葉超英 陳 芳 金香崗 金衛(wèi)其 潘永虹 孔 健 潘露丹

(浙江華劍智能裝備有限公司，浙江 紹興 312000)

0 引言

“LFK”彈簧也稱開放式柔性彈簧或非打結(jié)彈簧，19世紀(jì)八九十年代由瑞士舒佩爾(SPhül)開發(fā)，用于制造床墊中的床芯，與目前廣泛應(yīng)用的雙錐形床墊彈簧不同，該彈簧其形狀接近于圓柱形，兩端有座圈，在專門設(shè)計(jì)的座圈成型裝置上彎曲成特定的近似方形，兩端不打結(jié)，保持開放的形狀，端部往里彎頭，雖然其連接方式仍未串簧鋼絲連接，但單體彈簧彈性自由度大為增加.端面不打結(jié)，單個彈簧的振動性好、彈性更好，對負(fù)荷的感應(yīng)性能更好，且這種彈簧串制的床芯彈簧的排列相對較為緊密、較柔軟、重量更輕.由于彈簧排列緊密，使床墊支撐人體的點(diǎn)增加，使人體與床墊的貼合度較好，更加適應(yīng)人體曲線，消除人體壓力，提高舒適度，同時彈簧在做成床芯時彈簧進(jìn)行左右對稱排布，使得床墊在打包或者人體在床墊上翻動時不易左右傾斜.用“LFK”彈簧床芯做成的高檔高品位床墊，一般供應(yīng)五星級酒店、賓館.目前國內(nèi)尚未有制造“LFK”彈簧床芯的成套設(shè)備，只有深圳一家外資企業(yè)引進(jìn)一套國外設(shè)備制造LFK彈簧床芯，但進(jìn)口該設(shè)備價格昂貴.為了提高我國床墊的檔次品位，提高我國床墊產(chǎn)品在國內(nèi)外市場的競爭力，本公司決定研制開發(fā)具有國際先進(jìn)水平的“LFK”彈簧床芯成套設(shè)備，這對提高床墊機(jī)械行業(yè)的技術(shù)水平和床墊行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，具有很大的意義.

1 彈簧座圈成形裝置

本公司自行研制了一種采用加工異形彈簧的成形裝置.該裝置由主工作面板、位于工作面板的成形凸模、以面板為中心成圓周分布的多個成形凹模、彈簧端圈的定位機(jī)構(gòu)、彈簧尾端沖彎機(jī)構(gòu)等組成(如圖1).

成形凸模一般由成形上凸模和成形下凸模組成，成形上凸模和下凸模通過導(dǎo)向鍵槽和螺絲固定在主工作面板上，并且可隨導(dǎo)向鍵槽方向進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同彈簧座圈高度，從而生產(chǎn)出不同規(guī)格的彈簧形狀.成形凹模包括左上凹模，右上凹模，左下凹模，右下凹模，分別通過滑動導(dǎo)軌安裝在工作面板上，以工作面板為中心成圓周分布，左上凹模和右上凹模對應(yīng)著成形上凸模，左下凹模和右下凹模對應(yīng)著成形下模，成形凹模可相對于滑動導(dǎo)軌進(jìn)行微調(diào)，以改變彈簧的形狀.

當(dāng)彈簧端圈被加工成所需的形狀后，還需將彈簧的尾端進(jìn)行沖彎，使彈簧的尾端上翹，當(dāng)面料鋪在由彈簧制成的床芯上時，彈簧的尾端不會戳破面料，影響產(chǎn)品質(zhì)量.由此本公司自行研制一種彈簧尾端沖彎機(jī)構(gòu).該機(jī)構(gòu)由沖彎杠桿、滾輪、復(fù)位彈簧和平面凸輪組成，當(dāng)完成彈簧成形的動作后，平面凸輪旋轉(zhuǎn)至工作點(diǎn)位，帶動安裝沖彎杠桿上的滾輪，從而對彈簧的尾端進(jìn)行沖彎工藝，然后由復(fù)位彈簧對沖彎杠桿進(jìn)行復(fù)位，由于平面凸輪與主動力源相連，不需要額外的動力，可以將旋轉(zhuǎn)的動力變?yōu)檩S向運(yùn)動的動力，比較方便可靠.

該彈簧座圈成形裝置工作時，由伺服電機(jī)帶動多組齒輪傳動，從而帶動驅(qū)動凸輪，驅(qū)動凸輪通過安裝在4個成形凹模上的滾輪，帶動成形凹模順序運(yùn)動，達(dá)到改變彈簧端圈形狀的目的，再配合彈簧尾端沖彎機(jī)構(gòu)得到所需的彈簧形狀(如圖2).該裝置改變了非打結(jié)彈簧座圈的現(xiàn)有加工方式(如圖3)，提高了加工效率，保證了前后座圈相對位置的精度.該裝置已獲國家專利.

圖1彈簧座圈成形裝置圖2成形裝置工作示意圖

圖3彈簧座圈加工方式

2 彈簧翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

由于非打結(jié)彈簧的特殊性，其一端是開口的，無任何支撐，當(dāng)該彈簧被生產(chǎn)成床芯后，床芯在受壓的情況下往往會向彈簧開口的一端傾斜，這種現(xiàn)象產(chǎn)生不僅降低用戶體驗(yàn)，還影響床芯卷包.為消除這種影響，公司設(shè)計(jì)了一種彈簧翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，將彈簧在做成床芯前將彈簧按順序排列，例如相鄰兩個彈簧進(jìn)行正反排列，使相鄰兩個彈簧的開口端相對或者背相對.最終目的是使做出來的彈簧床芯關(guān)于中心線對稱.

彈簧翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向主軸、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、自轉(zhuǎn)軸和一些傳動齒輪等組成(如圖4).當(dāng)彈簧被機(jī)械手推入轉(zhuǎn)向臺后，這是主軸開始旋轉(zhuǎn)，開始將水平放置的彈簧轉(zhuǎn)向豎直放置；同時自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動帶動傳動齒輪組，從而帶動安裝在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的自轉(zhuǎn)平臺，使彈簧旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)平臺中安裝有磁性元件，增加彈簧阻尼，可使得彈簧在高速旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生掉落.完成翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向后，再由機(jī)械手將彈簧從轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中取出.此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于將彈簧自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)合成在彈簧翻轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)當(dāng)中，減少整個循環(huán)所需的公共事件，同時相同的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有4組，同時安裝在轉(zhuǎn)向主軸上，這樣的設(shè)計(jì)可以避免往復(fù)運(yùn)動，降低主軸的旋轉(zhuǎn)速度，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備的可靠性.

圖4 彈簧翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

圖5 非打結(jié)彈簧床芯

3 非打結(jié)彈簧的輸送與推進(jìn)機(jī)構(gòu)

當(dāng)彈簧在完成翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)向后，還需將彈簧按一定的間距進(jìn)行排列，由于其彈簧的特殊性，其間距要求比較高，為此設(shè)計(jì)將彈簧從翻轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中將彈簧取出的機(jī)械手或者推送機(jī)構(gòu)，機(jī)械手或者推手的形狀與彈簧端圈的形狀類似，這種機(jī)構(gòu)可以捧著彈簧的上下兩個端圈或者推著彈簧的兩個端圈，將彈簧從自轉(zhuǎn)平臺中穩(wěn)穩(wěn)地送入輸送皮帶上；輸送皮帶為雙層皮帶輸送，即當(dāng)彈簧進(jìn)入輸送皮帶時，其上端圈抵著上層皮帶，下端圈抵著下層皮帶，并且彈簧還具有一定的壓縮量，為了防止彈簧在快速移動或者彈簧推送的過程中彈簧發(fā)生傾倒，當(dāng)機(jī)械手或者推手將彈簧送入雙層輸送皮帶后，輸送帶便向前輸送一個固定的位置，等待下個彈簧的送入，以此往復(fù).

當(dāng)彈簧數(shù)量滿足當(dāng)前所需彈簧個數(shù)時，當(dāng)前排彈簧會快速移動至推手位置，此時伺服電機(jī)帶動安裝在橫桿上的推手動作，將彈簧送入串簧機(jī)的推板上.推手分為上下兩層，分別對應(yīng)彈簧的上下兩個端圈，推手上安裝有推板，推板的形狀和彈簧的端圈類似，推板上安裝有磁性阻尼元件，當(dāng)推手動作后，推板接觸彈簧，彈簧的端圈落入推板的形狀內(nèi)，通過磁性元件將彈簧吸附在推板內(nèi)，使得彈簧在推送過程中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，直至彈簧被推至串簧機(jī)的夾具推料板上.

正常工作時，機(jī)械手或者抓手將彈簧從轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中將彈簧取出，將其拉入雙層皮帶中，此時皮帶按排列要求向前輸送一個固定的距離，以此往復(fù)，當(dāng)彈簧數(shù)量滿足設(shè)定要求后，雙層輸送皮帶將一排彈簧整體輸送至推手工位，此時推手動作將彈簧推入串簧機(jī)推料板內(nèi)，推手復(fù)位.該裝置已獲國家專利(如圖6).

4 非打結(jié)床墊彈簧串簧夾具

非打結(jié)彈簧為一種新型的彈簧，現(xiàn)有的夾具不適用于該彈簧，所以我們創(chuàng)新研制了一種適合非打結(jié)床墊彈簧串簧夾具，使其與非打結(jié)彈簧自動串簧組裝機(jī)配套使用(如圖7).該串簧夾具由夾具座、夾具殼體、活動壓板、固定壓板、杠桿、接頭、壓板推桿、前后導(dǎo)向板、升降桿、頂料塊等組成.

工作時，彈簧位于推板上，此時安裝在夾具殼體上的可動壓板和固定壓板處于打開狀態(tài)，推板動作將彈簧推入固定壓板上，其彈簧端圈位于可動壓板和固定壓板中間，此時夾具杠桿動作帶動可動壓板閉合將彈簧端圈固定起來，同時串簧鋼絲以螺旋的方式通過可動壓板和固定壓板，將彈簧的端圈串起來，當(dāng)串簧工藝結(jié)束后；可動壓板打開，頂桿動作，將串好的彈簧頂出壓板，頂桿由于其圓形的結(jié)構(gòu)，所以在頂桿中安裝有防轉(zhuǎn)向桿，保證頂桿不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；同時推板動作將彈簧推至可動壓板上，完成一個工作循環(huán)，以此往復(fù)直至串完規(guī)定排數(shù).

圖6 推送機(jī)構(gòu)

圖7 非打結(jié)床墊彈簧串簧夾具

該串簧夾具的研究成功，并與串簧組裝機(jī)配套使用，具有結(jié)構(gòu)緊湊，串簧穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，使非打結(jié)彈簧能高效穩(wěn)定地串簧.該串簧夾具已獲國家專利.

5 壓板機(jī)構(gòu)

由于非打結(jié)彈簧的串簧組裝比傳統(tǒng)的打結(jié)彈簧的串簧組裝要求高，因而在非打結(jié)彈簧夾具中的壓板是最關(guān)鍵的部件.該壓板的尺寸精度高，加工復(fù)雜且難度大.本公司在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)了整套全新的壓板機(jī)構(gòu).整套壓板機(jī)構(gòu)由固定在夾具體上的固定壓板和活動壓板組成.活動壓板與壓板推桿連接，后部有位于壓板推桿上方的后導(dǎo)向板，固定壓板的前部有前導(dǎo)向板.壓板的形狀在國外螺旋槽式的基礎(chǔ)上作了改進(jìn)和提高.壓板的加工方法和熱處理等方面均采用了較先進(jìn)的工藝，從而解決了壓板尺寸精度要求高和加工復(fù)雜的難題，同時又適應(yīng)大批量，低成本生產(chǎn)的要求.

6 基于總線控制的控制技術(shù)的研究

LFK彈簧床芯成套設(shè)備項(xiàng)目采用基于總線控制的控制器和大量的伺服電機(jī)，不僅響應(yīng)速度更快，更可以進(jìn)行多軸的精確控制，使彈簧在卷繞和沖方過程中更加精確，同時對彈簧進(jìn)行轉(zhuǎn)向和正反排列，并且精確控制每個彈簧的位置，便于推送機(jī)構(gòu)將彈簧推入串簧夾具中.該控制程序還包括故障診斷、報(bào)警及保護(hù)技術(shù).實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格的自動調(diào)節(jié)，采用全伺服技術(shù)，實(shí)現(xiàn)床墊彈簧床芯串簧組裝機(jī)主機(jī)的運(yùn)行控制.采用自動觸碰保護(hù)、限位保護(hù)的雙重保護(hù)技術(shù)，使機(jī)器運(yùn)行更安全、可靠.

7 結(jié)論

全自動LFK彈簧床芯成套設(shè)備是制造高檔彈簧床芯的成套專用設(shè)備.目前隨著國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，對軟墊家具的舒適性要求也隨之提高，同時高檔酒店和賓館也越來越多，用LFK彈簧床芯的成套設(shè)備制造的床墊具有其它床墊無法可比的優(yōu)點(diǎn)，故今后對該成套設(shè)備的需求量也越來越大.目前國內(nèi)尚無生產(chǎn)制造該類設(shè)備的企業(yè)，從國外進(jìn)口該類設(shè)備，價格昂貴，國內(nèi)大部分床墊生產(chǎn)企業(yè)無法承受，由于該成套設(shè)備技術(shù)水平和自動化程度高，性能在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，達(dá)到國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而且價格較低，完全可以替代進(jìn)口，產(chǎn)品投放市場后就被廣大床墊生產(chǎn)企業(yè)所青睞，因此推廣應(yīng)用前景十分廣闊.