萬義明 蔡鵬鵬 吳善敏

摘? 要：本文提出了設(shè)計新型工業(yè)縫紉機自動換線裝置的具體工藝方法，設(shè)計制造了縫紉機自動換線裝置樣機。通過對底線裝置結(jié)構(gòu)中幾個關(guān)鍵功能部件的有限元分析，設(shè)計了抓取機械手氣缸的基本結(jié)構(gòu)性能。然后，通過現(xiàn)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(shè)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(shù)，以保證抓取質(zhì)量的提高和定位系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)縫紉機;自動更換底線裝置;機械手;結(jié)構(gòu)設(shè)計;靜力學(xué)仿真

引言：

縫紉線繞線機是一種主要生產(chǎn)設(shè)備，用于完成各種縫紉線纏繞產(chǎn)品的纏繞和最終加工。目前，國內(nèi)紡織制造裝配行業(yè)仍在使用最早的進口縫紉線繞線機設(shè)備，生產(chǎn)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(chǎn)工序。實際是工人承擔(dān)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(yè)操作人員技術(shù)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(chǎn)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(shè)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(gòu)將4個縫紉線線頭依次抓住，移動抓線機構(gòu)使線頭與壓緊螺母接觸，驅(qū)動主軸正轉(zhuǎn)。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(dāng)錠子的初始卷繞和固定數(shù)沒有達到設(shè)定的轉(zhuǎn)數(shù)時，錠子系統(tǒng)將立即停止錠子轉(zhuǎn)動。纏繞線圈后的基本參數(shù)，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(shè)計

2.1更換底線工藝過程

由于目前國內(nèi)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(shè)備時間成本和設(shè)備成本的空間浪費，影響整機生產(chǎn)的整體效率。目前，我們在研究和實驗過程中應(yīng)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(xiàn)工廠內(nèi)整個生產(chǎn)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(jié)省成本投入和每一個工作流程步驟，從而大大提高企業(yè)的整體自動化生產(chǎn)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(zhuǎn)移到編號梭子的相應(yīng)位置，取出剩余的空梭芯，再自動手動調(diào)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(fù)位。

2.2自動更換底線裝置結(jié)構(gòu)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(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)部分主要由工作臺、傳動和控制部分以及底座結(jié)構(gòu)等組成。執(zhí)行和傳動機構(gòu)主要位于工作臺底座內(nèi)，還需要機械手、軸承、驅(qū)動電機等輔助部件。工作原理：在這個裝置系統(tǒng)中，當(dāng)執(zhí)行機構(gòu)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(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行操作后，機構(gòu)會自動逐漸向前移動，直到設(shè)置相應(yīng)的底線信號，電機也會開始轉(zhuǎn)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(dāng)備用線軸取出時，電機也將開始旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)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(fù)位，回到原來設(shè)定的位置，更換底線裝置的過程結(jié)束。

三、梭芯抓取機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

3.1梭芯抓取機械手設(shè)計

及時、有效、準(zhǔn)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(tǒng)能夠更加快速、順暢地跟蹤自動底線系統(tǒng)的基礎(chǔ)。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(zhuǎn)動。通過控制桿將穿梭門旋轉(zhuǎn)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(nèi)的變形受力過程和筒體外的變形受力狀態(tài)，清晰地預(yù)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(dǎo)致機械手受到人為外力的破壞。通過加載應(yīng)力模型，我們可以全面系統(tǒng)地分析與加載應(yīng)力模型相關(guān)的各種應(yīng)力問題。在計算加載模型下的加載應(yīng)力的過程中，應(yīng)盡量逐個定義所有的接觸面類型。然后根據(jù)實際的加載應(yīng)力模型，可以用手夾緊的機械手套和鋼管夾套應(yīng)該全部采用全鋼結(jié)構(gòu)，最大允許輸入壓力一般應(yīng)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(yīng)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(shù)據(jù)分析表明，當(dāng)模型的最大應(yīng)力達到最大值時，杠桿末端也會發(fā)生應(yīng)力變形。當(dāng)缸內(nèi)輸入壓力接近最大值時，模型的應(yīng)力和變形會相對較小，與模型的設(shè)計參數(shù)一致。但是，如果最大輸入應(yīng)力大于模型材料的應(yīng)力變形，則應(yīng)進一步更嚴(yán)格地控制最大輸入壓力。為了定義氣缸最大壓力輸入時應(yīng)力的實際取值范圍，應(yīng)考慮在不同的最大壓力條件下選取相應(yīng)的最大氣缸推力，并據(jù)此加載，以確定系統(tǒng)的最大工作應(yīng)力。

四、自動更換底線裝置控制系統(tǒng)設(shè)計

4.1機械手的驅(qū)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(qū)動。氣缸內(nèi)的左右進氣口還裝有單向節(jié)流閥（出口節(jié)流閥），可以調(diào)節(jié)氣缸活塞桿的速度。氣缸軸上分別安裝有兩個正、負磁開關(guān)，用于機械手在空中抓取和釋放梭殼時準(zhǔn)確檢測氣缸活塞的精確位置?；究刂茀?shù)當(dāng)用感應(yīng)式磁開關(guān)將活塞移動到相應(yīng)的位置時，磁開關(guān)中的一個感應(yīng)式磁開關(guān)會立即檢測到從活塞位置移動時產(chǎn)生磁場的磁環(huán)，磁力會立即嚙合兩個磁開關(guān)的自動元件，產(chǎn)生另一個由磁力感應(yīng)的電信號，該信號會送回PLC自動控制系統(tǒng)，然后執(zhí)行自動控制裝置程序中設(shè)定的下一個控制命令。

4.2執(zhí)行機構(gòu)的控制

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

結(jié)束語

本研究基于當(dāng)前我國縫紉機自動化發(fā)展實踐中的縫紉機自動換線裝置的系統(tǒng)設(shè)計方法和相應(yīng)的研究方法，進一步探索利用整體效率上升更快、響應(yīng)時間周期更短的技術(shù)實現(xiàn)縫紉機技術(shù)自動化集成應(yīng)用的系統(tǒng)方法，初步實現(xiàn)了縫紉機自動換線裝置。

參考文獻：

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