縫紉線自動(dòng)初繞裝置的設(shè)計(jì)與研究

柯 良，馮關(guān)明，章建軍，陳水明

（浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，紹興 312000）

0 引言

縫紉線繞線機(jī)主要應(yīng)用于縫紉線制線工藝的成型環(huán)節(jié)。縫紉線繞線機(jī)在縫紉線繞制過程中，需把縫紉線線頭抓住，將線頭在縫紉線管上纏繞幾圈，這一過程稱為縫紉線初始繞制，簡(jiǎn)稱初繞。初繞完成后，繞線機(jī)主軸正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)主軸上的縫紉線線管同步轉(zhuǎn)動(dòng)[1]。因?yàn)槔p繞在線管上的縫紉線與線管間存在摩擦力，便會(huì)隨著線管一起旋轉(zhuǎn)，縫紉線便會(huì)不斷纏繞到線管上，從而完成縫紉線的繞制。目前，國(guó)內(nèi)制線業(yè)使用的縫紉線線支卷繞設(shè)備，90%以上為普通繞線機(jī)，需要由人工方式完成初繞這個(gè)工序，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，繞線效率較低，而且對(duì)操作者熟練程度要求高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，初繞工序的停機(jī)時(shí)間占到生產(chǎn)時(shí)間的20%-30%。本文提出一種能夠自動(dòng)完成抓線、斷線、纏繞功能的縫紉線自動(dòng)初繞裝置，能夠有效減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高制線過程的自動(dòng)化程度，提高繞線制線的效率[2]。

1 自動(dòng)初繞裝置的工作原理

縫紉線繞線機(jī)在繞制縫紉線的過程中，首先需要將空線管裝到繞線機(jī)主軸上，擰緊壓緊螺母后，自動(dòng)初繞裝置的抓線機(jī)構(gòu)將4個(gè)縫紉線線頭依次抓住，移動(dòng)抓線機(jī)構(gòu)使線頭與壓緊螺母接觸，驅(qū)動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)，利用縫紉線與壓緊螺母表面的摩擦力，將縫紉線纏繞到縫紉線管上，當(dāng)繞線圈數(shù)達(dá)到設(shè)定圈數(shù)時(shí)，主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示。繞線完成后，松開壓緊螺母，取下繞制完成的線管，完成縫紉線繞制過程[3，4]，自動(dòng)繞線機(jī)工作流程如圖2所示。

圖1 縫紉線繞線機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 自動(dòng)初繞裝置結(jié)構(gòu)組成

縫紉線繞線機(jī)自動(dòng)初繞裝置主要包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、抓線機(jī)構(gòu)、斷線機(jī)構(gòu)。

移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠、導(dǎo)軌、絲杠螺母座、水平支板、前支座、后支座，如圖3所示。移動(dòng)機(jī)構(gòu)的前支座固定于繞線機(jī)上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在前支座上，通過聯(lián)軸器與絲杠相連，絲杠通過絲杠螺母副與絲杠螺母座相連。通過控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，便可實(shí)現(xiàn)絲杠螺母座的左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抓線機(jī)構(gòu)和斷線機(jī)構(gòu)直線移動(dòng)。

抓線機(jī)構(gòu)如圖4所示，包括松下CX440光電傳感器、垂直支板、上夾板、4個(gè)夾頭電磁鐵、電磁鐵上支撐板、電磁鐵下支撐板。抓線機(jī)構(gòu)的垂直支板固定于水平支板上。4個(gè)夾頭電磁鐵固定于電磁鐵上支撐板和電磁鐵下支撐板之間。光電傳感器固定于垂直支板上，通過移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)抓線機(jī)構(gòu)由左向右移動(dòng)，當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到縫。紉線位于夾頭電磁鐵和上夾板之間時(shí)，夾頭電磁鐵得電，電磁鐵夾頭向上頂出，將縫紉線壓緊，完成抓線功能。

圖2 繞線工作流程圖

圖3 移動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

斷線機(jī)構(gòu)如圖5所示，包括切斷電磁鐵、刀片、切斷電磁鐵支架。切斷機(jī)構(gòu)的切斷電磁鐵固定在垂直支板上，刀片通過螺釘1和螺釘2分別與垂直支板和切斷電磁鐵連接，當(dāng)切斷電磁鐵得電后，電磁鐵活動(dòng)桿向下伸出，利用杠桿定律使刀片以螺釘為中心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，切斷夾在電磁鐵夾頭和上夾板之間有縫紉線，完成斷線功能。

圖4 抓線機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖5 斷線機(jī)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 自動(dòng)初繞裝置工作過程

本系統(tǒng)選用三菱PLC作為控制元件，當(dāng)繞線機(jī)完成繞線后，PLC 根據(jù)自動(dòng)繞線程序發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)初繞裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)正傳，通過絲杠螺母副的傳動(dòng)，帶動(dòng)抓線機(jī)構(gòu)和斷線機(jī)構(gòu)向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)松下CX440光電傳感器檢測(cè)到光電夾頭電磁鐵的夾頭中心與縫紉線在豎直面內(nèi)重合時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，夾頭電磁鐵得電，電磁鐵夾頭向上伸出，與上夾板將的縫紉線夾住。完成抓線后，切斷電磁鐵得電，電磁鐵活動(dòng)桿向下伸出，刀片以螺釘為中心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，切斷夾在電磁鐵夾頭和上夾板之間有縫紉線，完成斷線。驅(qū)動(dòng)電機(jī)再次正傳，繼續(xù)帶動(dòng)抓線機(jī)構(gòu)和斷線機(jī)構(gòu)向右運(yùn)動(dòng)，重復(fù)以上步驟，依次完成4根縫紉線的抓取和切斷。

完成縫紉線的抓取和切斷后，擰開鎖緊螺母，將繞線機(jī)主軸上繞制完成的縫紉線線管取下，放上未繞線的縫紉線線管，擰上鎖緊螺母，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)反傳，帶動(dòng)抓線機(jī)構(gòu)和斷線機(jī)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)，到導(dǎo)軌的左極限位置，使垂直支板順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度，抓線機(jī)構(gòu)夾住得縫紉線將與夾緊螺母接觸。

控制繞線機(jī)主軸正傳，由于縫紉線與夾緊螺母接觸，表面具有一定摩擦力，通過繞線機(jī)主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，將縫紉線纏繞到縫紉線線管上，完成縫紉線初始繞制。繞線機(jī)開始繞線，進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)縫紉線繞制過程中人工完成初繞工序耗時(shí)多，效率低的問題，通過創(chuàng)新性的研究和開發(fā)，初步完成了自動(dòng)初繞裝置的設(shè)計(jì)，本裝置能夠自動(dòng)完成抓線、斷線和纏繞等功能，可大幅提高繞線效率，改善繞線質(zhì)量。

類似的裝置還可應(yīng)用于繡花線、尼龍線的繞制，滿足高檔服裝、革制品、箱包、制鞋、拉鏈、繡花、家紡和領(lǐng)帶等行業(yè)相關(guān)企業(yè)的繞線需求，具有廣泛的市場(chǎng)需求和工業(yè)應(yīng)用前景。

[1] 唐穎,孟憲松,劉軍.自動(dòng)環(huán)型繞線機(jī)的設(shè)計(jì)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2004,32(6):29-30.

[2] 魏俊波,胡國(guó)清.基于Pro/E的自動(dòng)磁環(huán)繞線機(jī)虛擬設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011,(5):57-59.

[3] 趙曉東,董哲,王敏.全自動(dòng)繞線機(jī)的研制[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2010,39(11):41-45.

[4] 劉洪瑋,郭吉豐,孫云云,任軍軍.兩軸伺服控制的繞線機(jī)系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng),2010,40(9):9-12.