一種彈簧加工緩沖裝置

郭雪冰　胡躍洋　霍凱翔（重慶大學，重慶 400000）

一種彈簧加工緩沖裝置

郭雪冰胡躍洋霍凱翔
（重慶大學，重慶 400000）

摘要：隨著機械技術的發展，現代機械對彈簧有了更高的要求，多股螺旋彈簧應運而生。目前，國內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的運用背景、原理選型以及對于其發展的展望。最后指出，多股螺旋彈簧在國內運用不成熟，打破國外技術壟斷，是機械創新的目的，對于國家機械的發展有著巨大的推進作用。

關鍵詞：多股彈簧；繞簧裝置；緩沖機構

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。可在常溫下加工，且不需要復雜的加工設備。但是鋼絲不宜過粗；繞制成型的彈簧內應力大，需消除才能使用。

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

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

（1）無芯軸卷簧。工作內容包括：自動卷繞、切斷、記數。以循環完成彈簧成型工作，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合運動。用芯軸卷制彈簧，工作量大、效率低、質量低。多用于中、小批量和非標件的生產。

1.3加工現狀。現有的多股彈簧加工工作需要人工操作，精確度低，穩定性差，不能使其按照指定規格批量生產，難以測得規律的數據，用以更進一步的研究。如能改變其生產方式，使其在自動化，批量化生產方面有所提高，將會改善現有狀態。

2　設計原理

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

方案設計：以電動機加絲桿滑臺作為主體。配合控制器及光電開關進行控制，利用編程進行控制，可實現精確的控制，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機構運動原理。以電動機正、反轉帶動絲桿滑臺上下移動，固定在滑臺上的滑輪機構引導鋼絲進行適當的運動，便可以完成緩沖要求。當繞簧機暫停進絲，進行切斷時，緩沖機構壓鋼絲向下運動，保證擰索機可以繼續出絲；當繞簧機再次繞簧時，緩沖機構以相配合的速度向上運動，保證進、出絲的順利。

3　結構設計

電動主動式緩沖機構由電動機、滾珠絲桿滑臺、步進電機控制器、驅動器以及滑輪組（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、反轉帶動滾珠絲桿滑臺的滑臺上下移動，完成相應的緩沖動作。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的行為。對于不同的加工要求，電動機應當具備相應的能力完成加工任務，所以，如何選取適當的電動機就是非常重要的。合適的電動機可以減輕結構重量、精確完成任務并且提高工作效率。

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

3.3滑輪組。滑輪組是直接接觸鋼絲的機構，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上，給鋼絲施加壓力限制鋼絲的運動，使鋼絲在保持擰索質量的條件下向目標方向延伸，以達到緩沖效果。

4　自動控制設計

4.1控制過程

（1）控制主執行機構。控制主執行機構電機的啟停：（a）通過軟件編程來實現，當啟動自動控制模式時，控制器控制主執行機構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，當光電開關產生信號傳給控制器接產生反饋信號，迫使主執行機構電機反轉，繼續下一步動作。

（2）控制輔助行進機構。通過控制兩個行程開關，實現對機構的安全保護：利用行程開關，當滑臺接行程開關時，行程開關產生信號，控制器收到行程開關產生反饋信號，迫使主執行機構停止工作。

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

5　對于多股螺旋彈簧發展的展望

多股螺旋彈簧的加工性能高低，直接影響著所生產彈簧的質量高低。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，對它的研發意義重大。希望國內多股螺旋彈簧加工設備能得到以下發展：（1）突破創新，改善工藝的設計，讓多股螺旋彈簧加工設備更好的性能，更高的效率，更強的耐用性進一步縮小與發達國家先進技術的差距。（2）學習國外先進技術，密切關注國際多股螺旋彈簧發展狀況，吸收先進技術，改善自身設備，打破先進國家技術壟斷，爭取走上自主創新的道路。

參考文獻

[1]王時龍，周杰，李小勇，等． 多股螺旋彈簧應用及研究現狀[J]．汽車工程學報，2012， 1（05）： 499-504．

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

中圖分類號：TG506

文獻標識碼：A