縫紉線繞線機(jī)自動(dòng)上下料裝置的設(shè)計(jì)

章建軍，柯 良，馮關(guān)明，陳水明

ZHANG Jian-jun,KE Liang,FENG Guan-ming,CHEN Shui-ming

（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)。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)，需要大量的人工操作才能完成繞線工序[1]，繞線效率低，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，且對(duì)操作者熟練程度要求高[2]。本文設(shè)計(jì)了一種能夠自動(dòng)完成上料、下料、松開和擰緊鎖緊螺母等功能的縫紉線繞線機(jī)自動(dòng)上下料裝置，能夠有效減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高制線過(guò)程的自動(dòng)化程度。

1 自動(dòng)上下料裝置的結(jié)構(gòu)組成

縫紉線繞線機(jī)自動(dòng)上下料裝置的包括上料機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)和鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

上料機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)上料，主要包括上料氣缸、料斗、上料管。上料管安裝在由X軸電機(jī)帶動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，可在X軸方向上移動(dòng)。下料機(jī)構(gòu)包括連接板、固定支架、活動(dòng)支架、撥片等，如圖2所示。連接板通過(guò)螺釘與由Z軸電機(jī)帶動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)固定，可在Z軸方向上移動(dòng)。

鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)能夠完成鎖緊螺母的自動(dòng)擰緊和松開，結(jié)構(gòu)如圖3所示。鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)包括推拉裝置和抓緊裝置。其中，推拉裝置包括推拉式電磁鐵和導(dǎo)向板，推拉式電磁鐵得電時(shí)，抓緊裝置伸出，如圖3(a)所示，當(dāng)推拉式電磁鐵失電時(shí)，抓緊裝置縮回，如圖3(c)所示。導(dǎo)向板用于控制抓緊裝置伸出的方向，防止抓緊裝置沿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。抓緊裝置包括吸盤電磁鐵、固定環(huán)、抓手套筒、彈簧和螺釘，抓手套筒的端蓋通過(guò)螺紋與推拉式電磁鐵的推桿連接。套筒徑向設(shè)有條形槽，通過(guò)螺釘和固定環(huán)套的配合，可使吸盤電磁鐵在抓手套筒內(nèi)軸向移動(dòng)，同時(shí)防止吸盤電磁鐵發(fā)生軸向旋轉(zhuǎn)。

圖1 縫紉線繞線機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖

2 縫紉線繞線機(jī)的工作原理

縫紉線繞線機(jī)在繞制縫紉線的過(guò)程中，首先由上料機(jī)構(gòu)將空線管裝到繞線機(jī)主軸上，鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)擰緊鎖緊螺母，繞線機(jī)進(jìn)行繞線，當(dāng)縫紉線繞制圈數(shù)滿后，鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)松開鎖緊螺母，下料機(jī)構(gòu)取下繞制完成的線管，完成縫紉線繞制，自動(dòng)繞線機(jī)工作流程如圖4所示。

圖2 下料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

圖3 鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

圖4 繞線工作流程圖

3 自動(dòng)上下料裝置的工作過(guò)程

本裝置選用三菱FX2N-48MT型PLC作為控制元件，根據(jù)PLC自動(dòng)繞線程序控制自動(dòng)上下料裝置的工作過(guò)程。

上料機(jī)構(gòu)氣動(dòng)控制回路如圖5所示，1Y1為控制上料氣缸的電磁閥。首先，PLC使電磁閥得電，上料氣缸的活塞桿推出，將料斗中的空線管通過(guò)上料管推入到繞線機(jī)主軸上，重復(fù)四次，完成4個(gè)空線管上料。

圖5 氣動(dòng)控制回路工作原理圖

4個(gè)空線管裝入主軸后，X軸電機(jī)得電，通過(guò)絲桿螺母副，使鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)與繞線機(jī)主軸的軸線處于同一位置。推拉式電磁鐵得電，推桿伸出，抓緊機(jī)構(gòu)中的鎖緊緊螺母與主軸接觸。然后，控制繞線機(jī)主軸正轉(zhuǎn)，由于鎖緊螺母被吸盤電磁鐵吸住，無(wú)法隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊螺母與主軸產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊螺母便旋到了繞線機(jī)主軸上。主軸正轉(zhuǎn)一定圈數(shù)后，鎖緊螺母完全擰緊，壓緊縫紉線空線管。推拉式電磁鐵斷電，推桿收回如圖3（c）所示。

繞線機(jī)開始繞線，縫紉線繞線圈數(shù)達(dá)到設(shè)定后，推拉式電磁鐵得電，推桿伸出，如圖3（a）所示。鎖緊螺母進(jìn)入抓手套筒內(nèi)，同時(shí)，吸盤電磁鐵得電，產(chǎn)生磁力，吸住鎖緊螺母?？刂评@線機(jī)主軸反轉(zhuǎn)，由于鎖緊螺母被吸盤電磁鐵吸住，無(wú)法隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊螺母便慢慢被抓手?jǐn)Q松。主軸反轉(zhuǎn)一定圈數(shù)后，鎖緊螺母被完全擰開，推拉式電磁鐵斷電，推桿收回，如圖3（d）所示。由于吸盤電磁鐵的磁力，使鎖緊螺母保持在筒體內(nèi)，與抓手套筒一同收回。

最后，控制Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，絲杠螺母副帶動(dòng)下料機(jī)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)，下線機(jī)構(gòu)的撥片將繞制完成的線管向左撥動(dòng)，直到線管從繞線機(jī)主軸左端掉落到下方的料筒中，完成下料。X軸電機(jī)得電，使上料筒與繞線機(jī)主軸的軸線處于同一位置，為下一次上料做準(zhǔn)備，整個(gè)繞線過(guò)程結(jié)束。如還需繼續(xù)繞線，則進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)。

4 自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的控制

PLC以其高可靠性、應(yīng)用的靈活性等優(yōu)點(diǎn)，在工作自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。根據(jù)縫紉線繞線機(jī)自動(dòng)化控制的要求，選用三菱FX2N-48MT型PLC實(shí)現(xiàn)上下料機(jī)構(gòu)的控制。該型PLC具有24個(gè)輸入點(diǎn)和24個(gè)輸出點(diǎn)，既控制了系統(tǒng)硬件成本，又為后期升級(jí)留有余量。編程軟件選用GX Developer，該軟件支持梯形圖、指令表、SFC、ST及Label語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控、調(diào)試，并可通過(guò)GT-works 軟件進(jìn)行仿真[3]，有效的縮短了開發(fā)周期，提升了編程效率。

本文利用SFC的方法編寫縫紉線繞線機(jī)上下料機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的梯形圖。順序功能圖（SFC）是一種面向工藝流程的圖形方式的編程語(yǔ)言，與梯形圖語(yǔ)言相比，具有程序過(guò)程清晰、開發(fā)周期短、邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)。鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)擰緊螺母的PLC程序如圖6所示。

5 結(jié)論

圖6 鎖緊螺母拆裝機(jī)構(gòu)擰緊螺母的PLC程序

本文針對(duì)縫紉線繞制過(guò)程中人工完成上下料工序耗時(shí)多，效率低的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)上下料機(jī)構(gòu)原理的研究，開發(fā)了一種縫紉線繞線機(jī)自動(dòng)上下料裝置。本裝置能夠自動(dòng)完成上料、下料、鎖緊螺母的擰緊及松開等功能，通過(guò)實(shí)踐證明，本裝置大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了繞線效率，具有廣泛的市場(chǎng)需求和工業(yè)應(yīng)用前景。

[1] 柯良,馮關(guān)明,章建軍,等.縫紉線自動(dòng)初繞裝置的設(shè)計(jì)與研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,35(1):23-25.

[2] 魏俊波,胡國(guó)清,楊華.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] 吳麗琴,徐勝.基于PLC的捆包機(jī)控制器的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù),2012,(10):26-29.