一種彈簧加工緩沖裝置

郭雪冰 胡躍洋 霍凱翔

摘 要：隨著機械技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機械對彈簧有了更高的要求，多股螺旋彈簧應(yīng)運而生。目前，國內(nèi)多股螺旋彈簧仍然處于研究階段，面臨的主要困難是難以加工制造。多股螺旋彈簧擰索機工作原理與市面現(xiàn)有繞簧機相沖突，無法直接連用。本文主要介紹了多股螺旋彈簧繞簧裝置緩沖機構(gòu)的運用背景、原理選型以及對于其發(fā)展的展望。最后指出，多股螺旋彈簧在國內(nèi)運用不成熟，打破國外技術(shù)壟斷，是機械創(chuàng)新的目的，對于國家機械的發(fā)展有著巨大的推進作用。

關(guān)鍵詞：多股彈簧；繞簧裝置；緩沖機構(gòu)

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A

1彈簧加工

1.1加工原理。彈簧的加工主要有以下兩種方式：

（1）冷成型：直接將鋼絲繞制成型?？稍诔叵录庸?，且不需要復(fù)雜的加工設(shè)備。但是鋼絲不宜過粗；繞制成型的彈簧內(nèi)應(yīng)力大，需消除才能使用。

（2）加熱成型：將鋼絲加熱軟化后，經(jīng)行繞制彎曲工作。缺點是效率低下，工作困難、復(fù)雜。

1.2加工分類。根據(jù)彈簧的制作原理，卷制設(shè)備一般采用冷成型，分有芯軸與無芯軸卷制彈簧機。

（1）無芯軸卷簧。工作內(nèi)容包括：自動卷繞、切斷、記數(shù)。以循環(huán)完成彈簧成型工作，因此工作強度小、效率高。適用于不同彈簧的規(guī)格和類型，能卷制圓柱螺旋壓縮彈簧圓錐形等多種彈簧。

（2）有芯軸卷簧。工作原理為鋼絲緊固在安裝于芯軸的卡盤上隨其做復(fù)合運動。用芯軸卷制彈簧，工作量大、效率低、質(zhì)量低。多用于中、小批量和非標件的生產(chǎn)。

1.3加工現(xiàn)狀。現(xiàn)有的多股彈簧加工工作需要人工操作，精確度低，穩(wěn)定性差，不能使其按照指定規(guī)格批量生產(chǎn)，難以測得規(guī)律的數(shù)據(jù)，用以更進一步的研究。如能改變其生產(chǎn)方式，使其在自動化，批量化生產(chǎn)方面有所提高，將會改善現(xiàn)有狀態(tài)。

2設(shè)計原理

2.1緩沖機構(gòu)原理?，F(xiàn)有自動繞簧機不可直接應(yīng)用于多股螺旋彈簧的繞制。多股螺旋彈簧的擰索機構(gòu)是連續(xù)工作，連續(xù)出絲的，每制成一段彈簧，須停止進絲以完成剪切。所以，為了使現(xiàn)有的繞簧裝置可以應(yīng)用于多股彈簧擰索機，需增加緩沖裝置，根據(jù)要求控制進絲速度。

方案設(shè)計：以電動機加絲桿滑臺作為主體。配合控制器及光電開關(guān)進行控制，利用編程進行控制，可實現(xiàn)精確的控制，適用于多種類型彈簧的加工制造中，并且可以保障加工精度以及工作安全，保證加工效率。

2.2機構(gòu)運動原理。以電動機正、反轉(zhuǎn)帶動絲桿滑臺上下移動，固定在滑臺上的滑輪機構(gòu)引導(dǎo)鋼絲進行適當?shù)倪\動，便可以完成緩沖要求。當繞簧機暫停進絲，進行切斷時，緩沖機構(gòu)壓鋼絲向下運動，保證擰索機可以繼續(xù)出絲；當繞簧機再次繞簧時，緩沖機構(gòu)以相配合的速度向上運動，保證進、出絲的順利。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計

電動主動式緩沖機構(gòu)由電動機、滾珠絲桿滑臺、步進電機控制器、驅(qū)動器以及滑輪組（連桿、滑輪、滑輪機架、軸承、滑輪軸以及連接零件組成）。

3.1電動機。電動機是緩沖裝置的主要元件。電動機的正、反轉(zhuǎn)帶動滾珠絲桿滑臺的滑臺上下移動，完成相應(yīng)的緩沖動作。電動機安裝在滾珠絲桿滑臺的頂端，通過接受控制器的所控制的電信號進行相應(yīng)的行為。對于不同的加工要求，電動機應(yīng)當具備相應(yīng)的能力完成加工任務(wù)，所以，如何選取適當?shù)碾妱訖C就是非常重要的。合適的電動機可以減輕結(jié)構(gòu)重量、精確完成任務(wù)并且提高工作效率。

3.2滾珠絲桿滑臺。滾珠絲桿是緩沖機構(gòu)重要部分。它是將電動機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的機構(gòu)。通過絲桿滑臺，將問題簡化為如何控制電動機轉(zhuǎn)速和運行時間的問題。滾珠絲桿滑臺安裝在卷簧機構(gòu)的機架上安裝方便，牢固，不會產(chǎn)生噪聲及振動。滾珠絲杠具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。承受高負載也可實現(xiàn)高精度的運動。這樣使得工作精度以及工作穩(wěn)定度得到有力保障。

3.3滑輪組。滑輪組是直接接觸鋼絲的機構(gòu)，由滑輪、滑輪軸、滑輪支架、軸承及連接零件組成。它的作用是在不阻礙鋼絲順暢前進的基礎(chǔ)上，給鋼絲施加壓力限制鋼絲的運動，使鋼絲在保持擰索質(zhì)量的條件下向目標方向延伸，以達到緩沖效果。

4自動控制設(shè)計

4.1控制過程

（1）控制主執(zhí)行機構(gòu)。控制主執(zhí)行機構(gòu)電機的啟停：（a）通過軟件編程來實現(xiàn)，當啟動自動控制模式時，控制器控制主執(zhí)行機構(gòu)電機與電源接通開始進行緩沖動作；（b）通過接入光電傳感器模塊，當光電開關(guān)產(chǎn)生信號傳給控制器接產(chǎn)生反饋信號，迫使主執(zhí)行機構(gòu)電機反轉(zhuǎn)，繼續(xù)下一步動作。

（2）控制輔助行進機構(gòu)。通過控制兩個行程開關(guān)，實現(xiàn)對機構(gòu)的安全保護：利用行程開關(guān)，當滑臺接行程開關(guān)時，行程開關(guān)產(chǎn)生信號，控制器收到行程開關(guān)產(chǎn)生反饋信號，迫使主執(zhí)行機構(gòu)停止工作。

4.2電路工作原理。該緩沖裝置，利用光電開關(guān)，通過向固定方向的上下兩路發(fā)射光脈沖，并接收相應(yīng)的返回信號，對主執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)進行判斷；通過以單片機為核心的控制器實現(xiàn)對光信號發(fā)射和接收的選通控制，并在處理返回脈沖信號的基礎(chǔ)上加以判斷；通過驅(qū)動器驅(qū)動步進電機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而實現(xiàn)緩沖功能。與此同時，由系統(tǒng)所設(shè)計的行程開關(guān)對電路進行保護。

5對于多股螺旋彈簧發(fā)展的展望

多股螺旋彈簧的加工性能高低，直接影響著所生產(chǎn)彈簧的質(zhì)量高低。多股螺旋彈簧必將在人們生活工作乃至軍工中扮演重要的角色，對它的研發(fā)意義重大。希望國內(nèi)多股螺旋彈簧加工設(shè)備能得到以下發(fā)展：（1）突破創(chuàng)新，改善工藝的設(shè)計，讓多股螺旋彈簧加工設(shè)備更好的性能，更高的效率，更強的耐用性進一步縮小與發(fā)達國家先進技術(shù)的差距。（2）學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)，密切關(guān)注國際多股螺旋彈簧發(fā)展狀況，吸收先進技術(shù)，改善自身設(shè)備，打破先進國家技術(shù)壟斷，爭取走上自主創(chuàng)新的道路。

參考文獻

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[2]楊建鎖，王時龍， 周杰，等.多股螺旋彈簧加工機床數(shù)控系統(tǒng)的研究[J].組合機床與自動化加工技術(shù)， 2007 （06）： 46-48.