数控机机床中弹簧旋转架结构的优化设计研究
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[摘要]文中分析了第一代多股簧数控加工机床所存在的问题，并设计了新型的多股簧加工机床。改进后的多股簧大大满足了加工需求，提高了加工效率。
中图分类号：TGS02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0260-02
引言
针对当前多股段弹簧的加工方法，以及第一代数控机床存在的一些问题，有必要研发出一种新型的数控加工机床，这样可以满足多股簧精度现实需要，又可以提高其加工效率、节约人工劳动成本。
1、多股簧数控加工机床的现存问题
多股弹簧的成型过程的关键部分是在于拧索与卷簧。而第一代多股螺旋弹簧数控加工机床（如图1），机床的整体结构设计不是很合理，因为机床的每一个零部件与钢索之间产生的摩擦副作用较多，从而导致了在多股簧在绕制过程中受到了张力不均的现象，使钢索原有的张力产生了一定的下降，也导致了多股簧的整体质量的下降；甚至还有可能产生塑性的变形，产生了较大的缺陷，形成无用废品的增加。另外，钢索钢丝的安装也需要人工安装，并且十分不方便（人工准备时间大约是一个小时左右），提高了工人的整体劳动强度，严重影响了多股簧加工以及生产的效率，不利于进一步的普及与推广使用。
2、多股簧数控加工机床总体结构设计
2.1 机床总体方案
面对第一代多股簧机床存在的一些问题，笔者提出了一种新型的改进设计方案。数控机床设备的工作原理（如图2）。钢丝旋转架是通过电机带动的形式来绕主轴进行转动的，旋转架可以分为内、中、外三个层次，其钢丝路径全部都是直接拉至集束器里，并且完成整个拧索过程。每一个钢丝盒在整个旋转架上可以相对自由地转动。钢丝从钢丝盒抽出来之后，然后出丝到工作路径中（中层钢丝是经钢丝管导向），内、中、外的三层进入到了集束器之后，形成钢索并且同时在绕簧芯轴上绕制成弹簧。旋转架相对机座是属于固定的，而且绕簧芯轴在机座上自身转动的同时，也会向轴的方向进行平稳的移动。绕簧芯轴转速一定时，从而使得绕簧芯轴的转速达到了控制多股螺旋弹簧的节距，而各个旋转架的转动速度也控制了钢索每一层钢丝的节距。弹簧绕制完成之后，伺服电机带动滑动机架34后退到一定的距离，从而更好地留出一定的空间用于切断钢索。
2.2 钢丝旋转架结构的优化措施
钢丝旋转架结构进行优化不仅可以对钢丝的路径以及整个机床的结构优化起到了很大影响，而且还可以有效地降低了人工穿丝劳动量，提高张力控制精度有着十分重要的意义。其结构原理（如图3），全部控制元件都是集成在钢丝旋转架中。
从图中我们可以看出绕簧过程中，绕簧主轴转动，拉动钢丝从钢丝盒1中顺利抽出，经制动盘7后，绕过传感器5上的滚轮9出丝到工作路径中，其中检测机构是传感器5，控制调节机构是磁粉制动器3，其调节原理是这样的：充分利用磁粉磁化时所产生的剪力来制动，磁粉链抗剪力与磁粉磁化程度出现成正比，也就是制动转矩的大小与绕组中的激磁电流的大小出现了成正比，因此，可以通过改变磁粉制动器中的激磁电流就可以调节其扭矩。
3、改进后的多股簧数控加工机床的优点
下面设计出了改进后的多股簧数控加工机床（如图4），改进后数控机床具有下面这些优点：
数控机床的整体结构得到全面的简化，布局合理，传动效率提高了；轴的一体化设计变得更加的简洁，穿丝十分方便，从而有效地降低工作人员的劳动强度，同时也减少了大量有害的摩擦，增加了机床的整体刚度；对张力控制器进行了改良设计，采用磁粉制动器控制扭矩，恒定张力，可以有效的提高控制的稳定性以及灵敏度，同时，采用增速齿轮传动与磁粉制动器之间的连接，增速机构可以有效的降低磁粉制动器的工作扭矩，齿轮传动不会有滞后的现象；张力检测方面，采用美国AmcellS公司的HSX系列称重传感器，误差相当小、灵敏度较高、可靠性也高；导电滑阀的应用使得数据传输更加的安全稳定，比蓝牙传输速度更快、更便捷。
结论
文中首先分析了多股簧数控加工机床的性能要求以及第一代多股簧机床所存在的问题，并由此提出了设计新一代机床的必要性。接着提出了新型的机床设计方案，并对旋转架结构进行了全面的优化设计。改进后的弹簧旋转架结构能够很好地满足了现实加工的需要，提高了加工效率。