工业缝纫机自动更换底线装置的研究与应用

万义明 蔡鹏鹏 吴善敏

摘  要：本文提出了设计新型工业缝纫机自动换线装置的具体工艺方法，设计制造了缝纫机自动换线装置样机。通过对底线装置结构中几个关键功能部件的有限元分析，设计了抓取机械手气缸的基本结构性能。然后，通过现场仿真分析和计算，确定了抓取机械手气缸压力值的相对合理范围。最后，设计制造了抓取机械手样机，用于测试筒管套的抓取性能。但仍需重视抓取机械手与梭壳机械接触面的固定技术，以保证抓取质量的提高和定位系统的可靠性。

关键词：工业缝纫机;自动更换底线装置;机械手;结构设计;静力学仿真

引言：

缝纫线绕线机是一种主要生产设备，用于完成各种缝纫线缠绕产品的缠绕和最终加工。目前，国内纺织制造装配行业仍在使用最早的进口缝纫线绕线机设备，生产的纺织机械90%以上为老式普通绕线机，仍需人工操作完成初绕机，这是重要的生产工序。实际是工人承担的体力劳动太强，缠绕工艺效率普遍低于机器。而且要求专业操作人员技术娴熟，操作熟练。本文将提出一种新型的缝纫线自动初级缠绕装置，它能够完全自动地完成抓线、断线、缠绕等功能过程。可以大大有效地降低工人的劳动强度，提高整个卷绕过程的高度自动化控制程度，提高初绕和卷绕的生产效率。

一、自动初绕装置的工作原理

自动缠绕缝纫线自动绕线机的原理是，在手动缠绕空心缝纫线管道的制造工艺和设计方法中，首先需要将空筒管装到绕线机主轴上，拧紧压紧螺母后，自动初绕装置的抓线机构将4个缝纫线线头依次抓住，移动抓线机构使线头与压紧螺母接触，驱动主轴正转。利用缝纫线头与手压螺母面之间的相对摩擦力，缝纫线头自动缠绕固定在缝纫线管头上。当锭子的初始卷绕和固定数没有达到设定的转数时，锭子系统将立即停止锭子转动。缠绕线圈后的基本参数，松开压紧螺母，缠绕线圈后取下穿线管，完成缝纫线的缠绕过程。

二、自动更换底线装置功能分析与设计

2.1更换底线工艺过程

由于目前国内使用的所有自动换底线装置主要依靠手动抓取手或手动机械手进行操作，往往需要尽量避免手动先取出一个空的梭芯，然后及时更换备用的梭芯，这也可能造成整个设备时间成本和设备成本的空间浪费，影响整机生产的整体效率。目前，我们在研究和实验过程中应用的自动抓取装置主要可以使用两种功能齐全、操作类型不同的抓取机械手，即手动抓取筒管和自动抓取备用筒管，可以实现工厂内整个生产抓取过程的操作流程和步骤以及整个工作流程的自动化管理过程，并且可以保证抓取过程时间、可以快速、有效、安全地有效节省成本投入和每一个工作流程步骤，从而大大提高企业的整体自动化生产效率。自动换底线装置的一般工艺顺序是机械手手动夹住每根备用梭芯，然后自动将机械手位置转移到编号梭子的相应位置，取出剩余的空梭芯，再自动手动调整到机械手位置，将剩余的空备用梭芯全部放回编号梭子并落入自动回收装置，从而完成回收装置的自动复位。

2.2自动更换底线装置结构与工作原理

在基于该机实验研究过程的过程控制分析模型中，自动线切换装置系统的主要结构部分主要由工作台、传动和控制部分以及底座结构等组成。执行和传动机构主要位于工作台底座内，还需要机械手、轴承、驱动电机等辅助部件。工作原理：在这个装置系统中，当执行机构检测到改变底线的信号时，机械手会立即自动抓取备用线的底线。执行机构执行操作后，机构会自动逐渐向前移动，直到设置相应的底线信号，电机也会开始转动。机械手将开始逐渐自动抓取备用线轴，工作台将缓慢自动向前移动。当备用线轴取出时，电机也将开始旋转。工作台开始缓慢前后移动，备用筒管会自动缓慢进入梭子旋转过程，机械手自动逐渐释放备用筒管。在更换回收装置的过程中，两个机械手会自行复位，回到原来设定的位置，更换底线装置的过程结束。

三、梭芯抓取机械手的结构设计分析

3.1梭芯抓取机械手设计

及时、有效、准确的自动底线跟踪装置是我们保证自动底线换线装置系统能够更加快速、顺畅地跟踪自动底线系统的基础。首先要能保证梭壳能安全顺利的取出，梭门要打开，这样才能及时安全顺利的取出梭壳。机械手的机械部分主要由顶杆、扳手、卡盘扳手、手爪、气缸活塞、杠杆弹簧衬套六部分组成。扳手用来支撑杠杆轴套，气缸活塞带动杠杆弹簧抓手转动。通过控制杆将穿梭门旋转约60度并夹紧。

3.2机械手抓取力计算

为了通过分析模型进一步确定一个机械手夹持另一个梭壳材料后筒体内的变形受力过程和筒体外的变形受力状态，清晰地预估抓取气缸的压力变化范围，抓取力模型可以最大程度地避免抓取气缸的推力变化过大，在一定程度上可能直接导致机械手受到人为外力的破坏。通过加载应力模型，我们可以全面系统地分析与加载应力模型相关的各种应力问题。在计算加载模型下的加载应力的过程中，应尽量逐个定义所有的接触面类型。然后根据实际的加载应力模型，可以用手夹紧的机械手套和钢管夹套应该全部采用全钢结构，最大允许输入压力一般应尽可能限制在0.7 kMPa左右。此时机械手的最大输出推力一般应维持在103.2N，并尽可能充分综合考虑实际受力变化来确定模型中施加的最大推力。数据分析表明，当模型的最大应力达到最大值时，杠杆末端也会发生应力变形。当缸内输入压力接近最大值时，模型的应力和变形会相对较小，与模型的设计参数一致。但是，如果最大输入应力大于模型材料的应力变形，则应进一步更严格地控制最大输入压力。为了定义气缸最大压力输入时应力的实际取值范围，应考虑在不同的最大压力条件下选取相应的最大气缸推力，并据此加载，以确定系统的最大工作应力。

四、自动更换底线装置控制系统设计

4.1机械手的驱动控制

机械手用于抓取和夹紧梭壳。机械手主要由气缸活塞驱动。气缸内的左右进气口还装有单向节流阀（出口节流阀），可以调节气缸活塞杆的速度。气缸轴上分别安装有两个正、负磁开关，用于机械手在空中抓取和释放梭壳时准确检测气缸活塞的精确位置。基本控制参数当用感应式磁开关将活塞移动到相应的位置时，磁开关中的一个感应式磁开关会立即检测到从活塞位置移动时产生磁场的磁环，磁力会立即啮合两个磁开关的自动元件，产生另一个由磁力感应的电信号，该信号会送回PLC自动控制系统，然后执行自动控制装置程序中设定的下一个控制命令。

4.2执行机构的控制

执行機构设计的特殊功能机构之一是实现空梭在空中的快速运动，并自动快速转移到其备用空梭上。通过驱动轴的连续快速旋转和其前后轴上两个快速旋转机械手的同时高速旋转，使空梭快速自动移出其旋梭，处于待机方向的空梭自动转移到旋梭位置。根据更换底线时操作步骤所需的参数，制动器通常需要旋转90°或者180°。通过减速伺服电机经主减速器减速，控制减速器执行的机构齿轮的旋转和运动状态，通过接近开关检测执行机构的旋转角度。

结束语

本研究基于当前我国缝纫机自动化发展实践中的缝纫机自动换线装置的系统设计方法和相应的研究方法，进一步探索利用整体效率上升更快、响应时间周期更短的技术实现缝纫机技术自动化集成应用的系统方法，初步实现了缝纫机自动换线装置。

参考文献：

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[2]易朋兴，杜衡，鲁华南，来五星.工业缝纫机自动更换底线装置的研究与应用[J].机床与液压，2014，42（21）：33-35+41.