一种弹簧加工缓冲装置

郭雪冰 胡跃洋 霍凯翔

摘 要：随着机械技术的发展，现代机械对弹簧有了更高的要求，多股螺旋弹簧应运而生。目前，国内多股螺旋弹簧仍然处于研究阶段，面临的主要困难是难以加工制造。多股螺旋弹簧拧索机工作原理与市面现有绕簧机相冲突，无法直接连用。本文主要介绍了多股螺旋弹簧绕簧装置缓冲机构的运用背景、原理选型以及对于其发展的展望。最后指出，多股螺旋弹簧在国内运用不成熟，打破国外技术垄断，是机械创新的目的，对于国家机械的发展有着巨大的推进作用。

关键词：多股弹簧；绕簧装置；缓冲机构

中图分类号：TG506 文献标识码：A

1弹簧加工

1.1加工原理。弹簧的加工主要有以下两种方式：

（1）冷成型：直接将钢丝绕制成型。可在常温下加工，且不需要复杂的加工设备。但是钢丝不宜过粗；绕制成型的弹簧内应力大，需消除才能使用。

（2）加热成型：将钢丝加热软化后，经行绕制弯曲工作。缺点是效率低下，工作困难、复杂。

1.2加工分类。根据弹簧的制作原理，卷制设备一般采用冷成型，分有芯轴与无芯轴卷制弹簧机。

（1）无芯轴卷簧。工作内容包括：自动卷绕、切断、记数。以循环完成弹簧成型工作，因此工作强度小、效率高。适用于不同弹簧的规格和类型，能卷制圆柱螺旋压缩弹簧圆锥形等多种弹簧。

（2）有芯轴卷簧。工作原理为钢丝紧固在安装于芯轴的卡盘上随其做复合运动。用芯轴卷制弹簧，工作量大、效率低、质量低。多用于中、小批量和非标件的生产。

1.3加工现状。现有的多股弹簧加工工作需要人工操作，精确度低，稳定性差，不能使其按照指定规格批量生产，难以测得规律的数据，用以更进一步的研究。如能改变其生产方式，使其在自动化，批量化生产方面有所提高，将会改善现有状态。

2设计原理

2.1缓冲机构原理。现有自动绕簧机不可直接应用于多股螺旋弹簧的绕制。多股螺旋弹簧的拧索机构是连续工作，连续出丝的，每制成一段弹簧，须停止进丝以完成剪切。所以，为了使现有的绕簧装置可以应用于多股弹簧拧索机，需增加缓冲装置，根据要求控制进丝速度。

方案设计：以电动机加丝杆滑台作为主体。配合控制器及光电开关进行控制，利用编程进行控制，可实现精确的控制，适用于多种类型弹簧的加工制造中，并且可以保障加工精度以及工作安全，保证加工效率。

2.2机构运动原理。以电动机正、反转带动丝杆滑台上下移动，固定在滑台上的滑轮机构引导钢丝进行适当的运动，便可以完成缓冲要求。当绕簧机暂停进丝，进行切断时，缓冲机构压钢丝向下运动，保证拧索机可以继续出丝；当绕簧机再次绕簧时，缓冲机构以相配合的速度向上运动，保证进、出丝的顺利。

3结构设计

电动主动式缓冲机构由电动机、滚珠丝杆滑台、步进电机控制器、驱动器以及滑轮组（连杆、滑轮、滑轮机架、轴承、滑轮轴以及连接零件组成）。

3.1电动机。电动机是缓冲装置的主要元件。电动机的正、反转带动滚珠丝杆滑台的滑台上下移动，完成相应的缓冲动作。电动机安装在滚珠丝杆滑台的顶端，通过接受控制器的所控制的电信号进行相应的行为。对于不同的加工要求，电动机应当具备相应的能力完成加工任务，所以，如何选取适当的电动机就是非常重要的。合适的电动机可以减轻结构重量、精确完成任务并且提高工作效率。

3.2滚珠丝杆滑台。滚珠丝杆是缓冲机构重要部分。它是将电动机的回转运动转化为直线运动的机构。通过丝杆滑台，将问题简化为如何控制电动机转速和运行时间的问题。滚珠丝杆滑台安装在卷簧机构的机架上安装方便，牢固，不会产生噪声及振动。滚珠丝杠具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。承受高负载也可实现高精度的运动。这样使得工作精度以及工作稳定度得到有力保障。

3.3滑轮组。滑轮组是直接接触钢丝的机构，由滑轮、滑轮轴、滑轮支架、轴承及连接零件组成。它的作用是在不阻碍钢丝顺畅前进的基础上，给钢丝施加压力限制钢丝的运动，使钢丝在保持拧索质量的条件下向目标方向延伸，以达到缓冲效果。

4自动控制设计

4.1控制过程

（1）控制主执行机构。控制主执行机构电机的启停：（a）通过软件编程来实现，当启动自动控制模式时，控制器控制主执行机构电机与电源接通开始进行缓冲动作；（b）通过接入光电传感器模块，当光电开关产生信号传给控制器接产生反馈信号，迫使主执行机构电机反转，继续下一步动作。

（2）控制辅助行进机构。通过控制两个行程开关，实现对机构的安全保护：利用行程开关，当滑台接行程开关时，行程开关产生信号，控制器收到行程开关产生反馈信号，迫使主执行机构停止工作。

4.2电路工作原理。该缓冲装置，利用光电开关，通过向固定方向的上下两路发射光脉冲，并接收相应的返回信号，对主执行机构的状态进行判断；通过以单片机为核心的控制器实现对光信号发射和接收的选通控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断；通过驱动器驱动步进电机的正反转状态，从而实现缓冲功能。与此同时，由系统所设计的行程开关对电路进行保护。

5对于多股螺旋弹簧发展的展望

多股螺旋弹簧的加工性能高低，直接影响着所生产弹簧的质量高低。多股螺旋弹簧必将在人们生活工作乃至军工中扮演重要的角色，对它的研发意义重大。希望国内多股螺旋弹簧加工设备能得到以下发展：（1）突破创新，改善工艺的设计，让多股螺旋弹簧加工设备更好的性能，更高的效率，更强的耐用性进一步缩小与发达国家先进技术的差距。（2）学习国外先进技术，密切关注国际多股螺旋弹簧发展状况，吸收先进技术，改善自身设备，打破先进国家技术垄断，争取走上自主创新的道路。

参考文献

[1]王时龙，周杰，李小勇，等. 多股螺旋弹簧应用及研究现状[J].汽车工程学报， 2012， 1（05）： 499-504.

[2]杨建锁，王时龙， 周杰，等.多股螺旋弹簧加工机床数控系统的研究[J].组合机床与自动化加工技术， 2007 （06）： 46-48.