机头任意旋转的厚料花样缝纫机的设计与开发

机头任意旋转的厚料花样缝纫机的设计与开发

刘景波

上工申贝（集团）股份有限公司  上海市宝山区  201900

摘要:缝纫线迹对缝纫设备的要求越来越高。自动化缝纫设备替代人工半自动缝纫已经成为必然趋势。缝纫机头随着缝纫轨迹方向旋转，保持缝纫方向一致，模仿人工在平缝纫机时的动作，保证了缝纫线迹的一致性。大大提高了生产率，释放了劳动力，解放了操作人员的双手，降低了对缝纫设备操作的技术要求。从而实现高效的完美线迹的自动化。

关键词：花样机；机头旋转；缝纫线迹；厚料；缝纫机；设计与开发

引言

目前，缝纫线迹是否美观与平整，在很大程度上体现了缝纫设备的优劣，也决定了所生产的缝纫产品的质量和档次。对于一些外观装饰的缝纫线，要求缝纫线迹漂亮和美观。这种要求多出现在高端的箱包、沙发、汽车座椅及其内饰等厚料缝纫产品中。因此对于厚料花样缝纫的要求就比较高。花样缝纫机一种可编程序的全自动缝纫机。通过编制缝纫线迹和预设缝纫参数，机器就能够全自动缝制出一个完整缝型，花样机在缝纫时机头保持不动，工装模板带动材料在X、Y向进行移动，在实现平面内各种花样的缝纫。花样机通过近些年的发展经过不断地更新换代和产品创新，已经较最初时更先进和更智能，操作更方便，缝纫速度更快，缝纫产品的质量也更高。

一、缝纫线迹的形成及送料运动的方式

线迹：由一根或一根以上缝线，采用自连、互连，交织在缝料上穿过缝料而形成的一个单元。有手工线迹、锁式线迹和链式线迹（包缝和覆盖）三种。无论是链式线迹还是锁式线迹，形成线迹的基本条件，一是有一个缝纫线形成的线环。二是有一个能被线环套进去并带有另一根缝纫的构件。线环的形成是通过勾线机构，是缝纫面线与底线交织而形成的线迹。在实现勾线的过程中，需要缝纫机针带着面线刺穿缝纫物料形成稳定的线环被勾线机构勾住。面线被勾线机构勾住后，经过扩大、套过、收缩、与底线交织，最终形成缝纫线迹。所线环在形成是若需要保证稳定，则需要保证线环形成时，不能出现弯曲、变形等不不稳定状态，造成勾线机构勾不住线环，不能完成线迹，从而发生跳针现象。以线环是机器能够实现缝纫的首要条件。

送料机构是工业缝纫机线迹形成过程中的执行部分。送料机构的功能是完成物料夹持、移动缝纫物料，然后送料机构后退进行下一次送料。而花样缝纫机的送料形式则是缝纫物料通过X、Y向的移动实现送料，通过每次移动的距离实现针距的控制，通过线迹文件生成的缝纫图案，控制每一针的缝纫方向。因此花样缝纫机是在原有的工业缝纫机基础上的一种升级。花样缝纫机通过电脑控制在X、Y向的物料移动方式替代了工业缝纫机送布牙送料的方式。由于花样缝纫机物料是在缝纫范围内X、Y向任意平面移动的，缝纫物料移动的方向是任意方向，而同样的工业缝纫机缝纫物料移动方向始终沿着形成线环的方向。因此在花样缝纫机在缝纫物料形成缝纫线迹时会出现有些方向缝纫的线迹没有沿着形成线环的方向漂亮。花样机在用于一般的服装缝纫，线迹质量要求不高的场景是可以满足使用要求的，但是对于线迹要求比较高的厚料缝纫场景就不能满足要求。因此花样机迫切的需要改变，需要物料的移动方向始终保持与线环形成的方向一致。从而保证线迹质量。

二、机头任意旋转的厚料花样缝纫机的设计与开发

（一）设计目标

一是机头上下分离独立驱动并能实现同步转动，下机头具有自动剪线功能，上机头具有手动面线张力调节功能、自动松线功能。二是上机头可以升降，升降行程80毫米。三是上下机头以针杆为旋转中心可任意角度旋转，上下机头控制的线路和气路不能因机头旋转打结。缝纫时始终沿着线迹方向旋转。四是缝纫面积为900毫米X600毫米。五是缝纫上下机头最大转速3000转/分钟。六是设备工作电压为单相220伏，50赫兹。七是X向Y向移动重复精度为±0.05毫米以内。八是工装模板设计要求对缝纫材料定位及固定可靠。九是操作屏为15寸液晶触摸显示屏。

（二）设计方案

1.上下机头部分

普通厚料缝纫机或厚料的花样缝纫的机头上机头和下机头都是通过机械结构传动的方式同步运动实现缝纫。若将上机头和下机头分别独立驱动，需要将原有的厚料缝纫机或厚料的花样机作为设计的基础。分别进行独立并分别驱动。

上机头设计时，机头壳体设计根据厚料缝纫机或花样缝纫机头的位置关系进行测绘。测绘主轴、压脚驱动轴、针杆导向套、压脚导向套等相对位置，按照原有缝纫机的位置进行设计。上机头通过电机直接驱动上机头主轴旋转。上机头主轴带动挑线机构往复运动，实现挑线动作。上机头主轴同时带动压脚，实现压脚的往复运动。上机头上保留了原有的张力调节机构、过线机构及自动松线机构。

下机头设计时，保留原有的梭床机构、旋梭机构和自动剪线机构。下机头通过电机直接驱动下机头主轴旋转。下机头主轴旋转时带动旋梭旋转。并设计一款下机头壳体，用于安装梭床机构、旋梭机构和剪线机构。

上下机头同步旋转的控制方式是通过同步轴控制方式。上机头主轴驱动电机和下机头主轴驱动电机同步驱动，一主一从工作，以上机头主轴驱动电机为主，下机头主轴电机跟随。上下主轴同步旋转，从而实现挑线机构和旋梭机构配合，达到完成缝纫的功能。

2.上下机头旋转机构

为了避免上下机头在任意旋转时，相应的控制气管和控制电线缠绕和打结，所以在设计时，将控制上下机头的气管和控制线缆通过气电滑环传输到上下机头的位置。气电滑环的作用是负责给旋转体连通、输送能源与信号的电气元件。

上下机头旋转的设计，是通过将上下机头安装在中空的旋转减速机转台上。控制电缆和气管从中空的旋转减速机转台中空位置穿过。安装时，旋转中心为针杆的中心。并将气电滑环安装在旋转减速机转台的另一侧。通过同步驱动上机头旋转电机和下机头旋转电机，实现上下机头旋转同步。并始终保持机头始终沿着缝纫线迹方向进行缝纫。

3.上机头升降机构

原有缝纫设备主轴停止转动物料X向Y向移动时，机针距针板的空间仅为15-20mm的距离，所以避免工装模板移动时与上机头发生干涉，碰撞压脚或机针，所以根据需求上机头需要升降80mm。设计时上机头升降的功能采用气缸进行驱动。根据上机头的重量及上机头旋转减速机转台的重量，选择合适缸径的气缸。设计时为避免因突然间设备断气而产生的上机头下落的风险，所以气缸控制采用双控三位五通中封电磁阀。

上机头升降的导向机构的设计，是将安装有上机头和气电滑环的旋转减速机转台安装在两条导轨滑环上进行导向，导轨两端安装有机械限位，防止滑块脱落等现象。通过气缸驱动实现上机头的升降。

4.X向Y向驱动机构

X向Y向驱动机构主要作用是驱动模板在台板上X向Y向进行移动，并对物料进行自动缝纫。该机构是X向一根丝杠型模组，Y向两根丝杠模组组成。X向模组安装在Y向两根模组之上。X向Y向模组选型时为了保证位置移动精度和缝纫精度，所以选择了丝杠型模组，该模组的精度可以达到±0.02mm。丝杠的导程的选型则根据缝纫机最高转速3000转/分钟，缝纫针距为5mm,计算可得每分钟模组需要移动的位移为15000mm,而丝杠驱动的电机额定转速为3000转/分钟，则选择丝杠的导程为10mm。模组的驱动电机选型，预计工装模板的重量最大为20-25kg，计算工装模板在机器台板移动时的摩擦力，计算工装模板在台板上启动缝纫和停止缝纫时的惯量，选择适当功率的电机。

Y向两根模组分别为两个电机进行驱动，采用的控制方式为同步驱动两个Y向电机实现同步运动。模板通过气动夹爪和定位机构装夹在X向模组中，而X向模组安装在两个Y向模组中，通过电机驱动X向模组Y向模组带着模板在平面上移动，从而实现缝纫范围内自动缝纫。

5.工装模板的设计

工装模板设计时的目的为对缝纫材料可靠的定位和夹紧。因此设计工装模板在设计时分为下模板和上模板。下模板的作用为定位缝纫材料，在设计时采用定位销的形式定位缝纫材料。裁切材料时对相对定位位置需要裁切定位孔。并且下模板在缝纫位置进行镂空设计，避让缝纫机机针。下模板同时设计有与X向模组连接机构。用于与X向模组的固定和连接。上模板的主要作用为夹紧缝纫材料。设计时采用锁扣的形式或采用磁铁吸附的形式与下模板配合夹紧缝纫材料。下模板在缝纫位置进行镂空设计避让缝纫机机针。上模板定位销位置进行工艺孔避让，以防无法夹紧物料。

6.运行操作

设备启动前，需要准备好底线和面线。打开工装模板的上模板，将缝纫材料放置在下模板中，并通过定位销进度定位。关闭上模板夹紧缝纫材料。将装夹完成缝纫材料的工装模板装夹在X向模板中，X向模板通过气动夹爪固定模板。

设备导入需缝纫材料的缝纫轨迹，设置缝纫速度，缝纫针距，缝纫起始的加减速等缝纫参数。设置完成后，通过机器空走，核对模板是否与缝纫机针有干涉的位置。

以上准备完毕后，操作人员按动启动按钮，设备开始运行。运行时，X向Y向模组带动工装模板在缝纫范围内按照缝纫线迹进行移动。缝纫上机头和下机头主轴同步旋转，实现缝纫。上下机头旋转机构按照缝纫线迹进行旋转，始终沿着缝纫的方向进行缝纫。最终完成缝纫并自动剪线。缝纫结束后，操作人员取出缝纫材料，并装夹新材料。

通过操作和测试可是验证机头可以上下分离独立驱动并能实现同步转动，具有自动剪线功能、手动面线张力调节功能。上机头可以升降，升降行程80毫米。上下机头以针杆为旋转中心可始终沿着缝纫线迹方向旋转。缝纫面积可以实现900毫米X600毫米。缝纫最高转速3000转/分钟。设备工作电压为单相220伏，50赫兹。X向Y向移动精度为±0.05毫米以内。模板设计要求对缝纫材料定位及固定可靠。操作屏为15寸液晶触摸显示屏。以上均完成设计目标。

结束语

机头任意旋转的厚料花样缝纫机缝纫最终设计方案经过实际的生产安装调试后，因此设备的缝纫机头任意可任意旋转，并且缝纫物料始终保持沿着旋梭旋转切线的反方向移动，保证了缝纫方向的一致性。最终缝纫出来的产品能够实现缝纫线迹的完整、清晰、整洁、美观、一致性的要求。最终也能够实现高端客户对于装饰线自动缝纫的要求。

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