郭雪冰　胡躍洋　霍凱翔（重慶大學(xué)，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(xué)，重慶 400000）

摘要：隨著機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械對彈簧有了更高的要求，多股螺旋彈簧應(yīng)運(yùn)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(jī)工作原理與市面現(xiàn)有繞簧機(jī)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(jī)構(gòu)的運(yùn)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(yùn)用不成熟，打破國外技術(shù)壟斷，是機(jī)械創(chuàng)新的目的，對于國家機(jī)械的發(fā)展有著巨大的推進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：多股彈簧；繞簧裝置；緩沖機(jī)構(gòu)

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叵录庸ぃ也恍枰獜?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(diǎn)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(jī)。

（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(qiáng)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(yùn)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(biāo)件的生產(chǎn)。

1.3加工現(xiàn)狀?，F(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(jìn)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(jì)原理

2.1緩沖機(jī)構(gòu)原理?，F(xiàn)有自動繞簧機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)，需增加緩沖裝置，根據(jù)要求控制進(jìn)絲速度。

方案設(shè)計(jì)：以電動機(jī)加絲桿滑臺作為主體。配合控制器及光電開關(guān)進(jìn)行控制，利用編程進(jìn)行控制，可實(shí)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(jī)構(gòu)運(yùn)動原理。以電動機(jī)正、反轉(zhuǎn)帶動絲桿滑臺上下移動，固定在滑臺上的滑輪機(jī)構(gòu)引導(dǎo)鋼絲進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動，便可以完成緩沖要求。當(dāng)繞簧機(jī)暫停進(jìn)絲，進(jìn)行切斷時(shí)，緩沖機(jī)構(gòu)壓鋼絲向下運(yùn)動，保證擰索機(jī)可以繼續(xù)出絲；當(dāng)繞簧機(jī)再次繞簧時(shí)，緩沖機(jī)構(gòu)以相配合的速度向上運(yùn)動，保證進(jìn)、出絲的順利。

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

3.1電動機(jī)。電動機(jī)是緩沖裝置的主要元件。電動機(jī)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(jī)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(jìn)行相應(yīng)的行為。對于不同的加工要求，電動機(jī)應(yīng)當(dāng)具備相應(yīng)的能力完成加工任務(wù)，所以，如何選取適當(dāng)?shù)碾妱訖C(jī)就是非常重要的。合適的電動機(jī)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(jī)構(gòu)重要部分。它是將電動機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)。通過絲桿滑臺，將問題簡化為如何控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間的問題。滾珠絲桿滑臺安裝在卷簧機(jī)構(gòu)的機(jī)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(fù)載也可實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)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(jī)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(jìn)的基礎(chǔ)上，給鋼絲施加壓力限制鋼絲的運(yùn)動，使鋼絲在保持?jǐn)Q索質(zhì)量的條件下向目標(biāo)方向延伸，以達(dá)到緩沖效果。

4　自動控制設(shè)計(jì)

4.1控制過程

（1）控制主執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制主執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)的啟停：（a）通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)啟動自動控制模式時(shí)，控制器控制主執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)與電源接通開始進(jìn)行緩沖動作；（b）通過接入光電傳感器模塊，當(dāng)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(jī)構(gòu)電機(jī)反轉(zhuǎn)，繼續(xù)下一步動作。

（2）控制輔助行進(jìn)機(jī)構(gòu)。通過控制兩個行程開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)構(gòu)的安全保護(hù)：利用行程開關(guān)，當(dāng)滑臺接行程開關(guān)時(shí)，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(jī)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(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行判斷；通過以單片機(jī)為核心的控制器實(shí)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(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)緩沖功能。與此同時(shí)，由系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的行程開關(guān)對電路進(jìn)行保護(hù)。

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(jì)，讓多股螺旋彈簧加工設(shè)備更好的性能，更高的效率，更強(qiáng)的耐用性進(jìn)一步縮小與發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)的差距。（2）學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)，密切關(guān)注國際多股螺旋彈簧發(fā)展?fàn)顩r，吸收先進(jìn)技術(shù)，改善自身設(shè)備，打破先進(jìn)國家技術(shù)壟斷，爭取走上自主創(chuàng)新的道路。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號：TG506

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A