CN103212945B - 发条弹簧自动加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发条弹簧自动加工设备，包括依次设置的储料装置、卷曲装置、抛光装置、退火装置、传动定长装置、冲断装置和成形装置，还包括控制系统，控制系统控制传动定长装置牵引钢带，被牵引的钢带从储料装置中拉出，依次经过卷曲装置、抛光装置、退火装置，卷曲、抛光和退火过程由控制系统控制，之后钢带穿过冲断装置进入成形装置成形为发条，控制系统控制成形过程，成形后控制系统启动冲断装置截断钢带，发条脱离钢带。使用该设备生产发条弹簧的自动化程度高，效率高，产品的精度高，质量稳定，节省工作空间。

Description

发条弹簧自动加工设备

技术领域

本发明涉及一种发条弹簧的自动加工设备。

背景技术

发条弹簧又名涡卷弹簧或盘式弹簧，是将材料绕制成平面螺旋形的一种弹簧，弹簧一端固定，另一端作用扭矩后弹簧受弯曲力矩，产生弯曲弹性变形，作用的扭矩消失后，弹簧自动回复到原有形状，因具有不易疲劳的特点，被应用于钟表、机动玩具、卷尺、收纳线盒等。

现有的发条弹簧的加工工序主要包括定长切断、端部高频退火、卷曲成形等，具体过程是：将热处理后的钢带开卷、切断成所需长度的直条定长钢带，再由人工搬运成捆的直条定长钢带，运至高频退火设备处，手持整把钢带端部，人工操作进行退火处理，最后将退火后的直条钢带搬运至放料平台上，然后一根根的由手工操作，将内端挂在卷曲轴上，开启卷曲电机，将直条钢带卷成发条。该工艺及其分立式设备存在自动化程度低、人员配置多、产品周转效率低、设备及过程产品占地面积大、产品质量波动大等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种发条弹簧自动加工设备，该设备能自动完成钢带的卷曲、抛光、退火及发条成形，达到自动化、高质量生产的目的。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：发条弹簧自动加工设备包括依次设置的储料装置、卷曲装置、抛光装置、退火装置、传动定长装置、冲断装置和成形装置，还包括控制系统，其中：卷曲装置包括顶轮和卷曲模，顶轮在卷曲模上方，顶轮固定在伸缩机构的一端，伸缩机构由控制系统控制，卷曲模内设置卷曲块，钢带依次绕过顶轮、卷曲块，伸缩机构带动顶轮左右移动，改变钢带绕过卷曲块处的弯折角度，弯折角度最大时，因钢带所受应力大于屈服强度而产生塑性变形，产生卷曲；成形装置包括左钳口和右钳口，两者为左右对开的半圆环形，右钳口固定在气缸上，气缸由控制系统控制，气缸带动右钳口左右移动，使两个钳口闭合或分开，闭合时两者中间形成圆形内腔，并在两者的一条接缝处留有进料通道，钢带通过进料通道进入圆形内腔，钢带受内腔的约束作用而成形为盘状发条，成盘之后，右钳口移动与左钳口分开；控制系统控制传动定长装置牵引钢带，被牵引的钢带从储料装置中拉出，依次经过卷曲装置、抛光装置、退火装置，卷曲、抛光和退火过程由控制系统控制，之后钢带穿过冲断装置进入成形装置成形为发条，控制系统控制成形过程，成形后控制系统启动冲断装置截断钢带，发条脱离钢带。

发条弹簧自动加工设备还包括缓冲装置，缓冲装置设置在储料装置和卷曲装置之间，缓冲装置包括上下相错分布的定滑轮，钢带依次绕过定滑轮。

所述传动定长装置为伺服电机带动的两个啮合的滚轴，钢带夹持在两个滚轴之间，滚轴转动带动钢带移动，伺服电机由控制系统控制。

所述抛光装置包括设置在升降台上的抛光轮，升降台降低后抛光轮接触钢带，抛光轮由电机带动，升降台、电机均由控制系统控制。

所述退火装置包括两个固定电极和升降台，钢带铺设在升降台上，升降台上升可使电极接触钢带，升降台由控制系统控制。

所述卷曲装置、抛光装置、退火装置、传动定长装置、冲断装置、成形装置固定在台架上。

所述控制系统包括人机界面、可编程控制器、电磁开关及必要的连接线路，通过人机界面设定指令程序，可编程控制器根据指令控制电磁开关，电磁开关控制卷曲装置、抛光装置、退火装置、传动定长装置、冲断装置和成形装置的工作状态。。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1、生产发条弹簧的自动化程度高，通过控制系统可设置卷曲装置、抛光装置、退火装置、传动定长装置等的工作状态，控制系统内的可编程控制器可实现生产程序、产品参数等的预先设定，并通过电磁开关控制升降台的运动，这些都大大节省了人力，提高了工作效率；2、产品一致性高，由于避免了人为因素的干扰，产品生产均由设备自动完成，生产的每个发条弹簧的长度、圈数一致，并且依靠程序设定、自动运行，产品的精度高，质量稳定；3、节省工作空间，由于将生产发条弹簧的设备集成到一起，节省了工作空间。

附图说明

图1是发条弹簧自动加工设备的总体结构示意图。

图2是生产出的发条弹簧的主视图和侧视图。

图3是卷曲装置的结构示意图。

图4是进行卷曲处理时卷曲装置的结构示意图。

图5是抛光装置的结构示意图。

图6是进行抛光处理时抛光装置的结构示意图。

图7是退火装置的结构示意图。

图8是进行退火处理时退火装置的结构示意图。

图9是成形装置的结构示意图。

图10是图9中右钳口与左钳口分离后的结构示意图。

图11是发条弹簧自动加工设备的控制关系示意图。

图12是发条弹簧的加工过程示意图。

图中：1、储料装置，2、缓冲装置，3、卷曲装置，4、抛光装置,5、退火装置，6、传动定长装置，7、冲断装置，8、成形装置，9、人机界面；10、钢带，11、发条卷曲段，12、发条直线段；31、顶轮，32卷曲模，33、卷曲块，34、伸缩机构；41、抛光轮，42升降台；51、电极，52、升降台；81、左钳口，82、右钳口，83、进料通道，84、气缸。

具体实施方式

下面结合附图、实施例对本发明进一步说明。

如图1所示的发条弹簧自动加工设备，包括依次设置的储料装置1、缓冲装置2、卷曲装置3、抛光装置4、退火装置5、传动定长装置6、冲断装置7、成形装置8及控制系统的人机界面9，生产的发条弹簧如图2所示，发条弹簧卷曲段11涡卷成圆环形，两端部均为发条直线段12，发条直线段12用于将固定发条弹簧或连接其它部件，为大幅减小电极加热退火时的接触电阻，发条直线段12必须通过抛光装置4将其表面的氧化层清理掉。

储料装置1用于存放大盘的钢带10原材料，缓冲装置2包括上下相错分布的定滑轮，钢带依次绕过定滑轮，起到钢带进入其它装置前的缓冲作用。

卷曲装置3的结构如图3、图4所示，卷曲装置3包括顶轮31和卷曲模32，顶轮31在卷曲模32上方，顶轮31固定在伸缩机构34的一端，伸缩机构34可以为气缸等具有伸缩功能的部件，并通过控制系统的电磁开关控制其伸缩。在伸缩机构34的带动下，顶轮31可在卷曲模32上方左右水平移动，卷曲模32内设置卷曲块33，钢带10依次绕过顶轮31、卷曲块33。不需要卷曲钢带时，控制系统给电磁开关信号将伸缩机构34缩回，顶轮31缩回至最左端，此时钢带10在卷曲块33处的弯折角度小，钢带所受的应力小于钢带的屈服强度，钢带不产生塑性变形；需要卷曲钢带时，控制系统给电磁开关信号将伸缩机构34伸出，顶轮31伸出至最右端，钢带在卷曲块33处的弯折角度最大，此时所受的应力大于其屈服强度，钢带10产生塑性变形，成卷曲形。

卷曲后的钢带传动到之后的抛光等装置时，虽然也会受到应力作用，但应力小于其屈服强度，因此，卷曲后的钢带不会再被拉直。

抛光装置4的结构如图5、图6所示，抛光装置4包括设置在升降台42上的抛光轮41，升降台42由气缸驱动，控制系统通过电磁开关控制升降台42升降，抛光轮41由电机带动旋转，控制系统控制电机的开启或停止。当需要抛光直线段时，控制系统控制气缸使升降台42下降，抛光轮41接触钢带的直线段进行抛光，不需要抛光时，抛光轮41随升降台42升高与钢带分离。

退火装置5的结构如图7、图8所示，退火装置5包括两个固定的电极51和升降台52，钢带10铺设在升降台52上，升降台52由气缸驱动，并由控制系统控制，需要退火时，升降台52上升使电极51接触钢带，加热、退火；退火完成后升降台52下降，电极51与钢带10分离。

传动定长装置6为伺服电机带动的两个啮合的滚轴，钢带夹持在两个滚轴之间，滚轴转动带动钢带移动，实现传动的功能，控制系统控制伺服电机的启动或停止，并可控制伺服电机的转动角度，以此来控制两滚轴间的钢带的移动长度，以实现定长的功能。

冲断装置7将钢带10冲断，使成形后的发条弹簧与钢带脱离。其为常用装置，不再详细叙述。

成形装置8的结构如图9、图10所示，包括左钳口81和右钳口82，两者为左右对开的半圆环形，右钳口82固定在气缸84上，气缸84由控制系统控制，右钳口82在气缸84的带动下可左右移动使两个钳口闭合或分开，闭合时两者中间形成圆形内腔，内腔底部、两个钳口之间的接缝处留有一条进料通道83，钢带可通过进料通道83进入内腔。成形时，传动定长装置6将直线段、卷曲段通过进料通道83送入内腔后，钢带受内腔的约束作用而自动卷制，成形为盘状，当卷曲段包住直线段后，右钳口82向右移动，传动定长装置6继续传送经卷曲后的钢带，由于之前经过卷曲装置的卷曲处理，卷曲后的钢带凭借自身的形变回复力自动卷制成形为发条，持续送料，达到要求的圈数后，由冲断装置7截断，发条因自重自行落料。

控制系统包括人机界面9、可编程控制器、电磁开关及必要的连接线路，通过人机界面设定指令程序，可编程控制器将指令发送至电磁开关，控制传动定长装置6的伺服电机的启动或停止，使之传动钢带或保持静止，还可控制伺服电机的转动角度，以控制传动钢带的送料长度，控制卷曲装置3的伸缩机构34的伸缩，将钢带卷曲或保持直线段，控制抛光装置4、退火装置5的升降台的升降、成形装置8的气缸移动、冲断装置7的动作等，控制关系如图11所示。

成形装置的电磁开关或气缸内还可以设置监测器件，以监测气缸是否移动到位，并将监测信号发送至可编程控制器。

利用该设备生产卷曲段长度为5800mm、内外两直线段均为85mm的发条弹簧的工作过程：

由于初始状态设备内中无钢带，因此开始工作前，先将钢带依次穿引通过各个装置直至传动定长装置6，以便启动设备后传动定长装置6能自动传送钢带。

启动设备，传动定长装置6将A段钢带从储料装置1、缓冲装置2中牵引出，控制系统发出指令使卷曲装置3的顶轮31向右移动，对钢带卷曲，控制系统给传动定长装置6发送指令牵引5800mm，将A段钢带卷曲成的卷曲段长度为5800mm（由于在进行卷曲处理时，整个加工设备还同时进行抛光或退火处理等其它工序，因此卷曲长度5800mm不是一次性牵引完成的），再发出指令使顶轮31向左移动，传动定长装置6再牵引钢带180mm，即这180mm为前后两个发条的直线段连接后的长度及工艺长度，不进行卷曲。

控制系统给传动定长装置6的伺服电机指令牵引一定长度的钢带，A段钢带进入抛光装置4，对A段钢带进行抛光处理。此处传动定长装置6牵引钢带的长度根据抛光装置4与卷曲装置3之间的距离而定。

抛光处理完成后，控制系统给传动定长装置6的伺服电机指令牵引一定长度，A段钢带进入退火装置5进行退火。此处传动定长装置6牵引钢带的长度根据退火装置5与抛光装置4之间的距离而定。

抛光处理完成后，控制系统给传动定长装置6的伺服电机指令牵引一定长度，A段钢带穿过传动定长装置6、冲断装置7后，直线段、卷曲段通过进料通道83进入成形装置8，同时右钳口82和固定的左钳口81闭合，进入内腔后钢带自动卷制，当卷曲段包住直线段后，控制系统发送指令控制气缸84使右钳口82与左钳口分离，传动定长装置6继续传送经卷曲后的钢带，卷曲成形后的发条凭借自身的形变回复力自动卷制。

达到要求的圈数后，由冲断装置7在180mm直线段的中间截断，成形后的A段发条因自重自行落料。

之后重复以上循环动作。由于各个装置是依次设置，因此各个装置的动作可以同时进行，例如退火装置对A段退火时，卷曲装置正对C段钢带进行卷曲；A段钢带在成形装置内的同时，B段钢带、C段钢带等正在其它装置内进行加工，工作过程如图12所示。

由于传动定长装置牵引、传送钢带的长度与装置间的距离有关，因此各装置相对固定地设置在台架上，以便控制系统设定参数、程序。

Claims (4)

1.发条弹簧自动加工设备，其特征在于：包括依次设置的储料装置、卷曲装置、抛光装置、退火装置、传动定长装置、冲断装置和成形装置，还包括控制系统，其中：

卷曲装置包括顶轮和卷曲模，顶轮在卷曲模上方，顶轮固定在伸缩机构的一端，伸缩机构由控制系统控制，卷曲模内设置卷曲块，钢带依次绕过顶轮、卷曲块，伸缩机构带动顶轮左右移动，改变钢带绕过卷曲块处的弯折角度，弯折角度最大时，因钢带所受应力大于屈服强度而产生塑性变形，产生卷曲；

成形装置包括左钳口和右钳口，两者为左右对开的半圆环形，右钳口固定在气缸上，气缸由控制系统控制，气缸带动右钳口左右移动，使两个钳口闭合或分开，闭合时两者中间形成圆形内腔，并在两者的一条接缝处留有进料通道，钢带通过进料通道进入圆形内腔，钢带受内腔的约束作用而成形为盘状发条，成盘之后，右钳口移动与左钳口分开；

控制系统控制传动定长装置牵引钢带，被牵引的钢带从储料装置中拉出，依次经过卷曲装置、抛光装置、退火装置，卷曲、抛光和退火过程由控制系统控制，之后钢带穿过冲断装置进入成形装置成形为发条，控制系统控制成形过程，成形后控制系统启动冲断装置截断钢带，发条脱离钢带；

所述传动定长装置为伺服电机带动的两个啮合的滚轴，钢带夹持在两个滚轴之间，滚轴转动带动钢带移动，伺服电机由控制系统控制；

所述抛光装置包括设置在升降台上的抛光轮，升降台降低后抛光轮接触钢带，抛光轮由电机带动，升降台、电机均由控制系统控制；

所述退火装置包括两个固定电极和升降台，钢带铺设在升降台上，升降台上升可使电极接触钢带，升降台由控制系统控制。

2.根据权利要求1所述的发条弹簧自动加工设备，其特征在于：还包括缓冲装置，缓冲装置设置在储料装置和卷曲装置之间，缓冲装置包括上下相错分布的定滑轮，钢带依次绕过定滑轮。

3.根据权利要求1或2所述的发条弹簧自动加工设备，其特征在于：所述卷曲装置、抛光装置、退火装置、传动定长装置、冲断装置、成形装置固定在台架上。

4.根据权利要求1所述的发条弹簧自动加工设备，其特征在于：所述控制系统包括人机界面、可编程控制器、电磁开关及必要的连接线路，通过人机界面设定指令程序，可编程控制器根据指令控制电磁开关，电磁开关控制卷曲装置、抛光装置、退火装置、传动定长装置、冲断装置和成形装置的工作状态。