一種自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)中停經(jīng)片的處理優(yōu)化研究

徐釗釗， 林富生， 黃豐毅， 胡學(xué)濤， 宋志峰， 劉泠杉， 龔小舟

（武漢紡織大學(xué)， 三維紡織湖北省工程研究中心， 湖北 武漢430200）

0 引言

隨著自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)、 整經(jīng)機(jī)等織造關(guān)鍵技術(shù)的不斷進(jìn)步，紡織行業(yè)的自動(dòng)化程度也在不斷提高。穿經(jīng)是織造過程中的準(zhǔn)備工序，一直以來穿綜、穿筘都是由人工完成，速度慢、生產(chǎn)效率低、用工多、質(zhì)量差，而且人工勞動(dòng)強(qiáng)度大， 特別是穿經(jīng)速度方面早已不能滿足現(xiàn)代織機(jī)的生產(chǎn)需求。 而自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)作為一種新型的自動(dòng)化程度較高的穿經(jīng)設(shè)備，進(jìn)一步改進(jìn)了穿經(jīng)速度和穿經(jīng)質(zhì)量，因此近幾年已經(jīng)逐步應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)[1]。國內(nèi)的自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)市場廣闊，目前主要被國外的史陶比爾等公司壟斷。由于國外的穿經(jīng)機(jī)價(jià)格昂貴，只有少數(shù)的紡織企業(yè)有實(shí)力購買[2]。 國產(chǎn)的穿經(jīng)機(jī)價(jià)格相對便宜但穿經(jīng)效果卻不夠好， 市場占有率不高。 因此，進(jìn)一步發(fā)展自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)將有利于解放勞動(dòng)力，打破國外技術(shù)壟斷，提高工廠的生產(chǎn)效率。

自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)有多道工序，主要包括分紗模塊，分停經(jīng)片模塊，分綜絲模塊，穿筘模塊以及勾線裝置，通過各個(gè)模塊的配合運(yùn)動(dòng)，使紗線、停經(jīng)片孔、綜絲眼以及筘隙在一條直線上，勾針伸出一次將經(jīng)線拉過完成穿經(jīng)過程[3]。本文針對現(xiàn)有自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)中停經(jīng)片存在卡頓和掉落的問題進(jìn)行研究， 采用針型氣缸連接真空吸盤配合氣滑環(huán)的方式，對停經(jīng)片進(jìn)行處理，解決此類問題并能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

1 穿經(jīng)機(jī)停經(jīng)片的處理工藝及一般方法

1.1 停經(jīng)片處理工藝

穿經(jīng)工藝的經(jīng)線來自于經(jīng)軸， 每根經(jīng)軸上有著許多經(jīng)線，每根經(jīng)線都需要穿過一個(gè)停經(jīng)片孔。 停經(jīng)片懸掛在掛梁上稱為停經(jīng)片庫，停經(jīng)片庫上存放待穿的停經(jīng)片，每次穿經(jīng)需要從中取出一片， 要求穩(wěn)定準(zhǔn)確的分離單個(gè)停經(jīng)片。 停經(jīng)片的處理有準(zhǔn)備位置、取停經(jīng)片位置、穿停經(jīng)片位置、 排停經(jīng)片位置等四個(gè)工位。 這是一個(gè)循環(huán)的過程，需要有相對應(yīng)的運(yùn)送裝置。停經(jīng)片的處理難度在于停經(jīng)片厚度較小只有0.1mm， 而每次只能從停經(jīng)片庫中取出一個(gè)停經(jīng)片， 沒有分出或者分出多個(gè)停經(jīng)片都會(huì)導(dǎo)致穿經(jīng)機(jī)停機(jī)。第二個(gè)問題在于變向的問題，因?yàn)橥＝?jīng)片的孔要正對勾針才能順利完成穿經(jīng)， 所以從停經(jīng)片庫中分離的停經(jīng)片需要旋轉(zhuǎn)90°，完成穿經(jīng)后再旋轉(zhuǎn)90°排出。

圖1 分離停經(jīng)片

1.2 現(xiàn)有分離停經(jīng)片的方法

（1）電磁分離停經(jīng)片：這是一種常見于半自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)的分停經(jīng)片方式，利用停經(jīng)片由不銹鋼制作而成的屬性，采用電磁鐵吸取停經(jīng)片來達(dá)到分離的目的。操作方法為使電磁鐵靠近停經(jīng)片庫，通電吸取停經(jīng)片后，傳送桿將停經(jīng)片送到下個(gè)工序。由于停經(jīng)片庫上的停經(jīng)片緊挨在一起，當(dāng)電磁鐵磁力較強(qiáng)時(shí)，會(huì)吸取多片停經(jīng)片，而當(dāng)電磁鐵磁力較弱時(shí)又會(huì)出現(xiàn)吸取不到停經(jīng)片的現(xiàn)象，并且在運(yùn)送的過程中停經(jīng)片可能會(huì)脫落。 因此，分離效果不佳，分離出錯(cuò)情況較多。

（2）分離刀分離停經(jīng)片：采用特制的鋸齒狀分離刀，鋸齒的間距與停經(jīng)片的厚度有關(guān)， 鋸齒狀的分離刀通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)撥出停經(jīng)片[4]。這種方式較電磁分離方式要穩(wěn)定一些，可以快速分離單個(gè)停經(jīng)片，但其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)過多。因?yàn)闄C(jī)械式分離停經(jīng)片，對停經(jīng)片有一定的損傷，偶爾會(huì)出現(xiàn)卡停經(jīng)片或者停經(jīng)片掉落的情況。在自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)上應(yīng)用時(shí)出錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致停機(jī)，降低產(chǎn)能，不能與自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)很好的適配。

圖2 停經(jīng)片變向

（3） 真空吸盤分離： 真空吸盤的工作方式是負(fù)壓吸引，當(dāng)吸盤貼近停經(jīng)片時(shí)，吸盤會(huì)吸附停經(jīng)片庫最外面的停經(jīng)片[5]。 吸盤吸力大小與氣壓有關(guān)，當(dāng)負(fù)壓大時(shí)吸力就大，對于停經(jīng)片這種小型物體可保證穩(wěn)定吸附不掉落，也不存在卡停經(jīng)片的問題。同時(shí)，吸盤每次只會(huì)吸附最外面的一個(gè)停經(jīng)片，不會(huì)出現(xiàn)吸取多片的現(xiàn)象，保證了分離的準(zhǔn)確性。

從三種方法上分析， 真空吸盤既保證了停經(jīng)片分離的準(zhǔn)確性，又保證了穩(wěn)定性。 同時(shí)，使用真空吸盤在停經(jīng)片運(yùn)送時(shí)可以保證其不會(huì)掉落， 減少了傳送時(shí)的夾持裝置，取、排停經(jīng)片都很實(shí)用，效果比較理想。

2 真空吸盤分離方式介紹

2.1 分離方式

由于停經(jīng)片緊挨著掛在掛梁上，每次需從中取出一片停經(jīng)片，而停經(jīng)片表面平整且整體輕便采用吸盤的方式吸取，可保證每次只吸出最外的一片停經(jīng)片。 吸盤可牢牢吸附停經(jīng)片在傳送時(shí)不會(huì)脫落， 結(jié)構(gòu)也十分簡單，效果較好。 真空吸盤裝置包括電磁閥，真空發(fā)生器和吸盤組成。 電磁閥通電，真空吸盤產(chǎn)生真空氣壓，吸盤中帶有負(fù)壓， 吸盤靠近停經(jīng)片庫時(shí)可吸取最外的停經(jīng)片，對下一個(gè)停經(jīng)片不會(huì)有任何影響。 可很好的解決停經(jīng)片分離問題。

圖3 吸盤裝置

圖4 穿停經(jīng)片裝置

2.2 傳送裝置

本裝置有四個(gè)工位，分別為準(zhǔn)備位、分離位、穿經(jīng)位和排出位。 在準(zhǔn)備位置吸盤沒有吸附停經(jīng)片。 在分離位置，針型氣缸伸出，吸盤吸取停經(jīng)片，針型氣缸縮回。在穿經(jīng)位置，勾針從停經(jīng)片孔穿過勾取經(jīng)線。在排出位置將停經(jīng)片排出。由于采用了氣缸和吸盤等氣動(dòng)元件，而且在停經(jīng)片三個(gè)工位循環(huán)動(dòng)作， 在轉(zhuǎn)變工位時(shí)會(huì)導(dǎo)致氣管纏繞的問題， 這里使用氣滑環(huán)元件。 氣滑環(huán)分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分， 定子和轉(zhuǎn)子有一一對應(yīng)等數(shù)量的氣管接頭。 在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)， 對應(yīng)的氣管接頭氣路始終聯(lián)通。 因此，氣滑環(huán)可解決氣管纏繞的問題。

圖5 穿停經(jīng)片裝置圖

圖6 停經(jīng)片工位圖

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于提高了穿經(jīng)的效率， 解放生產(chǎn)力。不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，在控制程序上也需要盡可能優(yōu)化，與機(jī)械配合提高工作效率，使整體運(yùn)行更加流暢，穩(wěn)定和高效。

3.1 控制對象

自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)模塊控制對象包括：

（1）四個(gè)取停經(jīng)片氣缸。 為了穩(wěn)定高效，盡可能讓停經(jīng)片庫靠近氣滑環(huán)部分。選用針型氣缸，動(dòng)作快，效率高。四個(gè)氣缸分別取名1，2，3，4。 當(dāng)1 號氣缸伸出取停經(jīng)片時(shí)，2 至4 號是縮回狀態(tài)，取完后1 號縮回。當(dāng)1 號運(yùn)動(dòng)到工位2 時(shí)，4 號氣缸伸出取停經(jīng)片，然后縮回。當(dāng)1 號運(yùn)動(dòng)到工位3 時(shí)，3 號氣缸伸出取停經(jīng)片，然后縮回。當(dāng)1 號運(yùn)動(dòng)到工位4 時(shí)，4 號氣缸伸出取停經(jīng)片， 然后縮回。 在穿當(dāng)前停經(jīng)片時(shí)下一個(gè)停經(jīng)片已準(zhǔn)備就緒。

（2）四個(gè)真空吸盤。 當(dāng)真空吸盤隨著氣缸伸出時(shí)，吸盤吸住停經(jīng)片。 在1 號工位吸取，在2 號工位完成穿經(jīng)，在3 號工位真空吸盤斷氣， 停經(jīng)片排出進(jìn)入下個(gè)處理階段，在工位4 進(jìn)入準(zhǔn)備階段。

（3）伺服電機(jī)。伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器連接氣滑環(huán)轉(zhuǎn)子，伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子每次旋轉(zhuǎn)90°改變工位。 每個(gè)工位設(shè)有傳感器。 當(dāng)工位到達(dá)時(shí)傳感器發(fā)出信號，電機(jī)停止。

3.2 控制流程

控制系統(tǒng)的CPU 選用西門子S7-200PLC。 西門子PLC 既支持橫向編程又支持縱向編程， 可在子程序中使用中間變量， 對編程有很大的幫助。 采用梯形圖語言編程，對氣缸，吸盤和伺服進(jìn)行控制。在1 號工位，對應(yīng)位置的氣缸伸出，氣缸軸端部連接的吸盤吸取停經(jīng)片，然后氣缸縮回。 在2 號工位，氣桿保持縮回狀態(tài)，吸盤繼續(xù)吸住停經(jīng)片，勾針在這個(gè)位置勾取經(jīng)線。 在3 號工位，氣桿保持縮回狀態(tài)，吸盤停止吸氣，停經(jīng)片排出。 在四號工位進(jìn)入準(zhǔn)備階段，氣桿保持縮回狀態(tài)，吸盤停止吸氣。 當(dāng)穿經(jīng)完成后，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)90°，氣缸對應(yīng)的工位發(fā)生改變，氣缸和繼續(xù)執(zhí)行對應(yīng)工位的動(dòng)作。 整個(gè)穿停經(jīng)片模塊取、穿、排動(dòng)作可以在同一時(shí)間完成，保持較高的效率工作。

4 結(jié)論

本文對自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)停經(jīng)片的處理工藝、控制對象、實(shí)現(xiàn)方法以及控制系統(tǒng)介紹。采用吸盤分離停經(jīng)片方法，對整個(gè)停經(jīng)片模塊的分、穿、排停經(jīng)片提出了解決方案。 解決了停經(jīng)片分離出錯(cuò)的問題。整個(gè)穿停經(jīng)片模塊流暢、高效，有利于提高自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)的整體運(yùn)行效率，有望促進(jìn)自動(dòng)穿經(jīng)機(jī)的發(fā)展。