JP5547920B2 - U-axis holder unit - Google Patents
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Description
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械に装着されるU軸ホルダユニットに関する。 The present invention relates to a U-axis holder unit mounted on a machine tool such as a machining center.
主軸回転中心回りの駆動軸の回転量を、主軸回転中心と直交する方向の刃具の切込み送り量に変換する変換機構を備えたU軸ホルダユニットの従来例として、特許文献1、2に記載のものが挙げられる。前記変換機構として、特許文献1には遊星歯車機構および差動歯車機構から構成した技術が記載されており、同文献の符号を付して説明すれば、駆動軸71の回転力を伝達用歯車72から差動歯車機構6を経て遊星歯車機構10に伝え、駆動用ベベルギヤ11の回転による送りねじ作用によってネジ棒31を移動させて刃具付きのスライド部3をスライドさせる技術が記載されている。
As a conventional example of a U-axis holder unit provided with a conversion mechanism that converts the amount of rotation of the drive shaft around the center of rotation of the spindle into the cutting feed amount of the cutting tool in the direction orthogonal to the center of rotation of the main shaft,
一方、特許文献2には、前記変換機構としてラックアンドピニオン機構から構成した技術が記載されており、同文献の符号を付して説明すれば、送り軸11の頭部にピニオン12を形成し、刃物台14を取り付けたラックスライダ9のラック13をピニオン12に噛合させる技術が記載されている。
On the other hand,
しかしながら、特許文献1、特許文献2の技術はいずれも歯車機構を用いる構造のために、バックラッシによる刃具の位置ずれが起きやすいという問題がある。
However, both the techniques of
本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、刃具の位置ずれを容易に抑制可能なU軸ホルダユニットを提供することを目的としている。 The present invention was created in order to solve such problems, and an object thereof is to provide a U-axis holder unit that can easily suppress the displacement of the cutting tool.
前記課題を解決するため、本発明は、刃具を主軸回転中心と交差する方向に移動させるU軸ホルダユニットにおいて、主軸回転中心回りに回転するハウジングと、主軸回転中心に同心状に設けられ、前記ハウジングと異なる回転数で回転可能な駆動軸と、前記ハウジング内に設けられ、前記駆動軸の回転数と前記ハウジングの回転数との差により油圧を発生する油圧発生手段と、を備え、前記油圧発生手段からの油圧により前記刃具を移動させる構成としたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a U-axis holder unit that moves a cutting tool in a direction intersecting with a spindle rotation center, a housing that rotates around the spindle rotation center, and a concentric arrangement with the spindle rotation center, A drive shaft capable of rotating at a rotational speed different from that of the housing; and a hydraulic pressure generating means that is provided in the housing and generates a hydraulic pressure according to a difference between the rotational speed of the drive shaft and the rotational speed of the housing. The cutting tool is moved by hydraulic pressure from the generating means.
当該構成によれば、刃具の切込み送り量が油圧によって制御されることとなるので、刃具の送り精度が向上し、刃具の位置ずれを抑制できる。 According to the said structure, since the cutting feed amount of a blade tool will be controlled by hydraulic pressure, the feed precision of a blade tool will improve and the position shift of a blade tool can be suppressed.
また、本発明は、ロッドの駆動により主軸回転中心に沿う方向に作動する第1ピストンを有した前記油圧発生手段としての第1油圧シリンダ室と、ロッドの先端側に刃具が取り付けられ、前記刃具の移動方向に作動する第2ピストンを有した第2油圧シリンダ室と、前記第1油圧シリンダ室と前記第2油圧シリンダ室とを接続する油圧閉回路と、を備えることを特徴とする。 According to the present invention, there is provided a first hydraulic cylinder chamber as the hydraulic pressure generating means having a first piston that operates in a direction along a spindle rotation center by driving a rod, and a cutting tool attached to a tip end side of the rod. And a second hydraulic cylinder chamber having a second piston that operates in a moving direction of the first hydraulic cylinder, and a hydraulic closed circuit that connects the first hydraulic cylinder chamber and the second hydraulic cylinder chamber.
当該構成によれば、簡単な油圧回路となるために油圧機構をハウジング内に容易に収めることができ、U軸ホルダユニットのコンパクト化が図れる。 According to this configuration, since the hydraulic circuit is simple, the hydraulic mechanism can be easily accommodated in the housing, and the U-axis holder unit can be made compact.
また、本発明は、前記油圧閉回路は、前記第1油圧シリンダ室と前記第2油圧シリンダ室のヘッド側油室同士およびロッド側油室同士を接続した構成からなることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the closed hydraulic circuit has a configuration in which head-side oil chambers and rod-side oil chambers of the first hydraulic cylinder chamber and the second hydraulic cylinder chamber are connected to each other.
油圧閉回路としては、ヘッド側油室同士のみの間で油圧閉回路を構成し、ロッド側油室については空気室とすることも可能であり、逆にロッド側油室同士のみの間で油圧閉回路を構成し、ヘッド側油室については空気室とすることも可能であるが、空気室を大気開放させる通気孔が必要となる。これに対し、ヘッド側油室同士とロッド側油室同士の両方について油圧閉回路を構成すれば、通気孔を設ける必要もなくなるのでハウジングの密閉構造化が容易に図れる。 As the hydraulic closed circuit, it is possible to configure a hydraulic closed circuit only between the head side oil chambers, and the rod side oil chamber can be an air chamber. Although a closed circuit can be configured and the head side oil chamber can be an air chamber, a vent hole for opening the air chamber to the atmosphere is required. On the other hand, if a hydraulic closed circuit is configured for both the head-side oil chambers and the rod-side oil chambers, it is not necessary to provide a vent hole, so that the housing can be easily sealed.
また、本発明は、前記第1ピストンのロッドは、前記駆動軸を雄ねじとする送りねじ機構の動作によって駆動することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the rod of the first piston is driven by an operation of a feed screw mechanism having the drive shaft as a male screw.
当該構成によれば、駆動軸の回転を第1ピストンの動作に変換する機構として、部品点数の削減およびコンパクト化が図れる。 According to this configuration, the number of parts can be reduced and the structure can be reduced as a mechanism for converting the rotation of the drive shaft into the operation of the first piston.
また、本発明は、前記第1油圧シリンダ室に並設され、ロッドの駆動により主軸回転中心に沿う方向に作動する第3ピストンを有した第3油圧シリンダ室と、前記第2油圧シリンダ室に並設され、主軸回転中心と交差する方向にバランスウェイトとして作動する第4ピストンを有した第4油圧シリンダ室と、前記第3油圧シリンダ室と前記第4油圧シリンダ室とを接続する油圧閉回路と、をさらに備え、前記送りねじ機構は前記駆動軸の雄ねじに螺合するスライダを備えた構成からなり、該スライダに前記第1ピストンおよび前記第3ピストンの各ロッドが取り付けられていることを特徴とする。 Further, the present invention provides a third hydraulic cylinder chamber having a third piston that is arranged in parallel with the first hydraulic cylinder chamber and operates in a direction along the spindle rotation center by driving a rod, and the second hydraulic cylinder chamber. A hydraulic closed circuit that connects the third hydraulic cylinder chamber and the fourth hydraulic cylinder chamber, and a fourth hydraulic cylinder chamber that is provided in parallel and has a fourth piston that operates as a balance weight in a direction intersecting the spindle rotation center. And the feed screw mechanism includes a slider that is screwed to the male screw of the drive shaft, and the rods of the first piston and the third piston are attached to the slider. Features.
当該構成によれば、スライダに第1油圧シリンダの駆動ロッドとともに第3油圧シリンダの駆動ロッドも取り付けることで、バランスウェイト側における部品点数の削減およびコンパクト化が図れる。 According to this configuration, the number of parts on the balance weight side and reduction in size can be achieved by attaching the drive rod of the third hydraulic cylinder together with the drive rod of the first hydraulic cylinder to the slider.
また、本発明は、前記スライダを前記駆動軸に沿う方向に常時付勢する付勢部材を設けたことを特徴とする。 In addition, the present invention is characterized in that a biasing member that constantly biases the slider in a direction along the drive shaft is provided.
歯車機構に比べて送りねじ機構のバックラッシはさほど生じるものではないが、スライダを駆動軸に沿う方向に常時付勢する付勢部材を設ければ、送りねじ機構のバックラッシを確実に抑制でき、刃具の送り精度が一層向上する。 Although the backlash of the feed screw mechanism does not occur much as compared with the gear mechanism, the backlash of the feed screw mechanism can be reliably suppressed by providing a biasing member that constantly biases the slider in the direction along the drive shaft. The feed accuracy is further improved.
本発明によれば、刃具の切込み送り量が油圧によって制御されることとなり、刃具の送り精度が向上し、刃具の位置ずれが抑制される。 According to the present invention, the cutting feed amount of the cutting tool is controlled by hydraulic pressure, the feeding accuracy of the cutting tool is improved, and the positional deviation of the cutting tool is suppressed.
図1において、U軸ホルダユニット1の他端側には、マシニングセンタ等の工作機械の主軸(図示せず)にシャンク面同士の密着によって装着される着脱ホルダ2が一体に設けられている。この着脱ホルダ2はU軸ホルダユニット1のハウジング3に対して一体に成形されたものでもよいし、別部材であってもよい。
In FIG. 1, a
U軸ホルダユニット1は、主軸回転中心P回りに回転する駆動軸5を備える。符号6は駆動軸5をハウジングキャップ4に支承させる軸受である。詳述はしないが、着脱ホルダ2のプルスタッド2aは例えば着脱ホルダ2に対して回転自在に取り付けられ、主軸側の回転部材(図示せず)と連結して回転するようになっている。駆動軸5は例えば減速機(図示せず)等を介してこのプルスタッド2aと連結することで回転する。また、プルスタッド2aが着脱ホルダ2に対して回転不能に構成されている場合には、例えばプルスタッド2aを中空とし、この中空部を介して主軸側の回転部材と駆動軸5とが連結される。
The U-axis
図2において、U軸ホルダユニット1の一端側には、ハウジング3と駆動軸5との間に適宜な回転速度差を生じさせることで、主軸回転中心Pと交差する方向、本実施形態では直交する方向に切込み送りされる刃具(カッタチップT)が設けられている。本発明に係るU軸ホルダユニット1は、駆動軸5の回転量をカッタチップTの切込み送り量に変換する構造として、駆動軸5の回転力に基づいて油圧を発生する油圧発生手段7をハウジング3内に備え、この油圧発生手段7からの油圧によりカッタチップTを移動させる構成としたことを主な特徴とする。
In FIG. 2, an appropriate rotational speed difference is generated between the
U軸ホルダユニット1は、ロッド8A(以降、駆動ロッドという)の駆動により主軸回転中心Pに沿う方向に作動する第1ピストン8を有した前記油圧発生手段7としての第1油圧シリンダ室9と、ロッド10Aの先端側にカッタチップTが取り付けられ、カッタチップTの移動方向に、本実施形態では主軸回転中心Pと直交する方向に作動する第2ピストン10を有した第2油圧シリンダ室11と、第1油圧シリンダ室9と第2油圧シリンダ室11とを接続する油圧閉回路と、を備える。
The U-axis
本実施形態において、第1ピストン8は、駆動軸5を雄ねじとする送りねじ機構12の動作によって作動する。図1に示すように、駆動軸5の先端には雄ねじ5Aが螺設されており、この雄ねじ5Aにスライダ13が螺合している。スライダ13は、その外周がハウジング3のスライダ収容空間14の内周壁14Aに摺接する円形の部材として形成され、中心部にて雄ねじ5Aと螺合しているものの、偏心位置で第1ピストン8の駆動ロッド8A等と連結しているため、ハウジング3に対して相対回転不能となり、駆動軸5と連れ回ることなく駆動軸5に沿って移動する。
In the present embodiment, the
図2において、第1油圧シリンダ室9、第2油圧シリンダ室11は、例えばハウジング3の一端側の中実部に穿設加工される態様で形成される。第1油圧シリンダ室9は、例えば前記スライダ収容空間14の一端壁14Bに穿設加工された孔空間からなり、その開口部が後記するばね支持片17により塞がれることでシリンダ室が構成される。また、ハウジング3の一端側の外周面は主軸回転中心Pを挟んだ2箇所にて切り欠き形成されており、各切り欠き底面15は主軸回転中心Pと平行な面をなし、かつ互いに対向するように形成されている。第2油圧シリンダ室11は、両切り欠き底面15にわたって貫通するように穿設加工された孔空間からなり、両開口部が各切り欠き底面15に固設した平板状のハウジングプレート16により塞がれることでシリンダ室が構成される。
In FIG. 2, the first
スライダ収容空間14の一端壁14Bには円板状のばね支持片17が固設されており、第1ピストン8の駆動ロッド8Aは、このばね支持片17を挿通してスライダ13に連結している。勿論、駆動ロッド8Aが挿通するばね支持片17の孔には適宜にオイルシール処理が施されている。ばね支持片17とスライダ13との間には、スライダ13を駆動軸5に沿う方向、本実施形態ではスライダ13をU軸ホルダユニット1の他端側に向けて常時付勢する付勢部材としての圧縮コイルばね30が設けられている。
A disc-like
第2ピストン10のロッド10Aは一方のハウジングプレート16を挿通し、その先端にはカッタチップTを有する刃具支持片18が固設されている。ロッド10Aが挿通するハウジングプレート16の孔には適宜にオイルシール処理が施される。特に、孔の外面側は大径に形成されており、この大径部には、ロッド10Aとの隙間をシールするリング状のシール部材31が付設されている。刃具支持片18は、側面視L字形状を呈しており、その一辺部がロッド10Aに固設され、他辺部は、カッタチップTをがたつきなく移動させるために、ハウジング3の端面に設けたガイド溝19(図1参照)に摺動可能に嵌合している。
The
前記油圧閉回路として、第1油圧シリンダ室9の第1ピストン8を挟んでピストンヘッド側に形成されるヘッド側油室9Aと、第2油圧シリンダ室11の第2ピストン10を挟んでピストンヘッド側に形成されるヘッド側油室11Aとが油路20により連通して当該回路に作動油が充填され、第1油圧シリンダ室9の第1ピストン8を挟んでロッド側に形成されるロッド側油室9Bと、第2油圧シリンダ室11の第2ピストン10を挟んでロッド側に形成されるロッド側油室11Bとが油路21により連通して当該回路に作動油が充填されている。
As the hydraulic closed circuit, the piston head is sandwiched between the head-
以上のカッタチップT用の油圧機構と同様にして、U軸ホルダユニット1にはバランスウェイト用の油圧機構が設けられる。バランスウェイト用の油圧機構は、図1に示すように、第1油圧シリンダ室9に並設され、駆動ロッド22Aの駆動により主軸回転中心Pに沿う方向に作動する第3ピストン22を有した第3油圧シリンダ室23と、第2油圧シリンダ室11に並設され、主軸回転中心Pと交差する方向に、本実施形態では主軸回転中心Pと直交する方向に、かつバランスウェイトとして第2ピストン10と反対方向に作動する第4ピストン24を有した第4油圧シリンダ室25と、第3油圧シリンダ室23と第4油圧シリンダ室25とを接続する油圧閉回路と、を備えている。駆動ロッド8Aと同様に、第3ピストン22の駆動ロッド22Aもばね支持片17を挿通してスライダ13に連結している。
Similar to the hydraulic mechanism for the cutter tip T described above, the
このバランスウェイト用の油圧機構は、主軸回転中心Pを挟んでカッタチップT用の油圧機構と180度反対の位置に設けられており、第4ピストン24の作動方向が第2ピストン10と反対方向である点を除けばカッタチップT用の油圧機構と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
The hydraulic mechanism for the balance weight is provided at a position 180 degrees opposite to the hydraulic mechanism for the cutter tip T across the spindle rotation center P, and the operation direction of the
各油圧機構は構造が簡単でコンパクトとなることから、これらは全てU軸ホルダユニット1のハウジング(ハウジング3、ハウジングキャップ4、ハウジングプレート16)に容易に内蔵可能となり、ハウジングの内外を通して可動する構成部材は、図3に示すように、第2ピストン10のロッド10Aと第4ピストン24のロッドのみとなっている。したがって、これらのロッドが挿通するハウジングの孔を前記シール部材31でシールすることで、ハウジングの内部を容易に密閉構造にすることができ、ハウジングの内部へのクーラントや切粉の侵入を抑制できる。
Since each hydraulic mechanism has a simple structure and becomes compact, all of them can be easily built in the housing (
U軸ホルダユニット1は以上のように構成され、図5において、駆動軸5の回転数がハウジング3(主軸)の回転数よりも高い場合には、雄ねじ5Aに螺合したスライダ13が送りねじ作用によってU軸ホルダユニット1の一端側に移動し、それぞれ駆動ロッド8A、22Aを介して第1ピストン8、第3ピストン22がU軸ホルダユニット1の一端側に移動することで第1油圧シリンダ室9、第3油圧シリンダ室23に油圧が発生する。油圧閉回路においては、第1油圧シリンダ室9のヘッド側油室9A内の作動油が油路20を介して第2油圧シリンダ室11のヘッド側油室11Aに流れ、第2油圧シリンダ室11のロッド側油室11B内の作動油が油路21を介して第1油圧シリンダ室9のロッド側油室9Bに流れる。第3油圧シリンダ室23および第4油圧シリンダ室25においても同様である。これにより、第2ピストン10および第4ピストン24が作動して、カッタチップTおよびバランスウェイトが送り側に移動する。
The
駆動軸5の回転数がハウジング3(主軸)の回転数よりも低い場合は逆の動作となり、スライダ13がU軸ホルダユニット1の他端側に移動し、第1ピストン8がU軸ホルダユニット1の他端側に移動して、ヘッド側油室11Aからヘッド側油室9Aに作動油が流れ、ロッド側油室9Bからロッド側油室11Bに作動油が流れる。第3油圧シリンダ室23および第4油圧シリンダ室25においても同様である。これにより、カッタチップTおよびバランスウェイトが戻し側に移動する。
When the rotational speed of the
以上のように、駆動軸5の回転力に基づいて油圧を発生する油圧発生手段7をハウジング3内に備え、この油圧発生手段7からの油圧によりカッタチップTを移動させる構成とすれば、カッタチップTの切込み送り量が油圧によって制御されるため、カッタチップTの送り精度が向上し、カッタチップTの位置ずれを抑制できる。
As described above, if the hydraulic pressure generating means 7 for generating the hydraulic pressure based on the rotational force of the
また、駆動ロッド8Aの駆動により主軸回転中心Pに沿う方向に作動する第1ピストン8を有した油圧発生手段7としての第1油圧シリンダ室9と、ロッド10Aの先端側にカッタチップTが取り付けられ、カッタチップTの移動方向に作動する第2ピストン10を有した第2油圧シリンダ室11と、第1油圧シリンダ室9と第2油圧シリンダ室11とを接続する油圧閉回路と、を備える構成とすれば、簡単な油圧回路となるために油圧機構をハウジング3内に容易に収めることができ、U軸ホルダユニット1のコンパクト化が図れる。
Further, a first
また、油圧閉回路としては、第1油圧シリンダ室9と第2油圧シリンダ室11のヘッド側油室9A、11A同士のみの間で油圧閉回路を構成し、ロッド側油室9B、11Bについては空気室とすることも可能であり、逆にロッド側油室9B、11B同士のみの間で油圧閉回路を構成し、ヘッド側油室9A、11Aを空気室とすることも可能である。但し、この場合には空気室を大気開放させる通気孔が必要となるため、ハウジング3を密閉構造とすることが困難となる。これに対し、ヘッド側油室9A、11A同士とロッド側油室9B、11B同士の両方について油圧閉回路を構成すれば、通気孔を設ける必要もなくなるのでハウジング3の密閉構造化が容易に図れる。
As the hydraulic closed circuit, a hydraulic closed circuit is formed only between the head
さらに、第1ピストン8のロッド8Aを、駆動軸5を雄ねじとする送りねじ機構12の動作によって駆動させる構造とすれば、駆動軸5の回転を第1ピストン8の動作に変換する機構として、部品点数の削減およびコンパクト化が図れる。特に本実施形態のようにバランスウェイト用の油圧機構も有している場合、送りねじ機構12のスライダ13に駆動ロッド8Aとともに駆動ロッド22Aも連結することで、バランスウェイト側における部品点数の削減およびコンパクト化も図れる。
Further, if the
また、歯車機構に比べて送りねじ機構のバックラッシはさほど生じるものではないが、スライダ13を駆動軸5に沿う方向に常時付勢する付勢部材(圧縮コイルばね30)を設ければ、送りねじ機構12のバックラッシを確実に抑制でき、カッタチップTの送り精度が一層向上する。
Further, although the backlash of the feed screw mechanism does not occur so much as compared with the gear mechanism, if a biasing member (compression coil spring 30) for constantly biasing the
以上、本発明の好適な実施形態を説明した。前記付勢部材としては、圧縮コイルばねの他に、皿ばねや板ばねなどの弾発部材が挙げられる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above. Examples of the biasing member include elastic members such as a disc spring and a leaf spring in addition to the compression coil spring.
1 U軸ホルダユニット
3 ハウジング
5 駆動軸
7 油圧発生手段
8 第1ピストン
8A 駆動ロッド(ロッド)
9 第1油圧シリンダ室
9A ヘッド側油室
9B ロッド側油室
10 第2ピストン
10A ロッド
11 第2油圧シリンダ室
11A ヘッド側油室
11B ロッド側油室
12 送りねじ機構
13 スライダ
22 第3ピストン
23 第3油圧シリンダ室
24 第4ピストン
25 第4油圧シリンダ室
30 圧縮コイルばね(付勢部材)
P 主軸回転中心
T カッタチップ(刃具)
1
9 first
P Spindle center T Cutter tip
Claims (6)
主軸回転中心回りに回転するハウジングと、
主軸回転中心に同心状に設けられ、前記ハウジングと異なる回転数で回転可能な駆動軸と、
前記ハウジング内に設けられ、前記駆動軸の回転数と前記ハウジングの回転数との差により油圧を発生する油圧発生手段と、
を備え、
前記油圧発生手段からの油圧により前記刃具を移動させる構成としたことを特徴とするU軸ホルダユニット。 In the U-axis holder unit that moves the cutting tool in a direction crossing the spindle rotation center,
A housing that rotates about the center of rotation of the spindle;
A drive shaft provided concentrically at the main shaft rotation center and capable of rotating at a rotation speed different from that of the housing;
A hydraulic pressure generating means that is provided in the housing and generates hydraulic pressure according to a difference between the rotational speed of the drive shaft and the rotational speed of the housing ;
With
A U-axis holder unit configured to move the cutting tool by hydraulic pressure from the hydraulic pressure generating means.
ロッドの先端側に刃具が取り付けられ、前記刃具の移動方向に作動する第2ピストンを有した第2油圧シリンダ室と、
前記第1油圧シリンダ室と前記第2油圧シリンダ室とを接続する油圧閉回路と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のU軸ホルダユニット。 A first hydraulic cylinder chamber as the hydraulic pressure generating means having a first piston that operates in a direction along the spindle rotation center by driving a rod;
A second hydraulic cylinder chamber having a second piston that is attached to the distal end side of the rod and that operates in the moving direction of the blade;
A hydraulic closed circuit connecting the first hydraulic cylinder chamber and the second hydraulic cylinder chamber;
The U-axis holder unit according to claim 1, comprising:
前記第2油圧シリンダ室に並設され、主軸回転中心と交差する方向にバランスウェイトとして作動する第4ピストンを有した第4油圧シリンダ室と、
前記第3油圧シリンダ室と前記第4油圧シリンダ室とを接続する油圧閉回路と、
をさらに備え、
前記送りねじ機構は前記駆動軸の雄ねじに螺合するスライダを備えた構成からなり、
該スライダに前記第1ピストンおよび前記第3ピストンの各ロッドが取り付けられていることを特徴とする請求項4に記載のU軸ホルダユニット。 A third hydraulic cylinder chamber provided in parallel with the first hydraulic cylinder chamber and having a third piston that operates in a direction along the spindle rotation center by driving of a rod;
A fourth hydraulic cylinder chamber provided in parallel with the second hydraulic cylinder chamber and having a fourth piston that operates as a balance weight in a direction intersecting the spindle rotation center;
A hydraulic closed circuit connecting the third hydraulic cylinder chamber and the fourth hydraulic cylinder chamber;
Further comprising
The feed screw mechanism comprises a slider that is screwed into a male screw of the drive shaft,
The U-axis holder unit according to claim 4, wherein the rods of the first piston and the third piston are attached to the slider.
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