工業縫紉機自動更換底線裝置的研究與應用

萬義明 蔡鵬鵬 吳善敏

摘? 要：本文提出了設計新型工業縫紉機自動換線裝置的具體工藝方法，設計制造了縫紉機自動換線裝置樣機。通過對底線裝置結構中幾個關鍵功能部件的有限元分析，設計了抓取機械手氣缸的基本結構性能。然后，通過現場仿真分析和計算，確定了抓取機械手氣缸壓力值的相對合理范圍。最后，設計制造了抓取機械手樣機，用于測試筒管套的抓取性能。但仍需重視抓取機械手與梭殼機械接觸面的固定技術，以保證抓取質量的提高和定位系統的可靠性。

關鍵詞：工業縫紉機;自動更換底線裝置;機械手;結構設計;靜力學仿真

引言：

縫紉線繞線機是一種主要生產設備，用于完成各種縫紉線纏繞產品的纏繞和最終加工。目前，國內紡織制造裝配行業仍在使用最早的進口縫紉線繞線機設備，生產的紡織機械90%以上為老式普通繞線機，仍需人工操作完成初繞機，這是重要的生產工序。實際是工人承擔的體力勞動太強，纏繞工藝效率普遍低于機器。而且要求專業操作人員技術嫻熟，操作熟練。本文將提出一種新型的縫紉線自動初級纏繞裝置，它能夠完全自動地完成抓線、斷線、纏繞等功能過程?？梢源蟠笥行У亟档凸と说膭趧訌姸?，提高整個卷繞過程的高度自動化控制程度，提高初繞和卷繞的生產效率。

一、自動初繞裝置的工作原理

自動纏繞縫紉線自動繞線機的原理是，在手動纏繞空心縫紉線管道的制造工藝和設計方法中，首先需要將空筒管裝到繞線機主軸上，擰緊壓緊螺母后，自動初繞裝置的抓線機構將4個縫紉線線頭依次抓住，移動抓線機構使線頭與壓緊螺母接觸，驅動主軸正轉。利用縫紉線頭與手壓螺母面之間的相對摩擦力，縫紉線頭自動纏繞固定在縫紉線管頭上。當錠子的初始卷繞和固定數沒有達到設定的轉數時，錠子系統將立即停止錠子轉動。纏繞線圈后的基本參數，松開壓緊螺母，纏繞線圈后取下穿線管，完成縫紉線的纏繞過程。

二、自動更換底線裝置功能分析與設計

2.1更換底線工藝過程

由于目前國內使用的所有自動換底線裝置主要依靠手動抓取手或手動機械手進行操作，往往需要盡量避免手動先取出一個空的梭芯，然后及時更換備用的梭芯，這也可能造成整個設備時間成本和設備成本的空間浪費，影響整機生產的整體效率。目前，我們在研究和實驗過程中應用的自動抓取裝置主要可以使用兩種功能齊全、操作類型不同的抓取機械手，即手動抓取筒管和自動抓取備用筒管，可以實現工廠內整個生產抓取過程的操作流程和步驟以及整個工作流程的自動化管理過程，并且可以保證抓取過程時間、可以快速、有效、安全地有效節省成本投入和每一個工作流程步驟，從而大大提高企業的整體自動化生產效率。自動換底線裝置的一般工藝順序是機械手手動夾住每根備用梭芯，然后自動將機械手位置轉移到編號梭子的相應位置，取出剩余的空梭芯，再自動手動調整到機械手位置，將剩余的空備用梭芯全部放回編號梭子并落入自動回收裝置，從而完成回收裝置的自動復位。

2.2自動更換底線裝置結構與工作原理

在基于該機實驗研究過程的過程控制分析模型中，自動線切換裝置系統的主要結構部分主要由工作臺、傳動和控制部分以及底座結構等組成。執行和傳動機構主要位于工作臺底座內，還需要機械手、軸承、驅動電機等輔助部件。工作原理：在這個裝置系統中，當執行機構檢測到改變底線的信號時，機械手會立即自動抓取備用線的底線。執行機構執行操作后，機構會自動逐漸向前移動，直到設置相應的底線信號，電機也會開始轉動。機械手將開始逐漸自動抓取備用線軸，工作臺將緩慢自動向前移動。當備用線軸取出時，電機也將開始旋轉。工作臺開始緩慢前后移動，備用筒管會自動緩慢進入梭子旋轉過程，機械手自動逐漸釋放備用筒管。在更換回收裝置的過程中，兩個機械手會自行復位，回到原來設定的位置，更換底線裝置的過程結束。

三、梭芯抓取機械手的結構設計分析

3.1梭芯抓取機械手設計

及時、有效、準確的自動底線跟蹤裝置是我們保證自動底線換線裝置系統能夠更加快速、順暢地跟蹤自動底線系統的基礎。首先要能保證梭殼能安全順利的取出，梭門要打開，這樣才能及時安全順利的取出梭殼。機械手的機械部分主要由頂桿、扳手、卡盤扳手、手爪、氣缸活塞、杠桿彈簧襯套六部分組成。扳手用來支撐杠桿軸套，氣缸活塞帶動杠桿彈簧抓手轉動。通過控制桿將穿梭門旋轉約60度并夾緊。

3.2機械手抓取力計算

為了通過分析模型進一步確定一個機械手夾持另一個梭殼材料后筒體內的變形受力過程和筒體外的變形受力狀態，清晰地預估抓取氣缸的壓力變化范圍，抓取力模型可以最大程度地避免抓取氣缸的推力變化過大，在一定程度上可能直接導致機械手受到人為外力的破壞。通過加載應力模型，我們可以全面系統地分析與加載應力模型相關的各種應力問題。在計算加載模型下的加載應力的過程中，應盡量逐個定義所有的接觸面類型。然后根據實際的加載應力模型，可以用手夾緊的機械手套和鋼管夾套應該全部采用全鋼結構，最大允許輸入壓力一般應盡可能限制在0.7 kMPa左右。此時機械手的最大輸出推力一般應維持在103.2N，并盡可能充分綜合考慮實際受力變化來確定模型中施加的最大推力。數據分析表明，當模型的最大應力達到最大值時，杠桿末端也會發生應力變形。當缸內輸入壓力接近最大值時，模型的應力和變形會相對較小，與模型的設計參數一致。但是，如果最大輸入應力大于模型材料的應力變形，則應進一步更嚴格地控制最大輸入壓力。為了定義氣缸最大壓力輸入時應力的實際取值范圍，應考慮在不同的最大壓力條件下選取相應的最大氣缸推力，并據此加載，以確定系統的最大工作應力。

四、自動更換底線裝置控制系統設計

4.1機械手的驅動控制

機械手用于抓取和夾緊梭殼。機械手主要由氣缸活塞驅動。氣缸內的左右進氣口還裝有單向節流閥（出口節流閥），可以調節氣缸活塞桿的速度。氣缸軸上分別安裝有兩個正、負磁開關，用于機械手在空中抓取和釋放梭殼時準確檢測氣缸活塞的精確位置?；究刂茀诞斢酶袘酱砰_關將活塞移動到相應的位置時，磁開關中的一個感應式磁開關會立即檢測到從活塞位置移動時產生磁場的磁環，磁力會立即嚙合兩個磁開關的自動元件，產生另一個由磁力感應的電信號，該信號會送回PLC自動控制系統，然后執行自動控制裝置程序中設定的下一個控制命令。

4.2執行機構的控制

執行機構設計的特殊功能機構之一是實現空梭在空中的快速運動，并自動快速轉移到其備用空梭上。通過驅動軸的連續快速旋轉和其前后軸上兩個快速旋轉機械手的同時高速旋轉，使空梭快速自動移出其旋梭，處于待機方向的空梭自動轉移到旋梭位置。根據更換底線時操作步驟所需的參數，制動器通常需要旋轉90°或者180°。通過減速伺服電機經主減速器減速，控制減速器執行的機構齒輪的旋轉和運動狀態，通過接近開關檢測執行機構的旋轉角度。

結束語

本研究基于當前我國縫紉機自動化發展實踐中的縫紉機自動換線裝置的系統設計方法和相應的研究方法，進一步探索利用整體效率上升更快、響應時間周期更短的技術實現縫紉機技術自動化集成應用的系統方法，初步實現了縫紉機自動換線裝置。

參考文獻：

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