左、右进/回油通道之间可以采用下列任一一种设置方式
(1)所述单杆液压缸的缸筒的侧壁上设有前控制油口，所述柱塞缸的缸筒的侧壁上设有左控制油口(或右控制油口)，所述右进/回油通道(或左进/回油通道)连接于所述前控制油口，所述后进/回油通道连接于所述左控制油口(或右控制油口)，所述前、左(或右)进 /回油通道分别连接于所述缸体上的两个各自独立的油口；
(2)所述单杆液压缸的缸筒的侧壁上设有后控制油口，所述柱塞缸的缸筒的侧壁上设有左控制油口(或右控制油口)，所述右进/回油通道(或左进/回油通道)连接于所述后控制油口，所述前进/回油通道连接于所述左控制油口(或右控制油口)，所述后、左(或右)进 /回油通道分别连接于所述缸体上的两个各自独立的油口。所述前、后控制油口最好位于当所述活塞接近或到达其行程的后、前端终点时才被打开的位置，所述左、右控制油口最好位于当所述齿条柱塞接近或到达其行程的右、左端终点时才被打开的位置。本发明优选基于上述方式(1)的具体技术方案所述单杆液压缸和柱塞缸共用一个缸体50，所述单杆液压缸的缸筒的侧壁上设有前控制油口，所述前控制油口位于当所述活塞接近或到达行程的前端终点时被封闭、接近或到达行程的后端终点时被打开的位置， 所述柱塞缸的缸筒的侧壁上设有右控制油口，所述右控制油口位于当所述齿条柱塞接近或到达行程的左端终点时被打开、接近或到达行程的右端终点时被封闭的位置，所述柱塞缸的左进/回油通道连接于所述前控制油口，所述单杆液压缸的后进/回油通道连接于所述右控制油口，所述缸体上设有第一油口 1和第二油口 26，优选设置在上述缸体的顶面上，所述第一油口和第二油口分别构成流体介质经由所述柱塞缸的右进/回油通道和所述单杆液压缸的前进/回油通道进出各自液压缸的端口。使用时，将所述第一、二油口分别连接至一换向阀的两个工作油口，且分别控制两工作油口一个通压力油时另一个通回油，即可实现对所述自动推料和定位装置的动作控制。下面再结合附图2，针对内燃机气门锥面磨削，说明上述优选技术方案的液压原理和工作过程
为了便于说明，设所述单杆液压缸的无杆腔位于其有杆腔的前部，图中A、B 口分别是所述缸体上的第一、二油口。(a)当A 口通压力油、B 口通回油时，压力油进入到所述柱塞缸的右腔并作用在齿条柱塞的右端，齿条柱塞开始向左运动，左腔中的油液依次经左进/回油通道、前控制油口和单杆液压缸的前腔从B 口回油，在此过程中，摆杆在齿条柱塞、齿轮和活塞杆的带动下顺时针转动直至齿条柱塞运动到其行程的左端终点，相应地，所述定位结构运动到正对内燃机气门的X面。由于在齿条柱塞到达左端终点之前，右控制油口被齿条柱塞堵住，A 口的压力油不能进入单杆液压缸的后腔，活塞不能产生向前的运动，因而保证了摆杆在顺时针转动过程中不会产生前向的推料运动，即实现了互锁。(b)当齿条柱塞运动到左端终点时，齿条柱塞的右大端面将右控制油口打开，此时 A 口的压力油即可经右腔、右控制油口和后进/回油通道进入单杆液压缸的后腔，推动活塞向前运动，摆杆在活塞、齿轮和活塞杆的带动下向前运动直至活塞运动到其行程的前端终点，相应地，所述定位结构运动到定位点，实现推料和定位，为卡盘卡紧工件作好准备。这一过程中，前腔的油液经B 口排出。(c)当B 口通压力油、A 口通回油时，压力油进入到所述单杆液压缸的前腔并作用在活塞的前端，活塞开始向后运动，后腔中的油液依次经后进/回油通道、右控制油口和柱塞缸的右腔从A 口回油，在此过程中，摆杆在活塞、齿轮和活塞杆的带动下向后运动直至活塞运动到其行程的后端终点，相应地，所述定位结构向后离开内燃机气门的X面。由于在活塞到达后端终点之前，前控制油口被活塞堵住，B 口的压力油不能进入柱塞缸的左腔，齿条柱塞不能产生向右的运动，因而保证了摆杆在向后离开工件的过程中不会产生逆时针摆动的返回，即实现了互锁。(d)当活塞运动到后端终点时，前控制油口才被活塞打开，此时B 口的压力油即可经前腔、前控制油口和左进/回油通道进入柱塞缸的左腔，推动齿条柱塞向右运动，摆杆在齿条柱塞、齿轮和活塞杆的带动下产生逆时针摆动直至齿条柱塞运动到其行程的右端终点，相应地，所述定位结构随摆杆回到初始位置，实现复位，为工件加工作好准备，完成一次推料和定位循环。这一过程中，右腔中的油液经A 口排出。上述推料和定位循环过程的机械动作如图2所示，当工件53被手动插入到卡盘54 中后，摆杆24顺时针摆动一定的角度直至其上的定位结构25与工件中心对准为止，此后再通过活塞杆37向缸体50内移动一段特定的距离并借定位结构将工件向卡盘内推入到加工位置，待卡盘将工件卡紧后，定位结构按相反顺序、相反路径返回，即活塞杆先从缸体内伸出，从而使定位结构脱离工件的端面，然后摆杆逆时针旋转到初始位置，此后便可进行磨削。磨削完毕后卡盘松开工件，手动将工件取下，完成一个加工循环。上述过程(a)、(b)对应于定位结构从初始位置运动到定位点，实现了推料和定位， (c)、(d)对应了定位结构从定位点返回到初始位置，实现了复位。事实上，对于上述各运动的方向及顺序的安排，还要考虑工件的结构特点(如形状、大小、基准等)和机床的结构特点 (如刀具运动轨迹、机床内可用空间等)，如应避免所述自动推料和定位装置与刀具、夹具等的干涉，因此并不局限于上述一种组合，例如可以利用摆动运动而非直线运动实现推料和定位，还可以利用摆杆的伸出和逆时针实现定位、缩进和顺时针实现复位等。并且，实际应用中，最好还要考虑到直线运动和摆动的行程的大小与机床内可用空间的关系，如尽量利用相对来说较小行程所对应的运动完成推料和定位，以使定位过程可以进行得较为缓慢和平稳，有利于保证定位的准确，而利用相对来说较大行程所对应的运动完成推料和定位之前和之后的辅助运动，以使定位结构进一步接近和远离定位点，因而可以将所述自动推料和定位装置设置在距离工件加工位置较远的位置，以适应机床内部空间非常有限的特点。由于这个辅助运动过程与定位过程不直接发生联系，因此可以通过控制快速运动实现尽可能地缩短辅助工时的目的。优选地，所述齿条柱塞的左、右两端面上分别设有轴向外凸的左、右制动锥41和 5，所述柱塞缸的缸筒的左、右两端分别安装有左、右端盖44和6，所述左端盖上设有供所述左制动锥从右侧进出的左制动锥孔20，所述右端盖上设有供所述右制动锥从左侧进出的右制动锥孔7，所述左、右进/回油通道分别通过所述左、右制动锥孔与所述左、右腔相通。制动锥和制动锥孔的大体形状可以为柱、锥、台中的任意一种，且二者的形状可以不同，另外， 只要保证制动锥能够正常进出制动锥孔即可，至于制动锥进入制动锥孔后二者间的空隙大小可视齿条柱塞行程和对其的缓冲要求等确定。以齿条柱塞向左运动为例，当其运动到接近其行程的左端终点时，随着左制动锥逐渐进入到左制动锥孔中，左制动锥孔中的回油通路逐渐变窄，左腔的排油逐渐受阻，从而产生了回油缓冲效果。所述齿条柱塞的左、右两端面的中部设有凸台(如右凸台9)，所述左、右制动锥分别设在左、右凸台的左、右端面上，在所述柱塞缸的缸筒的径向方向上，所述左、右凸台的尺寸大于所述左、右制动锥孔的孔口尺寸，使齿条柱塞运动到其行程的两端终点时，其与左、 右端盖间仍然能保留一个环形的空腔。所述左腔与前控制油口之间还设有左辅助进油支路，所述右腔与第一油口之间还设有右辅助进油支路，所述左、右辅助进油支路上分别设有只允许流体介质流进所述左、右腔的左、右单向阀46和31，所述左辅助进油支路与所述左腔相通的口以及所述右辅助进油支路与所述右腔相通的口可以设在所述柱塞缸的缸筒的侧壁上，特别是最好设置在紧邻左、右端盖的边缘处，也可以分别设在所述左、右端盖的朝向左、右腔的端面上。以齿条柱塞正位于其行程的右端终点并准备反向起动(即开始向左运动)时为例，A 口的压力油除作用于一端制动锥的端面以外，还可经右辅助进油支路和右单向阀进入右腔，并作用在右端环形空腔内的齿条柱塞右端的环形面上，避免因仅靠右进/ 回油通道引起的进油不畅问题，有利于齿条柱塞的顺利起动。所述左腔与前控制油口之间还可以设有左缓冲支路，所述右腔与第一油口之间还设有右缓冲支路，所述左、右缓冲支路上分别设有左、右节流阀51和52，所述左缓冲支路与所述左腔相通的口以及所述右缓冲支路与所述右腔相通的口可以设在所述柱塞缸的缸筒的侧壁上，优选分别设在所述左、右端盖的朝向左、右腔的端面上。仍以齿条柱塞向左运动为例，当其运动到接近其行程的左端终点时，经左制动锥孔回油通路受阻，此时油液主要经左缓冲支路、前控制油口和前腔从B 口排出，左缓冲支路的设置进一步加强了回油缓冲效果，并且，适当调节左节流阀的开口便可调节齿条柱塞向左运动时的速度，达到需要的缓冲效果。优选所述左、右缓冲支路的平均孔径小于左、后进/回油通道的平均孔径。实际上，所述自动推料和定位装置可以采用所述制动锥和制动锥孔的设置、辅助进油支路和其上单向阀的设置以及缓冲支路和其上的节流阀的设置中任意一种两两组合的设置或三者并存的组合设置。缓冲支路和其上的节流阀的设置，也可用于齿条柱塞起动时的进油。当仅通过采用制动锥和制动锥孔的设置方式时，为了获得较好的缓冲效果，往往使制动锥和制动锥孔的尺寸很接近，导致当制动锥插入制动锥孔以后，基本将制动锥孔封死，对于这种情况，则特别需要通过辅助进油支路和其上单向阀的设置改善齿条柱塞的反向起动性能。而辅助进油支路和其上单向阀的设置，在改善反向起动性能的同时，还可能提高了齿条柱塞的移动速度，这样对其到位缓冲则又提出了更高的要求，因此可通过采用缓冲支路和其上的节流阀的设置来弥补。上述三种设置完全可以用于单杆液压缸的相应处，在本发明的具体实施例中，由于活塞的移动所对应的行程很短，运动速度不高，因而不作相应设置，如无需设置缓冲支路，使所述自动推料和定位装置结构更简单、可靠。所述节流阀可以采用现有技术下的各种节流阀，本发明中优选采用如下结构的节流阀所述节流阀中设有用于改变过流面积的节流体(如左节流阀的节流体43)，所述节流体上设有用于改变其位置的调节螺栓(如左节流阀的调节螺栓40)。将所述节流阀接入所述缓冲支路时，所述节流阀的进油通道(如左节流阀的进油通道42)和回油通道构成了缓冲支路的一部分或全部，所述节流体的端部部分进入所述缓冲支路，使经过缓冲支路的油液必须流经因节流体的存在而形成的窄通道，由于相应位置的过流面积变小，油液流动受阻，因此齿条柱塞的运动速度逐渐减慢，也即产生了端点缓冲的效应，如此便可防止摆杆在摆动到行程相应端终点时可能产生的撞击。上述各个所述自动推料和定位装置还优选包括控制所述活塞和齿条柱塞往复运动中换向的控制系统，所述控制系统可以包括两位四通电磁换向阀和分别用于当所述齿条柱塞到达行程的右端终点和所述活塞到达行程的前端终点的位置时发出感应信号的始点位置传感器22和末点位置传感器39，所述第一、二油口分别连接所述两位四通电磁换向阀的两个工作油口，所述位置传感器优选采用接近开关。所述控制系统还可以包括一个触头或分别与所述始点位置传感器和末点位置传感器相配套的始点触头23和末点触头21，当为一个触头时，优选将所述触头连接在所述活塞杆上并使其沿所述齿轮的径向延伸，将所述始点位置传感器和末点位置传感器通过支架固定安装在所述缸体上，并分别与所述齿条柱塞到达行程的右端终点时所述触头的位置和所述活塞到达行程的前端终点时所述触头的位置相对应，通常对于接近开关，应使触头的端部与接近开关的端部正对，因此优选将接近开关布置在垂直于前后方向的平面内，并使其前后间距等于所述单杆液压缸的行程L。当有始点触头和末点触头两个触头时，两触头和位置传感器的安装位置比较自由，可以通过连接块38将所述始点触头和末点触头连接在所述活塞杆上，并使其沿所述齿轮的径向延伸，将所述始点位置传感器和末点位置传感器通过支架固定安装在所述缸体上，只要使其分别与所述齿条柱塞到达行程的右端终点时所述始点触头的位置和所述活塞到达行程的前端终点时所述末点触头的位置相对应即可。优选地，可将两触头布置在同一平面内，并使二者间夹角a等于所述齿条柱塞的整个行程所对应的所述摆杆的摆角，相应地，将所述始点位置传感器和末点位置传感器安装在同一个水平面上，并使其前后间距等于所述单杆液压缸的行程L。这种安装方式简单，易于调整，为了使两触头的端部与位置传感器正对，最好将两触头的相应端部设置成水平状延伸。实际使用中，可以采用其他换向阀代替所述两位四通电磁换向阀，只要保留两个工作油口分别与A、B 口连接，以实现A、B 口中一个通压力油时，另一个通回油即可，多余工作油口不连接油路。在所述控制系统的参与下，所述自动推料和定位装置的各段运动间是这样衔接的
当上述工作过程(a)结束时，摆杆顺时针摆动到达使定位结构正对内燃机气门的X面但未与其接触的地方，此时，由于A 口继续通压力油，且右控制油口刚好被齿条柱塞打开， 因此所述自动推料和定位装置自发地进入上述工作过程(b)，该过程结束时，所述定位结构运动到定位点，实现推料和定位，所述活塞到达行程的前端终点，所述触头(或末点触头)随摆杆运动至与所述末点位置传感器相对应的位置，所述末点位置传感器发出到位信号，通知卡盘将工件卡紧，卡紧后卡盘处(如通过卡盘上安装的接近开关)发出复位信号，通知所述两位四通电磁换向阀换向。所述两位四通电磁换向阀换向后，进入上述工作过程(C)，所述定位结构向后直线离开内燃机气门的X面，此时，由于B 口继续通压力油，且前控制油口刚好被活塞打开，因此所述自动推料和定位装置自发地进入上述工作过程(d)，该过程结束时，所述定位结构随摆杆逆时针摆动返回到初始点，实现复位，所述齿条柱塞到达行程的右端终点，所述触头(或始点触头)随摆杆运动至与所述始点位置传感器相对应的位置，所述始点位置传感器发出复位信号，通知机床可以起动磨削程序了，到此，整个推料及定位的动作循环完成。上述各具体技术方案所实现的动作均为直线运动与摆动各自独立进行的情况，而在实际应用中，通常只需对所述定位结构靠近定位点的过程中的各种动作控制得较为严格，即需要较为严格的互锁，也就是说顺时针摆动的同时尽量不产生向前的移动，相当于对右控制油口的位置要求较为严格，而对所述定位结构远离定位点的过程(即复位过程)中的各种动作的要求则较为宽松，相当于对前控制油口的位置要求较为宽松，不仅不必严格要求动作的互锁，甚至可以有目的地控制当所述定位结构后退到一定安全距离以后，同时开始逆时针摆回直至初始位置，不但不影响定位，还能显著地节省辅助工时。所述安全距离是所述定位结构到工件之间前后方向上的一端距离，其大小以保证所述定位结构在之后的退回动作中不再接触到工件为准。为此，对前控制油口的位置要求可放宽到只要使其位于当活塞运动到后端终点时可以完全露出的位置即可，因此可以使其较为靠近单杆液压缸的缸筒侧壁的前端。这种设置所带来的效果是摆杆后退远离工件尚未到达预定位置，即活塞尚未运动到后端终点时， 前控制油口就已经被活塞打开，压力油进入左腔，推动齿条柱塞右移，将导致摆杆余下的后退过程伴有逆时针摆动。在这种情况下，活塞还没运动到其行程的后端终点时，齿条柱塞可能已经开始向右移动，因而提前将右控制油口堵死，导致后腔无法回油或回油不畅。即使不是出于设计目的，而是由于加工误差，也容易导致这种状况的发生。针对这个问题，本发明优选在所述后腔和第一油口之间还设有回油旁路，所述回油旁路中设有只允许流体介质从后腔流向所述第一油口的单向阀8，实现后腔的顺利回油；而在摆杆顺时针摆动靠近工件过程中，可隔离压力油防止油液进入后腔推动活塞向前运动，进一步保证了摆杆前移和顺时针转动的互锁。所述旁路可以通过与所述后进/回油通道相通间接与所述后腔相通。所述各进/回油通道、左、右辅助进油支路和左、右缓冲支路以及回油旁路优选由开设在所述缸体和左、右端盖的本体中的各段孔道中的一段或多段组合而成，即不外接油管，达到结构紧凑、小型化目的。
结合各附图，前进/回油通道为第二油口 26至前腔之间的通道；后进/回油通道由油路12、13、14、36、35和34组合构成，连接在右控制油口和后腔之间；左进/回油通道由油路19、18、17、15和16组合构成，一端连接于前控制油口，另一端通过左制动锥孔20与左腔相通；右进/回油通道由油路2、3和4组合构成，通过右制动锥孔7与右腔相通；所述左辅助进油支路由油路16、15、17、18和19，油路45、47、48和49以及左制动锥孔20所构成的油路组合而成，连接在所述左腔与前控制油口之间，其中油路16、15、17、18、19为左辅助进油支路与左进/回油通道的共用油路；所述右辅助进油支路由油路30、28、29、和32以及油路4、3和2，并经由右制动锥孔7所构成的油路通道构成，连接在右腔与第一油口之间，其中油路4、3和2是右辅助进油支路与右进/回油通道的共用油路；所述左缓冲支路由油路 16、15、17、18和19、通道42、左制动锥孔20以及通道42与左节流阀的节流体43之间所形成的窄通道构成，其中油路16、15、17、18和19是左缓冲支路与左进/回油通道间共用的油路，也可以理解为左进/回油通道充当了左缓冲支路的一部分，具体是通过通道42和节流体43之间所形成的窄通道与左制动锥孔相通实现将左进/回油通道接入所述左缓冲支路的；所述右缓冲支路未在图中示出；所述回油旁路由油路34、35、36、14、13、和10，油路4、3 和2以及右制动锥孔所构成的油路组合而成，连接在后腔和第一油口之间，其中油路4、3和 2为回油旁路与右进/回油通道的共用油路，油路34、35、36、14和13为回油旁路与后进/ 回油通道的共用油路。可见，通过采用共用油路，并使所述左进/回油通道、左辅助进油支路和左缓冲支路通过所述左制动锥孔相互贯通，所述右进/回油通道、右辅助进油支路、右缓冲支路和回油旁路通过所述右制动锥孔相互贯通，可以有效地减少油路的数量，简化油路结构，也有利于所述缸体的体积小型化。所述单杆液压缸的缸筒的前、后两端可分别安装有前、后端盖，并分别与所述单杆液压缸的的缸筒的前、后两端内壁配合并密封，所述后端盖上设有中心通孔，所述中心通孔与所述活塞杆滑动配合，所述前、后进/回油通道与前、后腔相通的口可分别设置在所述单杆液压缸的缸筒的前、后部侧壁上。所述左、右端盖与所述柱塞缸的缸筒的左、右两端内壁配合并密封，所述左、右节流阀优选分别以所述左、右端盖的本体作为其各自的节流阀体， 所述左、右节流阀的进油通道和回油通道也设置在左、右端盖的本体内部，且优选使所述进油通道和回油通道构成所述左、右缓冲支路的全部，所述进油通道与左、右腔的相通处可以设在所述柱塞缸的缸筒的侧壁上，也可以设置在所述左、右端盖上。具体地，上述各油路/ 通道优选设置在所述缸体和/或相应的端盖内。本发明针对内燃机气门磨削的应用来说，所述定位结构优选为朝向前方的顶销， 由于实现了单点的轴向定位，定位精度较高，当顶销到达定位点时，其前端点正好位于内燃机气门的X面的中心。对于不同的应用场合，也可以用其他各种结构形式的定位结构，如V 型块等。下面结合图4、5完整地说明一个优选的具体实施方式
的工作原理。图中各运动元件均处于原始位置，A 口及B 口分别接控制电磁阀的两个工作油口。当A 口通压力油，B 口通回油时，压力油经1、2、3、4进入到右端盖6的右制动锥孔 7中并作用到齿条柱塞11的右制动锥5上，同时压力油还经过油路32推开单向阀31，再经油路29、28及30进入到齿条柱塞的右环形端面处，在上述两股压力油的共同作用下，齿条柱塞向左运动，其左腔油经左端盖44上的左制动锥孔20、油路19、18及缸体50上的油路17、15及16由B 口排出(B 口与活塞27的前腔相通)。在齿条柱塞向左运动的过程中，经齿牙的相互作用使齿轮33、活塞杆37、摆杆24 及顶销一起产生顺时针的转动直至顶销与工件中心对齐为止。当齿条柱塞快速运动到左端点时，其左端的左制动锥41逐渐插入左端盖44的左制动锥孔20中，从而使齿条柱塞左腔的排油受阻，此时的主要回油途径变为通道42以及左节流阀上的节流体43与通道42之间构成的小面积通道，因此其运动速度逐渐减慢也即产生了端点缓冲的效应，如此便可防止摆杆在摆动完54°的行程时可能产生的撞击。当齿条柱塞运动到左端点时，其右端面将右控制油口打开一个小口，于是其右腔的压力油经油路12、13、14、36、35及油路34从齿轮33的后端面经齿槽进入到活塞27的后端推其向前运动，该运动同时经齿轮33、活塞杆37及摆杆24等带动顶销向前运动，从而完成顶料动作。当活塞27运动到前端点时顶料工作完成，此时的位置恰为工件轴向定位的位置。当到达定位点时，末点触头21使位置传感器39发出到位信号，卡盘将工件卡紧。 卡紧后卡盘处发出复位信号，使顶销返回原点。首先控制电磁阀换向，使B 口通压力油，A 口通回油，此时活塞33的前腔从B 口得到压力油产生后退运动，于是顶销首先脱离工件端面。活塞后腔的油经油路34、35、36、14、 13及油路10推开单向阀8再经油路4、3、2及油口 1由A 口排回油池。当活塞27运动到后极限位置时油路16被打开，此时压力油经油路16、15、17、18 及19进入到左端盖44的左制动锥孔20中并作用到齿条柱塞的左制动锥41上。与此同时压力油还经油路45推开单向阀46再经油路47、48及49进入到齿条柱塞的左环形面上。在上述两股压力油的共同作用下齿条柱塞迅速右移，经其上之齿牙的作用使齿轮33、活塞杆 37、摆杆24及顶销等作逆时针的快速复位运动直到齿条柱塞到达右端极限位置为止，此时顶销也恰好返回到原位，从而完成一次循环。至于齿条柱塞到达右端时的缓冲情况与左端相同，此处不再重述。回位后，始点触头23使传感器22发出信号通知机床推料及定位动作已完成，可以起动磨削程序。至此，一个完整的自动推料和定位循环完成。本发明的所述自动推料和定位装置实际上也可用于机械加工之外只要涉及到自动定位的其他应用场合。出于简化表达的需要，本发明采用前、后、左、右的概念辅助说明所述自动推料和定位装置中有关结构的相对位置或运动方向，并不构成对实际方位的限定，亦不构成对基于本发明构思的其他可能结构型式的限定。本发明所称“齿条柱塞”是指其圆柱面上开设有可与所述齿轮保持啮合的直线排列的齿的柱塞，这些直线排列的齿应保证能够同齿轮上的齿相互啮合，通常位于柱塞上沿某一母线的某一段表面上，也可以是柱塞上某一段表面上直线排列的环形齿；所称的“啮合”不仅允许所述齿轮的齿与所述齿条柱塞的齿相互间依次交替地接触从而实现一定规律的相对运动，还允许二者间在保持齿间接触情况下的相对滑动；所称“柱塞缸”是指其中的活塞的两端均不设活塞杆的液压缸，该两端不设活塞杆的活塞即为“柱塞”，该柱塞本身即为所述柱塞缸这一液压执行元件的对外接口零件，其两端独立的内腔分别设有进/回油通道，可实现双向运动，所述柱塞缸仍然属于双作用液压缸。
权利要求
1.一种自动推料和定位装置，其特征在于包括单杆液压缸和柱塞缸，所述单杆液压缸的活塞和活塞杆之间同轴设有一齿轮，所述齿轮位于所述单杆液压缸的缸筒的内腔，所述柱塞缸的柱塞为齿条柱塞，并与所述齿轮相啮合，所述活塞杆上固定有沿所述齿轮的径向延伸的摆杆，所述摆杆位于所述单杆液压缸的缸筒的外部，所述摆杆上设有用于零件定位的定位结构。
2.如权利要求1所述的自动推料和定位装置，其特征在于所述单杆液压缸和柱塞缸共用一个缸体，所述单杆液压缸的缸筒的侧壁上设有前控制油口，所述前控制油口位于当所述活塞接近或到达行程的前端终点时被封闭、接近或到达行程的后端终点时被打开的位置，所述柱塞缸的缸筒的侧壁上设有右控制油口，所述右控制油口位于当所述齿条柱塞接近或到达行程的左端终点时被打开、接近或到达行程的右端终点时被封闭的位置，所述柱塞缸的左进/回油通道连接于所述前控制油口，所述单杆液压紅的后进/回油通道连接于所述右控制油口，所述缸体上设有第一油口和第二油口，所述第一油口和第二油口分别构成流体介质经由所述柱塞缸的右进/回油通道和所述单杆液压缸的前进/回油通道进出所述柱塞缸和单杆液压缸的端口。
3.如权利要求2所述的自动推料和定位装置，其特征在于所述齿条柱塞的左、右两端面上分别设有轴向外凸的左、右制动锥，所述柱塞缸的缸筒的左、右两端分别安装有左、右端盖，所述左、右端盖上分别设有供所述左、右制动锥单侧进出的左、右制动锥孔，所述左、 右进/回油通道分别通过所述左、右制动锥孔与所述左、右腔相通。
4.如权利要求3所述的自动推料和定位装置，其特征在于所述齿条柱塞的左、右两端面的中部设有凸台，所述左、右制动锥分别设在左、右凸台的左、右端面上，在所述柱塞缸的缸筒的径向方向上，所述左、右凸台的尺寸大于所述左、右制动锥孔的孔口尺寸，所述左腔与前控制油口之间还设有左辅助进油支路，所述右腔与第一油口之间还设有右辅助进油支路，所述左、右辅助进油支路上分别设有只允许流体介质流进所述左、右腔的左、右单向阀， 所述左辅助进油支路与所述左腔相通的口以及所述右辅助进油支路与所述右腔相通的口设在所述柱塞缸的缸筒的侧壁上或分别设在所述左、右端盖的朝向左、右腔的端面上。
5.如权利要求4所述的自动推料和定位装置，其特征在于所述左腔与前控制油口之间还设有左缓冲支路，所述右腔与第一油口之间还设有右缓冲支路，所述左、右缓冲支路上分别设有左、右节流阀，所述左缓冲支路与所述左腔相通的口以及所述右缓冲支路与所述右腔相通的口设在所述柱塞缸的缸筒的侧壁上或分别设在所述左、右端盖的朝向左、右腔的端面上。
6.如权利要求5所述的自动推料和定位装置，其特征在于所述节流阀中设有用于改变过流面积的节流体，所述节流体上设有用于改变其位置的调节螺栓。
7.如权利要求6所述的自动推料和定位装置，其特征在于所述后腔和第一油口之间设有回油旁路，所述回油旁路中设有只允许流体介质从后腔流向所述第一油口的单向阀。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的自动推料和定位装置，其特征在于还包括控制所述活塞和齿条柱塞往复运动中换向的控制系统，所述控制系统包括两位四通电磁换向阀和分别用于当所述齿条柱塞到达行程的右端终点和所述活塞到达行程的前端终点的位置时发出感应信号的始点位置传感器和末点位置传感器，所述第一、二油口分别连接所述两位四通电磁换向阀的两个工作油口。
9.如权利要求8所述的自动推料和定位装置，其特征在于所述始点位置传感器和末点位置传感器的安装方式为下列任一一种方式(1)所述控制系统还包括一个触头，所述触头连接在所述活塞杆上并沿所述齿轮的径向延伸，所述始点位置传感器和末点位置传感器固定安装在所述缸体上，且前后间距等于所述单杆液压缸的行程，并分别与所述齿条柱塞到达行程的右端终点时所述触头的位置和所述活塞到达行程的前端终点时所述触头的位置相对应；(2)所述控制系统还包括分别与所述始点位置传感器和末点位置传感器相配套的始点触头和末点触头，所述始点触头和末点触头连接在所述活塞杆上，并沿所述齿轮的径向延伸，所述始点位置传感器和末点位置传感器固定安装在所述缸体上，并分别与所述齿条柱塞到达行程的右端终点时所述始点触头的位置和所述活塞到达行程的前端终点时所述末点触头的位置相对应。
10.如权利要求9所述的自动推料和定位装置，其特征在于所述各进/回油通道、左、 右辅助进油支路和左、右缓冲支路以及回油旁路由开设在所述缸体和左、右端盖的本体中的各段孔道中的一段或多段组合而成，所述左进/回油通道、左辅助进油支路和左缓冲支路通过所述左制动锥孔相互贯通，所述右进/回油通道、右辅助进油支路、右缓冲支路和回油旁路通过所述右制动锥孔相互贯通，所述单杆液压缸的缸筒的前、后两端分别安装有前、 后端盖，并分别与所述单杆液压缸的的缸筒的前、后两端内壁配合并密封，所述后端盖上设有中心通孔，所述中心通孔与所述活塞杆滑动配合，所述左、右端盖与所述柱塞缸的缸筒的左、右两端内壁配合并密封，所述左、右节流阀分别以所述左、右端盖的本体作为其各自的节流阀体，所述定位结构件为朝向前方的顶销。
全文摘要
本发明涉及一种自动推料和定位装置，包括共用一个缸体的单杆液压缸和柱塞缸，所述单杆液压缸的活塞和活塞杆之间同轴设有一齿轮，所述柱塞缸的活塞为齿条柱塞，与所述齿轮相啮合并可沿齿的延伸方向相对滑动，所述活塞杆上固定有沿所述齿轮的径向延伸的摆杆，所述摆杆上设有用于零件定位的定位结构，两液压缸分别通过各自缸筒侧壁上设置的控制油口控制对方某一方向的运动。本发明可便捷地实现工件的实际工艺基准与设计基准相重合，避开了基准转换以及因此所带来的加工误差大、成本高和工时长的问题，且其采用的将液压缸和控制阀的功能集于一身的液压元件结构可节省大量控制阀和发讯开关，并可保证动作间的可靠互锁。
文档编号B24B19/09GK102179740SQ20111008495
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者傅伟男, 刘德鉁, 张秀兰, 李伟华, 穆东辉, 薛建林 申请人:北京第二机床厂有限公司