LFK彈簧床芯成套設備研制

葉超英 陳 芳 金香崗 金衛(wèi)其 潘永虹 孔 健 潘露丹

(浙江華劍智能裝備有限公司，浙江 紹興 312000)

0 引言

“LFK”彈簧也稱開放式柔性彈簧或非打結(jié)彈簧，19世紀八九十年代由瑞士舒佩爾(SPhül)開發(fā)，用于制造床墊中的床芯，與目前廣泛應用的雙錐形床墊彈簧不同，該彈簧其形狀接近于圓柱形，兩端有座圈，在專門設計的座圈成型裝置上彎曲成特定的近似方形，兩端不打結(jié)，保持開放的形狀，端部往里彎頭，雖然其連接方式仍未串簧鋼絲連接，但單體彈簧彈性自由度大為增加.端面不打結(jié)，單個彈簧的振動性好、彈性更好，對負荷的感應性能更好，且這種彈簧串制的床芯彈簧的排列相對較為緊密、較柔軟、重量更輕.由于彈簧排列緊密，使床墊支撐人體的點增加，使人體與床墊的貼合度較好，更加適應人體曲線，消除人體壓力，提高舒適度，同時彈簧在做成床芯時彈簧進行左右對稱排布，使得床墊在打包或者人體在床墊上翻動時不易左右傾斜.用“LFK”彈簧床芯做成的高檔高品位床墊，一般供應五星級酒店、賓館.目前國內(nèi)尚未有制造“LFK”彈簧床芯的成套設備，只有深圳一家外資企業(yè)引進一套國外設備制造LFK彈簧床芯，但進口該設備價格昂貴.為了提高我國床墊的檔次品位，提高我國床墊產(chǎn)品在國內(nèi)外市場的競爭力，本公司決定研制開發(fā)具有國際先進水平的“LFK”彈簧床芯成套設備，這對提高床墊機械行業(yè)的技術水平和床墊行業(yè)的技術進步，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，具有很大的意義.

1 彈簧座圈成形裝置

本公司自行研制了一種采用加工異形彈簧的成形裝置.該裝置由主工作面板、位于工作面板的成形凸模、以面板為中心成圓周分布的多個成形凹模、彈簧端圈的定位機構(gòu)、彈簧尾端沖彎機構(gòu)等組成(如圖1).

成形凸模一般由成形上凸模和成形下凸模組成，成形上凸模和下凸模通過導向鍵槽和螺絲固定在主工作面板上，并且可隨導向鍵槽方向進行調(diào)整，以適應不同彈簧座圈高度，從而生產(chǎn)出不同規(guī)格的彈簧形狀.成形凹模包括左上凹模，右上凹模，左下凹模，右下凹模，分別通過滑動導軌安裝在工作面板上，以工作面板為中心成圓周分布，左上凹模和右上凹模對應著成形上凸模，左下凹模和右下凹模對應著成形下模，成形凹模可相對于滑動導軌進行微調(diào)，以改變彈簧的形狀.

當彈簧端圈被加工成所需的形狀后，還需將彈簧的尾端進行沖彎，使彈簧的尾端上翹，當面料鋪在由彈簧制成的床芯上時，彈簧的尾端不會戳破面料，影響產(chǎn)品質(zhì)量.由此本公司自行研制一種彈簧尾端沖彎機構(gòu).該機構(gòu)由沖彎杠桿、滾輪、復位彈簧和平面凸輪組成，當完成彈簧成形的動作后，平面凸輪旋轉(zhuǎn)至工作點位，帶動安裝沖彎杠桿上的滾輪，從而對彈簧的尾端進行沖彎工藝，然后由復位彈簧對沖彎杠桿進行復位，由于平面凸輪與主動力源相連，不需要額外的動力，可以將旋轉(zhuǎn)的動力變?yōu)檩S向運動的動力，比較方便可靠.

該彈簧座圈成形裝置工作時，由伺服電機帶動多組齒輪傳動，從而帶動驅(qū)動凸輪，驅(qū)動凸輪通過安裝在4個成形凹模上的滾輪，帶動成形凹模順序運動，達到改變彈簧端圈形狀的目的，再配合彈簧尾端沖彎機構(gòu)得到所需的彈簧形狀(如圖2).該裝置改變了非打結(jié)彈簧座圈的現(xiàn)有加工方式(如圖3)，提高了加工效率，保證了前后座圈相對位置的精度.該裝置已獲國家專利.

圖1 彈簧座圈成形裝置 圖2 成形裝置工作示意圖

圖3 彈簧座圈加工方式

2 彈簧翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機構(gòu)

由于非打結(jié)彈簧的特殊性，其一端是開口的，無任何支撐，當該彈簧被生產(chǎn)成床芯后，床芯在受壓的情況下往往會向彈簧開口的一端傾斜，這種現(xiàn)象產(chǎn)生不僅降低用戶體驗，還影響床芯卷包.為消除這種影響，公司設計了一種彈簧翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機構(gòu)，將彈簧在做成床芯前將彈簧按順序排列，例如相鄰兩個彈簧進行正反排列，使相鄰兩個彈簧的開口端相對或者背相對.最終目的是使做出來的彈簧床芯關于中心線對稱.

彈簧翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機構(gòu)由轉(zhuǎn)向主軸、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、自轉(zhuǎn)軸和一些傳動齒輪等組成(如圖4).當彈簧被機械手推入轉(zhuǎn)向臺后，這是主軸開始旋轉(zhuǎn)，開始將水平放置的彈簧轉(zhuǎn)向豎直放置；同時自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動帶動傳動齒輪組，從而帶動安裝在轉(zhuǎn)向機構(gòu)中的自轉(zhuǎn)平臺，使彈簧旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)平臺中安裝有磁性元件，增加彈簧阻尼，可使得彈簧在高速旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生掉落.完成翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向后，再由機械手將彈簧從轉(zhuǎn)向機構(gòu)中取出.此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于將彈簧自轉(zhuǎn)機構(gòu)合成在彈簧翻轉(zhuǎn)的機構(gòu)當中，減少整個循環(huán)所需的公共事件，同時相同的轉(zhuǎn)向機構(gòu)有4組，同時安裝在轉(zhuǎn)向主軸上，這樣的設計可以避免往復運動，降低主軸的旋轉(zhuǎn)速度，提高生產(chǎn)效率和設備的可靠性.

3 非打結(jié)彈簧的輸送與推進機構(gòu)

當彈簧在完成翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向后，還需將彈簧按一定的間距進行排列，由于其彈簧的特殊性，其間距要求比較高，為此設計將彈簧從翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機構(gòu)中將彈簧取出的機械手或者推送機構(gòu)，機械手或者推手的形狀與彈簧端圈的形狀類似，這種機構(gòu)可以捧著彈簧的上下兩個端圈或者推著彈簧的兩個端圈，將彈簧從自轉(zhuǎn)平臺中穩(wěn)穩(wěn)地送入輸送皮帶上；輸送皮帶為雙層皮帶輸送，即當彈簧進入輸送皮帶時，其上端圈抵著上層皮帶，下端圈抵著下層皮帶，并且彈簧還具有一定的壓縮量，為了防止彈簧在快速移動或者彈簧推送的過程中彈簧發(fā)生傾倒，當機械手或者推手將彈簧送入雙層輸送皮帶后，輸送帶便向前輸送一個固定的位置，等待下個彈簧的送入，以此往復.

當彈簧數(shù)量滿足當前所需彈簧個數(shù)時，當前排彈簧會快速移動至推手位置，此時伺服電機帶動安裝在橫桿上的推手動作，將彈簧送入串簧機的推板上.推手分為上下兩層，分別對應彈簧的上下兩個端圈，推手上安裝有推板，推板的形狀和彈簧的端圈類似，推板上安裝有磁性阻尼元件，當推手動作后，推板接觸彈簧，彈簧的端圈落入推板的形狀內(nèi)，通過磁性元件將彈簧吸附在推板內(nèi)，使得彈簧在推送過程中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直至彈簧被推至串簧機的夾具推料板上.

正常工作時，機械手或者抓手將彈簧從轉(zhuǎn)向機構(gòu)中將彈簧取出，將其拉入雙層皮帶中，此時皮帶按排列要求向前輸送一個固定的距離，以此往復，當彈簧數(shù)量滿足設定要求后，雙層輸送皮帶將一排彈簧整體輸送至推手工位，此時推手動作將彈簧推入串簧機推料板內(nèi)，推手復位.該裝置已獲國家專利(如圖6).

4 非打結(jié)床墊彈簧串簧夾具

非打結(jié)彈簧為一種新型的彈簧，現(xiàn)有的夾具不適用于該彈簧，所以我們創(chuàng)新研制了一種適合非打結(jié)床墊彈簧串簧夾具，使其與非打結(jié)彈簧自動串簧組裝機配套使用(如圖7).該串簧夾具由夾具座、夾具殼體、活動壓板、固定壓板、杠桿、接頭、壓板推桿、前后導向板、升降桿、頂料塊等組成.

工作時，彈簧位于推板上，此時安裝在夾具殼體上的可動壓板和固定壓板處于打開狀態(tài)，推板動作將彈簧推入固定壓板上，其彈簧端圈位于可動壓板和固定壓板中間，此時夾具杠桿動作帶動可動壓板閉合將彈簧端圈固定起來，同時串簧鋼絲以螺旋的方式通過可動壓板和固定壓板，將彈簧的端圈串起來，當串簧工藝結(jié)束后；可動壓板打開，頂桿動作，將串好的彈簧頂出壓板，頂桿由于其圓形的結(jié)構(gòu)，所以在頂桿中安裝有防轉(zhuǎn)向桿，保證頂桿不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；同時推板動作將彈簧推至可動壓板上，完成一個工作循環(huán)，以此往復直至串完規(guī)定排數(shù).

圖6 推送機構(gòu)

圖7 非打結(jié)床墊彈簧串簧夾具

該串簧夾具的研究成功，并與串簧組裝機配套使用，具有結(jié)構(gòu)緊湊，串簧穩(wěn)定可靠的特點，使非打結(jié)彈簧能高效穩(wěn)定地串簧.該串簧夾具已獲國家專利.

5 壓板機構(gòu)

由于非打結(jié)彈簧的串簧組裝比傳統(tǒng)的打結(jié)彈簧的串簧組裝要求高，因而在非打結(jié)彈簧夾具中的壓板是最關鍵的部件.該壓板的尺寸精度高，加工復雜且難度大.本公司在大量試驗的基礎上，自行設計了整套全新的壓板機構(gòu).整套壓板機構(gòu)由固定在夾具體上的固定壓板和活動壓板組成.活動壓板與壓板推桿連接，后部有位于壓板推桿上方的后導向板，固定壓板的前部有前導向板.壓板的形狀在國外螺旋槽式的基礎上作了改進和提高.壓板的加工方法和熱處理等方面均采用了較先進的工藝，從而解決了壓板尺寸精度要求高和加工復雜的難題，同時又適應大批量，低成本生產(chǎn)的要求.

6 基于總線控制的控制技術的研究

LFK彈簧床芯成套設備項目采用基于總線控制的控制器和大量的伺服電機，不僅響應速度更快，更可以進行多軸的精確控制，使彈簧在卷繞和沖方過程中更加精確，同時對彈簧進行轉(zhuǎn)向和正反排列，并且精確控制每個彈簧的位置，便于推送機構(gòu)將彈簧推入串簧夾具中.該控制程序還包括故障診斷、報警及保護技術.實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格的自動調(diào)節(jié)，采用全伺服技術，實現(xiàn)床墊彈簧床芯串簧組裝機主機的運行控制.采用自動觸碰保護、限位保護的雙重保護技術，使機器運行更安全、可靠.

7 結(jié)論

全自動LFK彈簧床芯成套設備是制造高檔彈簧床芯的成套專用設備.目前隨著國內(nèi)外經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對軟墊家具的舒適性要求也隨之提高，同時高檔酒店和賓館也越來越多，用LFK彈簧床芯的成套設備制造的床墊具有其它床墊無法可比的優(yōu)點，故今后對該成套設備的需求量也越來越大.目前國內(nèi)尚無生產(chǎn)制造該類設備的企業(yè)，從國外進口該類設備，價格昂貴，國內(nèi)大部分床墊生產(chǎn)企業(yè)無法承受，由于該成套設備技術水平和自動化程度高，性能在國內(nèi)處于領先地位，達到國外同類產(chǎn)品的先進水平，而且價格較低，完全可以替代進口，產(chǎn)品投放市場后就被廣大床墊生產(chǎn)企業(yè)所青睞，因此推廣應用前景十分廣闊.