一種免機械調(diào)試的彈簧機左右旋彈簧切換機構(gòu)

錢紀(jì)明，俞家林

（1.紹興市科技信息研究院，浙江 紹興 312000；2.紹興市家度彈簧機械有限公司，浙江 紹興 312000）

0 引言

彈簧是機械行業(yè)的通用零件，量大面廣，且形態(tài)多樣、功能各異、品種繁多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛［1］。隨著汽車、工程機械、列車、坦克、裝甲車、建筑機械等行業(yè)的發(fā)展，對大線徑彈簧的需求量越來越大,而傳統(tǒng)的大線徑卷簧機大多采用純機械式或機械氣動式結(jié)構(gòu)，不但機構(gòu)繁雜［2］，而且調(diào)試復(fù)雜、加工精度不高。由于設(shè)計水平和制造工藝條件的限制，我國在大線徑彈簧卷制設(shè)備制造方面與工業(yè)發(fā)達國家之間存在很大的差距，特別是大線徑彈簧卷制設(shè)備操作調(diào)試不方便、勞動強度大、自動化程度低、對經(jīng)驗的依賴性強等缺點顯得尤為突出。因此，重視先進制造方法和機構(gòu)設(shè)計的研究，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進彈簧卷制設(shè)備，對全面提升我國彈簧制造業(yè)水平顯得尤為迫切。為此，我們研發(fā)的一種免機械調(diào)試的彈簧機左、右旋彈簧切換機構(gòu)。

1 彈簧卷制機構(gòu)工作原理

彈簧的種類較多，這里以用途最廣泛的壓簧成形為例對彈簧卷制機構(gòu)的工作原理進行簡要介紹。如圖1 所示，在若干組送線夾緊滾輪的摩擦力作用下，彈簧鋼絲從導(dǎo)向板中進入卷制機構(gòu)。當(dāng)鋼絲碰到上、下圈徑桿前端的溝槽時，分別在導(dǎo)向板出口及上、下圈徑桿頂端形成3 個摩擦點，彈簧鋼絲在這3 個摩擦點的限位和導(dǎo)向作用下彎曲變形，形成彈簧圈。上、下圈徑桿可在各自的滑槽中移動，通過控制上、下圈徑桿的位置，就可控制彈簧圈徑的大小。在鋼絲彎曲成彈簧圈的過程中，鋼絲接觸到節(jié)距桿的斜面，而節(jié)距桿可以沿著彈簧卷繞成形的軸線方向移動［3］，即節(jié)距桿可作垂直于紙面的運動，使卷繞的鋼絲產(chǎn)生螺紋升角，形成彈簧的節(jié)距。通過控制節(jié)距桿的升降位置，就可控制彈簧節(jié)距的大小。當(dāng)卷繞密圈彈簧或彈簧的支撐圈時，節(jié)距桿退到后面，與鋼絲不接觸，后一圈簧圈靠著已卷好的前一圈而成形。當(dāng)一個彈簧卷制好后，送料機構(gòu)停止送料，切刀機構(gòu)開始動作，在芯軸的配合下切斷鋼絲，然后再開始第2 個循環(huán)［3］。這里的切刀芯軸只起到切刀切鋼絲時的支承作用。

圖1 彈簧卷制機構(gòu)工作原理圖

通過送線滾輪、上、下圈徑桿、節(jié)距桿及切刀的組合運動，可卷制變?nèi)?、變?jié)距等各種形狀的圓形壓簧。

2 免機械調(diào)試的彈簧機左、右旋彈簧切換機構(gòu)及其實現(xiàn)方式

左、右旋彈簧切換技術(shù)屬于卷簧機變徑機構(gòu)的范疇，是卷簧機中必不可少的關(guān)鍵部件之一。本文介紹一種免機械調(diào)試的左、右旋彈簧切換機構(gòu)。

圖2 變徑機構(gòu)-左、右旋彈簧切換機構(gòu)正視圖

如圖2 所示，機械部分包括2 個凸輪、2 套擺桿組件、3 套滑塊組件及頂簧桿。2 個凸輪中，凸輪1 與凸輪2 同軸安裝，凸輪1 位于外端，凸輪2 位于內(nèi)端；右旋擺桿組件3 和左旋擺桿組件4 對稱地位于2 個凸輪組件的上方和下方，并可與凸輪2 接觸；斜向固定在前面板上的右旋滑塊組件5 和左旋滑塊組件6 分別與右旋擺桿組件3 和左旋擺桿組件4 的端部接觸；水平方向布置在前面板中間的中滑塊組件7 與凸輪1 直接接觸，置于左、右旋滑塊組件之間。三套滑塊組件各自包含有一個滑塊和中間具有滑槽的滑座8，滑塊位于滑槽之中，可在滑槽中滑動；滑塊上安裝有頂簧桿9，頂簧桿9 的端部裝有頂簧軸承［4］。

電控部分包括電子控制單元和伺服電機，伺服電機通過減速機構(gòu)（圖中未標(biāo)示出）與凸輪1 和凸輪2 相連。彈簧的左、右旋向由凸輪2 控制。

如圖3、圖4 所示，凸輪1 的輪廓形狀相對于軸心成中心對稱，其輪廓曲線ABD 旋轉(zhuǎn)180°后，與輪廓曲線DCA 完全吻合；凸輪2的輪廓形狀由一等徑圓弧GHE 與輪廓曲線EFG 組合而成。凸輪1和凸輪2 安裝到轉(zhuǎn)軸上去時，其過軸心線的設(shè)計基準(zhǔn)平面X-Y 重合。工作時，凸輪1 順時針方向轉(zhuǎn)動，其中的BD段曲線和CA 段曲線用于制作彈簧鋼絲圓弧頭（即用于將直線鋼絲彎曲成圓弧形狀），AB 曲線和DC 曲線用于控制彈簧直徑變化。凸輪2 的輪廓曲線EFG 是卷簧工作曲線［4］。

圖2 所示為卷制右旋彈簧的工作位置，凸輪2 推動右旋擺桿組件3 起作用；當(dāng)要卷制左旋彈簧時，通過數(shù)控系統(tǒng)伺服電機控制同軸安裝的凸輪1 和凸輪2 同時旋轉(zhuǎn)180°，凸輪2 推動左旋擺桿組件4 起作用，從而實現(xiàn)向卷制左旋彈簧的切換。這一左、右旋彈簧的切換操作，只需在電子控制面板上進行左、右旋彈簧的設(shè)置，而不需要對機械部件進行任何拆裝、調(diào)整［4］。

圖3 凸輪1 正視圖

圖4 凸輪2 正視圖

在壓簧10 的作用下，中滑塊組件7 的滾輪始終緊貼在凸輪1 的輪廓線上，當(dāng)凸輪1 往返擺動時，凸輪1 頂著中滑塊組件7 在滑座8 里向左下方移動，在壓簧10 作用下快速向右上方復(fù)位，從而帶動頂簧桿9 作往返運動。頂簧桿9 的頂端安裝有外圈帶環(huán)形凹槽的頂簧軸承，可靠地推動彈簧鋼絲作變徑運動［4］。

凸輪2 則作用于右旋擺桿組件3 的滾輪上，推動右旋擺桿組件3 作往返擺動，通過擺桿頂塊3-1 推動右旋滑塊組件5 向下方移動，并在拉簧11 的作用下向上復(fù)位。從而推動頂簧桿9 作往返移動，達到控制彈簧外徑的作用，在節(jié)距桿（圖中未畫出）的配合下完成右旋彈簧的卷制［4］。

當(dāng)需要卷制左旋彈簧時，只需在電子控制單元的控制面板上設(shè)置為“左旋”即可，工作時凸輪1 和凸輪2 同時轉(zhuǎn)過180°，并作150°的往返擺動。這時，凸輪1 的另半個輪廓曲線對中滑塊組件7 起推動作用，凸輪2 的輪廓與右旋擺桿組件3 相分離、而與左旋擺桿組件4 相接觸，也就是說，凸輪2 只通過左旋擺桿組件4 對左旋滑塊組件6 起推動作用，而對右旋滑塊組件5 不起作用，設(shè)置在滑塊上的頂簧桿9 從水平方向和左下方兩個方向?qū)椈射摻z起頂推作用，實現(xiàn)控制彈簧的外徑的目的，同樣在節(jié)距桿的配合下完成左旋彈簧的制作［4］。

電子控制單元的控制面板控制著凸輪1 和凸輪2 的擺動方向、擺動角度、擺動速度和停頓時間，決定了彈簧的旋向和彈簧外徑尺寸［4］。

三套滑塊組件都安裝在前面板的同一平面上，其中，中滑塊組件7 的對稱中心基準(zhǔn)面和凸輪1 的軸心線以及彈簧鋼絲導(dǎo)向孔中心線共面，這樣，變換卷制左、右旋彈簧時，就不用裝卸或調(diào)整變徑機構(gòu)部件［4］。

凸輪與滑塊組件、頂簧桿與彈簧鋼絲的接觸都為滾動摩擦，相對矩形結(jié)構(gòu)的滑動摩擦而言，摩擦阻力小，并能延長接觸件的使用壽命。頂簧桿頂端的頂簧軸承外圓柱面上設(shè)置了環(huán)形弧形溝槽，以保證鋼絲不滑脫［4］。

3 與現(xiàn)有彈簧機左、右旋彈簧切換機構(gòu)的比較

3.1 現(xiàn)有彈簧機左、右旋彈簧切換技術(shù)。

現(xiàn)有技術(shù)的彈簧機左、右旋彈簧切換機構(gòu)主要有以下兩種：1）是在前面板上安裝有2 支頂簧桿、2 套拖板副及2 根擺桿組成的變徑部件。這種機構(gòu)在卷制左、右旋彈簧時，需手工更換相應(yīng)的變徑部件。特別是在卷制大線徑彈簧時，更換這些變徑部件很費力、費時。另一種是在前面板上、下方各安裝一套由1 支頂簧桿、1 套可擺動的拖板副及1 根擺桿、1 根調(diào)節(jié)擺桿和凸輪組成的變徑部件，這種機構(gòu)在卷制較復(fù)雜彈簧及卷制左、右旋彈簧時，必須用手工接觸機械調(diào)試彈簧的旋向，且在卷制復(fù)雜彈簧時，對操作工的技能要求更高［4］。

3.2 與現(xiàn)有彈簧機左、右旋彈簧切換機構(gòu)的比較優(yōu)勢

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，應(yīng)用該彈簧機左、右旋彈簧切換機構(gòu)的數(shù)控彈簧機具有如下優(yōu)點：1）左、右旋彈簧切換非常簡便，只需在電子控制面板上設(shè)置彈簧的旋向等制造工藝參數(shù)，而不用直接接觸變徑機構(gòu)進行機械調(diào)試或更換凸輪，用軟件設(shè)置來替代機械調(diào)試，即可實現(xiàn)左、右旋彈簧的快速切換和數(shù)字化控制；2）該數(shù)控彈簧機左、右旋彈簧切換方式簡便快捷，省去了機械調(diào)試等大量的輔助時間，總體生產(chǎn)效率明顯提高；3）自動化程度高，降低了對操作者技能和經(jīng)驗要求；4）減輕了操作工的勞動強度［4］。

4 結(jié)語

應(yīng)用該項免機械調(diào)試的左、右旋彈簧切換技術(shù)生產(chǎn)的數(shù)控彈簧機產(chǎn)品經(jīng)多家用戶使用驗證，達到了設(shè)計要求，特別適用于大線徑彈簧機，具有較強的市場競爭力，可以替代進口，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］王黎琰.目前我國彈簧產(chǎn)業(yè)概況［C］//傳承、創(chuàng)新、智慧與合作：首屆物流工程國際會議論文集，2012：34.

［2］鄒定偉.中國彈簧行業(yè)現(xiàn)狀、差距和展望［J］.彈簧工程，2003（1）：2-5.

［3］庫祥臣.異形彈簧數(shù)字化制造關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)，2007：19-20.

［4］俞家林.彈簧機變徑機構(gòu)：中國，CN101716637A［P］.2010-06-02.