數(shù)控服裝裁剪機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊明+汪永生+施敏+張鈺婕

摘 要：目前國(guó)內(nèi)服裝生產(chǎn)企業(yè)采用的裁剪方式通常還是手工裁剪或者是半自動(dòng)設(shè)備裁剪，這些方式不僅工作效率低，而且布料利用率很低，數(shù)控服裝裁剪機(jī)作為一種專用的數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)化程度高，裁剪數(shù)讀快，利用率高，所以針對(duì)數(shù)控服裝裁剪機(jī)的加工特點(diǎn)，圍繞市場(chǎng)調(diào)研提出的性能要求，對(duì)服裝裁剪機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件總體方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，為后續(xù)軟件控制系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：服裝裁剪機(jī)；控制系統(tǒng)；自動(dòng)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.250

1 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展變化，機(jī)電一體化的進(jìn)程推進(jìn)，人工成這的增加，產(chǎn)品效率的提高迫在眉睫，自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這課題設(shè)計(jì)的是以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控服裝裁剪機(jī)控制系統(tǒng)，并由多軸運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)X、Y和轉(zhuǎn)刀同步運(yùn)動(dòng)。此外，控制機(jī)構(gòu)還要實(shí)現(xiàn)裁刀切割速度的自動(dòng)控制、自動(dòng)磨刀機(jī)構(gòu)的控制以及真空吸附控制等。控制軟件編程采用VC語(yǔ)言，系統(tǒng)不僅具有文件管理，CAD數(shù)據(jù)讀取，繪圖，加工跟蹤，運(yùn)動(dòng)控制等功能，而且還能優(yōu)化裁剪路徑。

這控制系統(tǒng)的研制成功，將在服裝裁剪機(jī)的開發(fā)道路上掃除一重要障礙。配合高效的機(jī)械結(jié)構(gòu)就能設(shè)計(jì)出一臺(tái)真正意義上服裝裁剪機(jī)。而這種設(shè)備的研發(fā)成功，將對(duì)服裝行業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生帶動(dòng)作用，會(huì)大大增加服裝行業(yè)生產(chǎn)中的高科技含量，為服裝高效率、高精度生產(chǎn)提供可靠的保障，進(jìn)一步幫助服裝行業(yè)打造服裝品牌，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，為 “用高科技改造傳統(tǒng)行業(yè)”做出重大貢獻(xiàn)。

2 數(shù)控裁剪機(jī)的設(shè)計(jì)要求

無(wú)論設(shè)計(jì)什么樣的機(jī)構(gòu)或者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都要滿足一定的設(shè)計(jì)要求，這樣才能達(dá)到該機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性能，為了使裁剪機(jī)具有高效率，高精度的特性， 設(shè)計(jì)的數(shù)控裁剪機(jī)滿足的設(shè)計(jì)要求如下：

（1）自動(dòng)進(jìn)給布料：由于是大批量的，不間斷的的裁剪，進(jìn)出布料的速度和方向的準(zhǔn)確是提高工作效率的前提；

（2）快速，操作簡(jiǎn)單：服裝廠的服裝裁剪量很大，需要較高的工作效率；同時(shí)對(duì)操作工人的技能要求較低，通過簡(jiǎn)單培訓(xùn)，即能上崗。

（3）連續(xù)裁剪：為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，節(jié)省工作時(shí)間，提高工作效率，連續(xù)性裁剪可以滿足工作需要。

（4）安全性可靠：機(jī)器的安全性是設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的重要因素，只有可靠安全的設(shè)備才能投入生產(chǎn)。

（5）經(jīng)濟(jì)性：在保證控制系統(tǒng)性能的前提下，盡可能的降低成本，提高性價(jià)比。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)概述。數(shù)控裁剪機(jī)設(shè)備是設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)化的機(jī)械裝置。通過對(duì)服裝裁剪機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究，確定傳動(dòng)方式，選擇合適的運(yùn)動(dòng)控制器、伺服系統(tǒng)等設(shè)備，選擇開放式數(shù)控系統(tǒng)作為服裝裁剪機(jī)的控制系統(tǒng)，已達(dá)到提高工作效率的效果。我們主要研究系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要是對(duì)裁剪布料方式的不同所需要的不同的機(jī)械刀位置進(jìn)行數(shù)控定位，在前后左右上下六個(gè)方位采取典型的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)，它主要由位置比較，放大元件、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置和檢測(cè)反饋元件等幾部分組成。數(shù)控服裝裁剪機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)主要包括橫梁在機(jī)床上的運(yùn)動(dòng)（X方向）和機(jī)頭在橫梁上的運(yùn)動(dòng)（Y方向）。

下面將主要介紹傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)。

（2）轉(zhuǎn)刀結(jié)構(gòu)。衣料的裁剪路徑很少是筆直的直線，多事由不規(guī)則的折線和曲線組成。所以我么們?cè)谟脵C(jī)械刀進(jìn)行切割的過程中采用齒輪傳動(dòng)以配合X、Y方向上的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向切割，從而處理了路徑上的拐角和曲線切割[3]。

（3）裁床平面運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)[1]。裁剪機(jī)在裁床平面上的運(yùn)動(dòng)包括X和Y方向上的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)對(duì)服裝裁剪機(jī)性能的分析，以及對(duì)伺服電機(jī)的參數(shù)要求，我們選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的伺服電機(jī)[8]作為服裝裁剪機(jī)控制系統(tǒng)3軸的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，其中X、Y軸驅(qū)動(dòng)源選擇三菱的型號(hào)HF-KP73的交流伺服電機(jī)，其額定功率為750W。X像由電機(jī)6驅(qū)動(dòng)安裝在電機(jī)軸上的同步帶輪5，通過X向同步齒輪帶7驅(qū)動(dòng)橫梁8，使Y向橫梁總成和機(jī)頭裝置在X方向上運(yùn)動(dòng)。Y向運(yùn)動(dòng)由Y向電機(jī)2驅(qū)動(dòng)安裝在電機(jī)軸上的同步帶輪3，通過Y向同步齒輪帶4驅(qū)動(dòng)機(jī)頭在Y方向上運(yùn)動(dòng)[7]。

（4）機(jī)頭起落與刀片振動(dòng)結(jié)構(gòu)[2]。機(jī)頭落到工作通過及頭部分的下移，是的裁剪工作是機(jī)頭與布料指教的距離最短，同時(shí)下移壓盤輕輕壓主布料，該動(dòng)作由氣缸完成。刀片切割機(jī)構(gòu)由偏心輪個(gè)連桿組成曲柄滑塊刀片振動(dòng)機(jī)構(gòu)，刀片振動(dòng)由直流電機(jī)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給偏心輪，通過連桿和萬(wàn)向刀頭滑塊將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樯舷峦鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)，刀片切割的振動(dòng)頻率為振動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，刀片振幅由偏心距決定[2]。

（5）工作流程。1）首先將布料鋪在工作平臺(tái)上；2）然后進(jìn)行裁剪前準(zhǔn)備，包括參數(shù)設(shè)定，機(jī)器回零等；3）接著計(jì)算機(jī)讀取DXF文件，提取有用信息，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的G代碼[3]格式保存；4）根據(jù)獲取的信息，在窗口界面繪制圖形，以便讓操作員直觀地了解裁剪的樣片；5）啟動(dòng)裁剪，自動(dòng)讀取保存的G代碼格式，并逐條進(jìn)行裁剪加工；6）裁剪完成后，系統(tǒng)自動(dòng)回零。

4 結(jié)論

通過各個(gè)機(jī)構(gòu)巧妙的組裝在一起，即得到能滿足設(shè)計(jì)需要的數(shù)控裁床的整體結(jié)構(gòu)[1]?，F(xiàn)實(shí)之中還沒有數(shù)控程度、自動(dòng)化程度如此高的裁剪機(jī)，作品在這個(gè)方向上進(jìn)行了創(chuàng)新和改造，結(jié)果表明目前這個(gè)產(chǎn)品的切實(shí)可行的。通過進(jìn)紙機(jī)構(gòu)將需要的布料傳送到傳送機(jī)構(gòu)上，然后執(zhí)行編程中的復(fù)位程序，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)需要的不同，伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)定位到指定的裁剪位置，然后裁剪機(jī)構(gòu)開始運(yùn)行，在預(yù)先指定的裁剪方向和坐標(biāo)，完成一系列的裁剪工作。每完成一套裁剪工作，可以根據(jù)下一批布料所需裁剪方向或者大小的不同對(duì)程序進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，繼而自動(dòng)的完成一批批服裝裁剪工作。憑借整體機(jī)構(gòu)運(yùn)行的高效率以及安全簡(jiǎn)單可靠的操作要求，數(shù)控裁剪機(jī)能夠滿足絕大部分服裝廠需要的服裝裁剪要求。這裁剪機(jī)的設(shè)計(jì)將機(jī)械機(jī)構(gòu)，電機(jī)及傳感器等知識(shí)進(jìn)行相關(guān)融合。在實(shí)質(zhì)上是做到了節(jié)約勞動(dòng)力，提高效率為目標(biāo)的一種數(shù)控機(jī)電一體化裝置。

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作者簡(jiǎn)介：楊明（1994-），男，江蘇昆山人，本科在讀，研究領(lǐng)域：電氣自動(dòng)化。endprint