用于操纵工具的具有接近预行程和工作行程的致动缸

摘要

本发明涉及一种致动缸(21),包括一个预行程杆(29),该杆可以固定到工具例如焊钳上。通过对预行程室(27)增压,用于使焊钳闭合的工作杆(34)可以进入中间小开启位置,工作活塞(31)和加强活塞(36和37)仍然缩回在致动缸中。由于杆(29)可以相对于致动缸缸体(21)加以锁定,因此,对工作室(32)和加强室(38和40)增压,会使工作杆(34)抽出,并且使焊钳闭合,而不会使致动缸缸体产生反冲。

说明书

本发明涉及一种用于操纵工具的具有接近预行程和工作行程的致动缸，这种致动缸包括一个致动缸缸体，至少两个活塞当它们从致动缸缸体抽出时，可以在所述缸体中或者沿相同方向，或者沿两个相反方向滑动，所述活塞是一个预行程活塞以及至少一个工作活塞，所述工作活塞与一个操纵工具的工作杆相连。

当一个自动装置或一个机械手移送工具或反之移送工件，以便对焊接区域包括的各个不同的装配点进行装配时，工具用于例如进行焊接装配、冲压、夹紧等操作。如果自动装置或机械手移送待装配工件，则工具固定到地面上。如果自动装置或机械手移送装配工具，则待装配工件相对于地面加以固定。本发明适合于当工具配有一个可以将待装配工件夹紧在两个臂或两个铰接爪之间的闭合系统时的情况，夹紧操作(工作行程)是在工具的接近预行程之后进行的。

前文所述类型的例如用于上述应用方面已知的气动(或液压)致动缸，可以用于下面参照图1所述的技术领域。

图1是一个焊接工位的侧视图，一个操作人员在该工位上用一个X形焊钳对焊接点进行焊接。

图1所示的焊钳包括上焊条支承臂3和下焊条支承臂2。这两个臂围绕铰接轴4彼此加以铰接。一个例如气动致动缸1一方面通过其杆6连接到臂2上，另一方面通过焊钳钳体5连接到臂3上。焊钳可以配有一个焊接变压器7。

在这里所示的手动焊接工位实施例中，焊钳通过一个回转环形件9和一个杆10悬挂在一个平衡装置11上，这样，操作人员可以很容易操纵工具，而无需承受重压。要在焊接点上进行焊接的工件P相对于地面加以固定。

致动缸和铰接件系统可以使焊钳闭合，也就是说，可以将板件12和13夹紧在焊条2’和3’之间，使之靠近。当获得足够大的力时，使电流通过工件，在板件12和13之间形成一个熔化的焊心。冷却之后，所述焊心成为一个装配点N。

当焊接周期结束的时候，操纵致动缸1以打开臂2和3，使工具移动到下一个焊接点N+1。

如果不使用X形焊钳，而是使用C形焊钳，那么，工作情况完全相同。致动缸1的推力直接传递到焊条2’和3’。

这种技术的制约如下：

当操作人员将焊条2’和3’移送到下一个焊接点上面时，可以开始一个新的焊接周期。致动缸1的推力与所述压力施加的面积以及与焊接致动缸的各个不同室中的空气压力成正比。因此，对于臂2和3的一定长度D2来说，要对板材获得足够大的力，可以有若干解决方案：

-在焊接致动缸1中使用较大的空气压力；

-增大施加焊接气动压力的活塞的直径；

-增加传递力的活塞的数量，因此，所述致动缸称为“多级致动缸”；或者

-在称为“剪形装置”的焊钳的情况下，增大杠杆臂的距离D1。

实际上，最大压力仍然有限，在手动焊接工位的情况下，往往是5至10巴。此外，在自动装置式焊钳或手动焊钳的情况下，重量、惯性、占有的空间、人体特点以及焊接点的可视性等制约条件要求最大限度地减小焊钳每个构件的尺寸。尤其是不能过分增大焊接致动缸的直径，不能过分增加致动缸的级数而过分增大其长度，或者在“剪形装置”的焊钳的情况下，不能过分增大杠杆臂的距离D1。

因此，技术上的困难是，在一个焊接致动缸上增加级数，而保持双重作用，但不过分增大致动缸的长度。

最后，同焊接区域有关的制约条件要求使用一种称为“双行程”的致动缸进行工作，尤其在工具的臂2和3分合时，具有大行程(接近预行程)，而在为了节省时间或发生大开度焊钳不能完全打开的“极限”障碍时的焊接周期，具有称为“工作行程”的小行程。

实际上，大小行程之间的比率往往是2至5。

这种在同一个致动缸中需要有一个接近预行程和一个工作行程的要求，存在以下一些问题，对于两个活塞(接近预行程活塞和工作活塞)沿两个相反方向移动的情况来说，参照图1A、1B和1C加以说明，而对于两个活塞(接近预行程活塞和工作活塞)沿同一方向移动的情况来说，参照图2A、2B和2C加以说明。

图1A至1C示出致动缸(例如气动致动缸)缸体21、预行程活塞26、预行程杆29、预行程压力室27、预行程排气室27’、工作活塞31、工作杆34、工作行程压力室32以及工作行程排气室32’。标号28标示一个中间缸盖，标号22和23分别标示封闭致动缸缸体21的前缸盖和后缸盖。这里，假设工具是一个包括两个臂的焊钳，这两个臂铰接成X形状，一个臂由预行程杆29控制，使有关工件在图1A所示的全开启位置和图1B所示的小开启位置之间实现接近预行程，而另一个臂由工作杆34控制，在图1B所示的小开启位置和图1C所示的焊钳闭合位置之间仅仅实现工作行程(工件的夹紧)(支承点A和B示出两个杆进入其各自的止动位置-各个不同室中的流体进入孔和排出孔未示出)。

这种双行程致动缸设计的缺陷在于，以施加在预行程杆和工作杆上的最小推力，限制焊接应力。实际上，这两种力之间的不平衡使活塞26和31移动，直至与致动缸的一个缸盖相接触。

采用这种设计，尤其是不增加预行程力则不能增大焊接应力。

在图2A至2C所示的先有技术中，使用与图1A至1C中相同的标号来标示相同的部件或起相同作用的部件。但是，接近预行程活塞不配有杆，并且呈一个气缸26的形状，滑动地安装在致动缸缸体21中，工作活塞31可以在其中进行滑动，该工作活塞的杆34穿过缸盖28以及缸体21的前缸盖22。另外，在该实施例中，工作活塞的杆34包括一个轴向凹槽E，该凹槽与工作压力室32连通，可以接纳一个压力流体供给管T，该管穿过致动缸缸体21的后缸盖23以及预行程活塞26的另一个缸盖33。

简而言之，该装置的工作情况如下，假定该装置例如操纵一个焊钳：从图A所示的大开启位置开始，压力流体供给预行程压力室27，朝右推动预行程活塞26和工作活塞31，直至图2B所示的小开启位置；工作杆34(同时用作预行程杆29)此时仅局部抽出。从该位置开始，压力流体供给到管T中，使工作活塞31在预行程活塞26的室32-32’内朝右移动，从而使工具处于焊钳的全闭合位置，也就是说，处于其工件夹紧位置(见图2C)。

这种双行程致动缸设计不能使用致动缸多级结构来增大工作力。此外，与前述实施例中相同的情况是，保持工作组件的力必须大于或等于施加在工作杆上的力，以便产生焊接应力。实际上，这些力之间的不平衡使工作组件产生反行程，直至工作活塞31与缸盖28相接触。因此，采用这种设计，不增加预行程力，则不能增大焊接应力。

当使用一种多级致动缸，即一种其工作活塞被连接到一个或若干增强级上的致动缸(尤其是气动致动缸)时，上述类型的双行程致动缸(具有接近预行程和工作行程的致动缸)还具有其它一些缺陷。

多级致动缸的这种实施方法，对于一定的直径和压力来说，其缺陷是要以其每个增加的增强级的最低限度的全行程(工作行程和预行程)增加致动缸的长度。由于室的容积增大，因此，移动时间和致动缸的施加作用力的时间同样增加。实际上，占有的空间、平衡、重量、惯性、人体特点、焊接点的可视性以及致动缸的工作速度等制约条件限制了这种单个增强级式致动缸的应用条件。

本发明旨在解决现有技术的所有这些问题，为此，本发明涉及一种用于操纵工具的具有接近预行程和工作行程的致动缸，这种致动缸包括一个致动缸缸体，至少两个活塞当从致动缸缸体抽出时，可以或者沿相同方向或者沿相反方向在所述致动缸缸体中滑动，所述活塞是一个预行程活塞以及至少一个工作活塞，所述工作活塞同操纵工具的一个工作杆相连，所述致动缸主要特征在于，它至少沿其抽出方向，在所述预行程活塞和所述致动缸缸体之间，包括锁紧件，这些锁紧件的操纵可以在预行程运动结束时或者在工作行程运动开始时，从外部加以控制或自动进行控制。

由于预行程活塞可以相对于致动缸缸体进行锁紧，因此，可以根据需要增加对工作活塞的压力，而不会发生不平衡的问题，接近压力可以比较小。还可以增加加强阶段的数量，而不增加接近行程长度的致动缸长度。

也可以借助于锁紧件构成的自控连接装置，对单行程多级致动缸增加“双行程”作用。因此，可以在焊接时控制两个孔口，在夹紧阶段使作用力倍减，并且保持最小的致动缸长度和直径。

根据一个实施例，所述锁紧件布置在所述致动缸缸体和一个同所述预行程活塞相连的预行程杆之间。

在这种情况下，当所述工作杆和所述预行程杆在其进入所述致动缸缸体的位置及其抽出位置之间沿相同方向移动时，最好使工作杆滑动地安装在预行程杆的一个轴向孔中。

至于锁紧件，可以是各种各样的。根据一个实施例，锁紧件包括至少一个适于在所述致动缸缸体的一个前缸盖中横向滑动的锁，该锁是一个小活塞的形状，可以在外部压力作用下，通过压缩一个处于解锁位置上的复位弹簧，锁紧在所述预行程杆的一个孔中。因此，锁紧件是从外部加以控制。

根据其它实施例，尤其是(但不仅仅是)，在预行程活塞和工作活塞从致动缸缸体抽出时沿相反方向移动的情况下，致动缸的特征在于，所述锁紧件在所述致动缸缸体的一个后缸盖上包括一个环形件，该环形件与所述预行程杆同轴，适于由周边作用式弹簧复位到解锁位置，所述环形件在所述预行程活塞结束其接近行程时，在外力作用下或自动地进行与所述复位作用力相反的转动，从而使一个或若干锁锁定在所述预行程杆的孔中。因此，主要是自动控制式锁紧件，但是也可以使环形件在外力作用下进行转动。

在自动控制的情况下，可以使所述预行程活塞在其朝所述后缸盖的端面上包括圆锥形点，这些圆锥形点适于进入到所述环形件上的孔中，使所述环形件转动到其锁紧位置，当所述环形件静止而处于解锁位置时，所述圆锥形点相对于所述孔略微错开。

根据其它进行自动控制的实施例，其中锁紧件也可以由外力加以控制，致动缸的特征在于，它包括一个或若干卡爪，所述卡爪由弹簧沿着使之在所述预行程活塞的侧表面上凸起并且使之进入到致动缸缸体的凹口中的方向进行复位，从而确保所述预行程活塞相对于所述缸体至少沿其抽出方向进行锁定，所述工作活塞包括斜槽，当所述工作活塞返回到完全退回位置时，所述斜槽适于对卡爪的尾端进行作用，使之进入解锁位置。

根据其它实施例，本发明致动缸的特征在于，所述锁紧件包括一个或若干锁，所述锁在所述预行程杆的适当孔中进行径向活动，适于锁定在所述致动缸缸体的一个前缸盖的孔中。

所述锁可以由所述工作杆的一个定位斜槽锁定在所述孔中。

根据其它实施例，所述锁可以由一个斜槽式定位杆定位在所述孔中，该斜槽式定位杆在所述预行程杆内滑动地安装在所述工作杆上。

根据一个比较特殊的实施例，致动缸的特征在于，所述定位杆由所述工作杆控制在所述锁的松开位置和所述锁锁定在所述孔中的锁定位置之间，为此，所述工作杆一方面包括一个凸肩，该凸肩适于通过一个弹性件朝所述锁的锁定位置推压所述定位杆，另一方面，所述工作杆包括一个外止动件，当所述工作杆退回时，该止动件适于使所述定位杆进入所述锁的松开位置。

不管哪种实施例，都可以使所述工作活塞与一个或若干加强活塞相连接，每个加强活塞在一个适于供给所述压力流体的加强室中活动。

现在参照非限制性的实施例和附图3A至3C、4A至4C、5A至5C、6A至6C以及7A至7C来描述本发明的实施方式，这些附图大部分是本发明各种不同的致动缸的轴向剖面示意图。在这些附图的编号中，如同图1A至1C和图2A至2C中的编号那样，字母A示出一个致动缸处于完全退回的位置，也就是说，在它操纵焊钳之类的工具的情况下，处于同焊钳的全开启相应的位置，字母B示出预行程活塞移动到完成接近位置之后的致动缸，也就是说，在它操纵焊钳之类的工具的情况下，处于同焊钳的小开启相应的位置，字母C示出工作活塞移动到其工作位置之后的致动缸，也就是说，在它操纵焊钳之类的工具的情况下，处于例如同焊钳的夹紧相应的位置。图4是图4A至4C所示实施例中使用的锁紧件的正视图。

在可能的情况下，使用与上述标号相同的标号来标示相同或类似的构件、或起相同作用的构件。

在图3A至3C所示实施例中，标号30示出预行程空心杆29的外端部加宽部分，该杆可借助该外端部固定到工具(焊钳)主体5上或者焊机机架上(见图1)。因此，所述外端部加宽部分和接近预行程活塞26这里视为相对于支承件B的固定部分。在前缸盖22上开有用于两个锁43’的径向孔，这两个锁呈小活塞形状，由弹簧朝外复位。

从图3A所示的全开启位置开始(假定致动缸例如是控制一个焊钳或类似工具的闭合)，将压力流体输送到预行程压力室27中，使工作杆34接近，从而使致动缸缸体21(同时使工作活塞31)进入图3B所示的位置(预行程结束时的小开启位置)，在该位置上，上述锁43’相对于预行程杆29的槽45’。将压力流体输送到锁43’的头部，使之处于锁定在槽45’底部的位置。因此，致动缸缸体21相对于预行程活塞26加以锁定。将压力流体输送到工作压力室32，推动工作杆34，使之处于压紧在支承件B上的位置(图3C所示的闭合位置)，即使在室32中有很大压力，也不会使致动缸缸体21产生反冲。

在图3A至3C所示的致动缸工作方式中，假定工作杆34同时进行预行程移动和接连进行的工作移动，工具例如被看作是包括两个铰接臂，一个臂是固定的，另一个臂与工作杆34相连。

相反，使用图4A至4C所示的致动缸，假定焊钳具有两个活动臂：一个臂同预行程杆29相连，进行接近移动(直至支承在支承件A上)，另一个臂同工作杆34相连，进行夹紧互补行程，直至该杆支承在支承件B上。在这种情况下，致动缸缸体21上还包括预行程杆29的锁紧件。为此，在致动缸缸体的后缸盖23上配有一个转动环形件51，该环形件同预行程杆29同轴，并且适于被连接在所述环形件和缸盖之间的周边作用式弹簧52(见图4)复位到解锁位置。环形件由四个孔53轴向穿过，在中央包括一个具有锁珠55的凸轮54。该凸轮包括四个槽，锁珠55只要支承在预行程杆29的自由表面上，即可在槽中处于解锁位置。

预行程活塞26面对缸盖23包括四个圆锥形点56，停机时，这些圆锥形点相对于孔53略微偏心一些。

从图4A所示的焊钳全开启位置开始，压力流体注入到室27中(从室27’排出)，使预行程活塞26朝左移动，直至其杆29支承在支承件A上，从而使焊钳或类似工具处于小开启位置(致动缸缸体21这里是固定的)。圆锥形点56进入环形件51的孔53中，使环形件转动(活塞26被阻止转动)，这样，通过凸轮54的转动，使球55锁定在预行程杆29的相应槽中。因此，致动缸缸体21相对于该杆和支承件A加以锁定。接着，将流体甚至高压流体注入到工作压力室32中(室32’排气)，不会使致动缸缸体21产生反行程：所述流体只能朝右推动工作杆，直至处于焊钳的闭合位置，也就是说，杆34支承在支承件B上(见图4C)。

当然，对于所有实施例来说，从位置C回到位置B，或者从位置B回到位置A，都是自然而然进行的，使室27’和32’增压，而使室27和32排气。

在图5A至5C所示的实施例中，实施方式类似于参照图2A至2C所示的先有技术所述的实施方式，预行程活塞26滑动地安装在致动缸缸体21中，呈一个圆柱体形状，接纳一个工作活塞31及其工作杆34、以及一个加强活塞31a及其工具操纵杆34a。该预行程活塞26由一个辅助预行程活塞26a进行作用，该辅助预行程活塞安装在一个构成致动缸缸体21延伸段的圆柱体21a中，其辅助预行程杆29a同预行程活塞26的一个后缸盖28相连接。在该缸盖28上转动地安装有两个卡爪57，这两个卡爪由弹簧沿着使之在预行程活塞26的侧表面上凸起、使之进入致动缸缸体21的凹口58中、并且使其端部锁定在凹口中的方向进行复位(见图5A)。工作活塞31在工作压力室32的侧面包括两个斜坡式销59(见图5C)，这两个斜坡式销适于对卡爪57的尾端进行作用，以便当活塞31靠近缸盖28时，使卡爪进入解锁位置。

该装置的工作情况如下：从图5A所示的全开启位置开始，对辅助预行程压力室27a增压，使辅助预行程活塞26a和预行程活塞26朝左移动。当然，这种移动使工作活塞31和工具操纵杆34a也朝左移动。此时，整个系统占据小开启位置，或预行程结束位置，如图5B所示。

一旦工作压力室32中增压，工作活塞31就开始朝左移动，松开卡爪57，其端部可以锁定在致动缸缸体21的凹口58中：预行程活塞26此时即使在室32中很大压力的作用下也被阻止相对于缸体21朝右移动。因此，这个可由加强阶段予以增强的压力推动活塞31a和操纵杆34a，直至工具的夹紧和闭合位置(见图5C)。

工作活塞31在其返回到图5B所示的位置时，松开卡爪57，从而使预行程活塞26解锁，然后，预行程活塞26和杆34a返回到图5A所示的大开启位置。

现在参照非限制性实施例和附图6A至6C来描述本发明一个实施方式，图6A至6C是处于其各个不同工作位置的本发明一个双行程多级气动致动缸的轴向剖面图。

气动致动缸的圆柱形缸体21在其端部由一个前缸盖22和一个后缸盖23加以封闭。它在侧面包括管子24和25，这些管子同阀门相连，根据各个不同的工作阶段，可以使压缩空气进入致动缸的各个不同的室，或者使之排出。

可以在致动缸缸体21中移动的有：

-一个预行程活塞26，该预行程活塞位于前缸盖22和一个中间缸盖28之间的一个预行程压力室27中，与一个空心预行程杆29相连，该杆在其外端部具有一个加宽部分30，通过该加宽部分可以固定到工具(焊钳)的主体5或焊机的机座上；

-一个工作活塞31，该工作活塞位于中间缸盖28和另一个中间缸盖33之间的一个工作压力室32中，与一个工作杆34相连，该杆通过一个斜槽式定位杆35滑动地安装在预行程杆29中。工作杆34的外端部在定位杆35上凸起，对工具的一个活动部分进行作用，以便例如对待焊接板材施加焊钳焊接操作所需的夹紧力；

-两个加强活塞36和37，这两个活塞安装在加强室38和40中，加强室38位于中间缸盖33和另一个缸盖39之间，加强室40位于中间缸盖39和后缸盖23之间。两个活塞36和37(数量可以多一些)分别与杆41和42相连，通过这两个杆可以对工作杆34施加一种互补推力。

气动致动缸缸体21可以相对于固定预行程杆29进行轴向移动，并且加以锁紧。为此，致动缸包括一组锁珠43，这组锁珠安装在预行程杆29的孔44中，适于借助上述斜槽式定位杆35的作用，锁定在缸盖22的槽45中，斜槽式定位杆在斜槽端部包括一个鼓起部分46，并轴向滑动地安装在工作杆34和预行程杆29之间。

定位杆35可以一方面通过位于工作杆34的一个凸肩48以及杆34和35间的一个环形件49之间的一个压缩弹簧47，另一方面通过配置在工作杆34外端部附近并适于支承在斜槽式定位杆35的自由端上的一个止动件50，沿两个方向进行轴向操纵。

所述气动致动缸的工作情况如下：

处于图6A所示的位置时，在室27、32、38和40中，对预行程活塞26的后端面以及对工作活塞31及加强活塞36和37的前端面施加压力。室27中的压力引起中间缸盖28和致动缸缸体21后退(相对于工具和固定预行程杆29来说)，而室32、38和40(或其中之一)中的压力则使工作杆34保持在其相对于工具来说的最大退回位置上，相应于焊钳的全开启位置。

从该位置开始，通过保持对活塞31、36和37的前端面施加的压力，也对预行程活塞26的前端面施加压力，即可达到焊钳的小开启位置，已经增压的室27的其它部分此时排气(图6B中活塞26的右面)。由于活塞26和预行程杆29相对于工具加以固定，因此，施加在前缸盖22上的压力引起致动缸缸体21和工作杆34朝工具移动，从而占据焊钳的小开启位置。

从图6B所示的该小开启位置开始，可以通过对预行程活塞26的后端面施加压力而返回图6A所示的大开启位置，或者可以控制焊钳的闭合位置，以便进行板材12和13的压紧操作和焊接操作。

为此，只要保持对预行程活塞26前端面的压力，使致动缸缸体21保持在图6B和6C所示的位置，只要在室32、38和40中对工作活塞31和加强活塞36和37的后端面施加压力，就行了(当然，在这些活塞的前端面一侧，与这些室相对的隔间进行排气)。

因此，工作杆34相对于致动缸缸体21朝图6C的左面移动，从而使预行程杆29锁紧在致动缸缸体21上：实际上，定位杆35的鼓起部分46由支承在工作杆的凸肩48上的弹簧47加以推动，朝外对锁珠43进行作用，使之锁定在前缸盖22的槽45的底部。因此，工作室32以及加强室38和40中的压力(对相应活塞的后端面的压力)不会引起致动缸缸体21朝右产生反冲。缸体锁定在图6C所示的位置上，该压力只能使工作杆34移动到图6C所示的与焊钳的闭合相应的工作位置。

当施加焊接作用力时，锁珠43对定位杆35施加较大的压力，因此，定位杆35可以锁定。这并不阻止工作杆34沿退回方向继续移动，因为该杆还可以在定位杆35中滑动，压缩弹簧47。因此，焊条2’和3’(或其它工具)在施加其作用力时，它们沿夹紧方向的移动是不受阻止的。

从图6C所示的工作位置开始，通过改变工作室32及加强室38和40中的压力方向，使杆34在缸体21中退回，即可返回图6B所示的小开启位置。当再进入时，支承在定位杆35端部的杆34的止动件50可以在致动缸缸体21和预行程杆29之间获得解锁，然后，可以按照以上所描述的方式返回图6A所示的全开启位置。

图7A至7C所示的实施例与图6A至6C所示的实施例是同一类型的，但较为简化：没有定位杆35，对锁珠43进行作用的斜槽60直接配置在工作杆34上。

从图7A所示的大开启位置开始，致动缸缸体21朝左的移动使前缸盖22的槽45面对预行程杆29的锁珠43。工作杆34的等量移动(工作活塞31支承在缸盖33上)使之处于图7B所示的小开启位置。因此，对工作压力室32施加压力，使工作杆34朝左移动，直至图7C所示的闭合位置。要注意的是，这种移动一开始，杆34的斜槽60(或圆锥形部分)使锁珠43进入缸盖22的槽45中，从而使预行程活塞26相对于致动缸缸体21加以锁定。由于预行程活塞26是固定的，因此，即使夹紧压力高，致动缸缸体21也不能朝右产生反冲。

换句话说，根据本发明，完全可以使用减小的预行程作用力保持较高的夹紧力，从而可以节约压力流体，赢得反应时间。另一方面，完全可以增大加强阶段的数量，而不会过分地增大致动缸的长度和容积。