牛仔布裁片掃粉工藝的自動化設(shè)計(jì)

黃強(qiáng)，楊鐵牛，劉洋，崔敏，黃輝

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牛仔布裁片掃粉工藝的自動化設(shè)計(jì)

黃強(qiáng)，楊鐵牛，劉洋，崔敏，黃輝

（五邑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 江門 529020）

為實(shí)現(xiàn)牛仔布裁片掃粉工藝自動化，以牛仔褲前袋褲兜布片為對象，設(shè)計(jì)了一種新型牛仔布裁片自動掃粉機(jī)構(gòu)，并通過三菱PLC和光電對射傳感器實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的自動化控制. 為解決原掃粉液料容易分層和沉淀結(jié)塊的問題，配制了一種新型掃粉液料. 以含棉量94.9%的牛仔布料為實(shí)驗(yàn)對象，對不同漏孔直徑的圖案模板進(jìn)行了掃粉實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，漏孔直徑為的圖案模板，掃粉落料的液滴均勻、圖案印記清晰明顯，符合工藝需求.

掃粉工藝；PLC；漏孔直徑；牛仔布

牛仔褲是日常生活中不可缺少的重要服裝之一[1]，其生產(chǎn)工序比較多，一般包括設(shè)計(jì)、批板、裁剪、洗水、打燙、打包裝等步驟. 掃粉是裁剪工序中的一個(gè)環(huán)節(jié)，是指通過可洗滌液料在牛仔布裁片上刷下圖案印記的工藝過程. 掃粉工藝過程包括2個(gè)環(huán)節(jié)：1）掃粉過程，即在牛仔布裁片表面刷上圖案印記；2）分片過程，即從一疊布片中把表面刷好圖案印記的布片分離出來，并同時(shí)保證剩余布片的整齊. 牛仔褲中許多重要部位的裁片都要用到掃粉工藝，如前袋、表袋位等.

為適應(yīng)消費(fèi)者需求，牛仔褲款式更新很快，掃粉圖案模板一般一到兩周就要更換，但人工掃粉效率低且耗費(fèi)體力的劣勢越來越明顯，在人工成本不斷攀升的情況下，掃粉工藝自動化改造顯得尤為迫切. 本文主要研究掃粉過程的自動化設(shè)計(jì).

1 掃粉機(jī)構(gòu)自動化設(shè)計(jì)

1.1 掃粉工藝要求

1.2 掃粉機(jī)構(gòu)

掃粉機(jī)構(gòu)主要由5個(gè)部分組成，分別為機(jī)架、布片提升機(jī)構(gòu)、料槽升降機(jī)構(gòu)、刷粉機(jī)構(gòu)和分片機(jī)構(gòu). 為節(jié)省空間，刷粉機(jī)構(gòu)和布片提升機(jī)構(gòu)選擇無桿氣缸作動力元件[2]，料槽升降部分以雙軸氣缸作動力元件. 掃粉機(jī)構(gòu)工作流程為：1）將一疊布片放置在提升機(jī)構(gòu)托板規(guī)定位置，液料槽下降至其底部圖案模板緊貼布片；2）刷粉機(jī)構(gòu)無桿氣缸帶動液料刷前后掃動，在布片上刷出圖案印記；3）雙軸氣缸推動液料槽上升使料槽脫離布片；4）升降機(jī)構(gòu)向左移動一個(gè)工位；5）分片機(jī)構(gòu)將已有圖案布片分離，提升機(jī)構(gòu)托板上移一個(gè)布片厚度的高度，保持最頂層布片與液料盆的高度不變；6）提升機(jī)構(gòu)右移回到初始工位. 掃粉機(jī)構(gòu)通過往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)掃粉過程的自動化.

掃粉機(jī)構(gòu)上料依賴人工，工人將布片放在提升機(jī)構(gòu)托板規(guī)定的位置，掃粉圖案印記位置精確便可以達(dá)到工藝要求. 單邊掃粉機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示，機(jī)構(gòu)的中間為掃粉機(jī)構(gòu)，兩端為分片機(jī)構(gòu). 綜合掃粉效率為兩片時(shí)，符合工業(yè)生產(chǎn)要求.

1.機(jī)架；2.布片提升機(jī)構(gòu)；3.升降氣缸；4.液料槽；5.刷粉機(jī)構(gòu)；6.圓柱導(dǎo)軌；7.分片機(jī)構(gòu)

1.2.1 液料槽設(shè)計(jì)

液料槽是掃粉工序的粉料載體，也是本機(jī)構(gòu)中最重要的零件，其結(jié)構(gòu)如圖2所示. 用于掃粉的粉料一般是液體，因此液料槽底部必須設(shè)計(jì)一個(gè)凸臺，以保證非工作狀態(tài)時(shí)暫存的液料不會從模板孔流出. 掃粉圖案模板放置在凸臺的中間，墊上密封氈，四周用螺母緊固. 凸臺之間的四方形通孔大于布料尺寸.

“洗腳屋你都不知道呀！就是雞婆呆的地方唄。蘇石和我哥那天也真是不湊巧，剛好碰到城里在打黃掃毒，你說他們這當(dāng)口去洗腳，而且剛好在做那事，還能不被掃進(jìn)去嗎？說來說去，打黃掃毒還不是為了錢？每人罰款四千塊，交了錢就走人，沒有錢你就乖乖地呆著，派出所就把蘇石扣在里面，讓我哥出來搞錢的?！?/p>

圖2 液料槽結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 防卡死機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

受空間限制，雙軸氣缸需安裝在液料槽兩端的底部，并用雙圓柱導(dǎo)軌導(dǎo)向. 料槽提升機(jī)構(gòu)只保持上下運(yùn)動一個(gè)自由度，但由于氣管長短不一和氣壓不穩(wěn)定，兩端氣缸初始加速度的不一致可能導(dǎo)致機(jī)構(gòu)被卡死. 為此，設(shè)計(jì)了如圖3所示的防卡死機(jī)構(gòu)，即在液料槽與氣缸連接的A、B處各增加一個(gè)轉(zhuǎn)動副，以保證液料槽兩端可以相對獨(dú)立地上下微小移動，而料槽上升過程機(jī)構(gòu)不被卡死. 但由于A、B兩端為直線運(yùn)動，相對獨(dú)立移動距離不能太大.

圖3 防卡死機(jī)構(gòu)示意圖

1.3 掃粉機(jī)構(gòu)的自動化控制系統(tǒng)

其中, E為網(wǎng)格單元對球心處的輻射照度值, LK為經(jīng)度角方向的最大網(wǎng)格數(shù)目, MK為緯度角方向的最大網(wǎng)格數(shù)目, NK為半徑方向的最大網(wǎng)格數(shù)目.

自動化控制系統(tǒng)主要包括氣路部分、傳感器反饋部分和PLC控制部分. 氣路部分的主要作用是提供穩(wěn)定合適氣壓，使氣缸平穩(wěn)運(yùn)行；傳感器反饋部分主要為歐姆龍光電對射傳感器，用于檢測機(jī)構(gòu)每個(gè)工位的到位情況，并反饋信號給PLC；PLC控制部分是機(jī)構(gòu)的總體控制中樞.

本機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)PLC選用三菱FX3U 48MT和FX3U 16MT，三菱PLC具有機(jī)構(gòu)靈活、傳輸質(zhì)量高和成本低的特點(diǎn)[3,4]，非常適用于本項(xiàng)目. 2個(gè)PLC之間通過通訊線連接，傳感器選用歐姆龍三線光電對射傳感器.

氣動系統(tǒng)由氣源、氣壓調(diào)節(jié)裝置、氣動控制閥和氣缸等組成[5]，布片提升機(jī)構(gòu)工位移動動力元件為無桿氣缸，料槽升降動力元件為雙軸氣缸，刷粉部分動力元件為無桿氣缸，分別由兩位五通電磁閥A、B、C控制. 各氣缸支路都連接有調(diào)壓閥和節(jié)流閥，氣路總路由三聯(lián)件控制總氣體流量、調(diào)節(jié)氣路氣壓，使氣缸平穩(wěn)運(yùn)行. 氣路系統(tǒng)連接示意圖如圖4所示.

圖4 氣路系統(tǒng)連接示意圖

本機(jī)構(gòu)使用光電對射傳感器檢測機(jī)構(gòu)每一步的到位情況. 傳感器負(fù)極、PLC的COM端和DC直流電源負(fù)極共地，正極接電壓，信號線和正極間連接上拉電阻，信號線分別連接FX3U 48MT輸入端X3、X6、X7、X10、X11、X12、X14、X15，通過傳感器反饋信號，以達(dá)到控制氣缸運(yùn)動的目的.

PLC FX3U 48MT與FX3U 16MT脈沖輸出端口分別控制兩組電機(jī). FX3U 48MT的Y0、Y1、Y2分別為分片機(jī)構(gòu)電機(jī)和提升機(jī)構(gòu)絲杠電機(jī)脈沖輸出端，Y4、Y5、Y6分別為電機(jī)方向輸出端，Y10、Y12、Y14連接繼電器作為電磁閥A、B、C的控制輸出端. X20、X21、X22、X23分別為啟動按鈕、復(fù)位按鈕、單步按鈕和連續(xù)按鈕輸入端. PLC控制連接示意圖如圖5所示.

圖5 PLC控制連接示意圖

2 掃粉過程實(shí)驗(yàn)

2.1 新型的液料制劑

掃粉液料通常選用滑石粉，但其顆粒大，且容易沉淀結(jié)塊，不適用于自動化掃粉機(jī)構(gòu). 本文選擇氧化鋅和淀粉配置掃粉液料，氧化鋅代替滑石粉的主要優(yōu)點(diǎn)是不容易沉淀結(jié)塊而且成本低.

2.2 掃粉實(shí)驗(yàn)

在沒有接觸布片時(shí)，液料在模板孔徑外成型為滴但不滴落，當(dāng)模板接觸布片時(shí)，由布片吸附力將液滴吸附到表面. 在常溫下，液滴主要受到表面張力和重力的作用. 落滴重量和液滴表面張力的關(guān)系式如下：

其中，為落滴質(zhì)量，為重力加速度，為校正系數(shù)，為滴口半徑，為液體表面張力.

其中，為張力系數(shù)，已證明為函數(shù)，與表面張力、滴管材料、液體密度、粘度等因素?zé)o關(guān)[6]. 常溫下，液料密度、漏孔半徑、液滴最大成滴體積確定，則液滴最大張力可確定.

a.= 1.1 mm b.= 1.2 mm

c. d = 1.3 mm d. d = 1.4 mm e. d = 1.5 mm

3 結(jié)束語

由于牛仔布裁片掃粉圖案模板更新快、手工操作效率低和人工成本高，本文通過液料槽的設(shè)置和無桿氣缸的往復(fù)運(yùn)動，設(shè)計(jì)了適用于不同牛仔褲裁片的自動化掃粉機(jī)構(gòu). 方案采用分布機(jī)構(gòu)和掃粉機(jī)構(gòu)并行使用的方式和PLC控制，掃粉工藝效率由原來的/片提高為每兩片，掃粉效率得到了有效提高. 本研究使用氧化鋅代替滑石粉，研制了一種適用于自動化掃粉機(jī)構(gòu)的液料，并在掃粉實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了掃粉液料和孔徑模板的可行性. 本機(jī)構(gòu)也可應(yīng)用于圖案印刷等相關(guān)領(lǐng)域，但如果應(yīng)用于圖案印記精度和清晰度要求更高的生產(chǎn)中，模板孔徑與液料濃度和密度的理論關(guān)系，還需深入研究.

[1] 龔飛. 牛仔褲及其發(fā)展[J]. 天津紡織科技，2010(3): 45-46.

[2] 張利平. 往復(fù)直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)的新選擇—無桿氣缸[J]. 輕機(jī)工業(yè)，1997(1): 43-45.

[3] 王伯忠. 淺談三菱PLC在自動控制設(shè)備中的應(yīng)用[J]. 科技致富向?qū)В?011(6): 106, 204.

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[5] 汪歡歡，胡國清，周青輝. 基于PLC的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J]. 液壓與氣動，2012(9): 38-40.

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[責(zé)任編輯：熊玉濤]

Design of Denim Powder Sweeping Automatic Process

HUANGQiang, YANGTie-niu, LIUYang, CUIMin, HUANGHui

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

In order to achieve the automatic process of denim powder sweeping, a new type of automatic powder-sweeping mechanism with the denim for the front pockets of jeans as the object was designed and automatic control was realized through Mitsubishi PLC and photoelectric sensors. For the sake of solving the problems of the primary liquid material which is easily layered, precipitated and agglomerated, a new kind of powder liquid material was prepared. Using denim containing 94.9% cotton as the experiment object, experiments of powder sweeping on patterned templates of different holes were conducted. The results indicated that patterned templates with holes of 1.2 mm achieved even powder droplet spreading and the pattern marks were clear and distinct and met the process requirements.

powder sweeping technology; PLC; hole diameter; denim

1006-7302（2015）01-0069-05

TP23

A

2014-11-23

黃強(qiáng)（1990—），男，湖南長沙人，在讀碩士生，主要從事自動化設(shè)備設(shè)計(jì)與研發(fā)相關(guān)方面研究；楊鐵牛，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，通信作者，主要從事真空設(shè)備、塑料機(jī)械設(shè)備研究.