數(shù)控服裝裁剪機的系統(tǒng)設(shè)計

楊明+汪永生+施敏+張鈺婕

摘 要：目前國內(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)控服裝裁剪機作為一種專用的數(shù)控機床，自動化程度高，裁剪數(shù)讀快，利用率高，所以針對數(shù)控服裝裁剪機的加工特點，圍繞市場調(diào)研提出的性能要求，對服裝裁剪機數(shù)控系統(tǒng)的硬件、軟件總體方面進行設(shè)計，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；控制系統(tǒng)；自動化

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

1 引言

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

這控制系統(tǒng)的研制成功，將在服裝裁剪機的開發(fā)道路上掃除一重要障礙。配合高效的機械結(jié)構(gòu)就能設(shè)計出一臺真正意義上服裝裁剪機。而這種設(shè)備的研發(fā)成功，將對服裝行業(yè)自動化設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生帶動作用，會大大增加服裝行業(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，進一步幫助服裝行業(yè)打造服裝品牌，擴大產(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。

2 數(shù)控裁剪機的設(shè)計要求

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

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

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

（3）連續(xù)裁剪：為了實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化，節(jié)省工作時間，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：機器的安全性是設(shè)計者設(shè)計時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，提高性價比。

3 系統(tǒng)設(shè)計

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

下面將主要介紹傳動機構(gòu)及其運動。

（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。所以我么們在用機械刀進行切割的過程中采用齒輪傳動以配合X、Y方向上的運動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向切割，從而處理了路徑上的拐角和曲線切割[3]。

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

（4）機頭起落與刀片振動結(jié)構(gòu)[2]。機頭落到工作通過及頭部分的下移，是的裁剪工作是機頭與布料指教的距離最短，同時下移壓盤輕輕壓主布料，該動作由氣缸完成。刀片切割機構(gòu)由偏心輪個連桿組成曲柄滑塊刀片振動機構(gòu)，刀片振動由直流電機將回轉(zhuǎn)運動傳遞給偏心輪，通過連桿和萬向刀頭滑塊將回轉(zhuǎn)運動變?yōu)樯舷峦鶑?fù)直線運動，刀片切割的振動頻率為振動電機的轉(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上；2）然后進行裁剪前準備，包括參數(shù)設(shè)定，機器回零等；3）接著計算機讀取DXF文件，提取有用信息，轉(zhuǎn)換成標準的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）啟動裁剪，自動讀取保存的G代碼格式，并逐條進行裁剪加工；6）裁剪完成后，系統(tǒng)自動回零。

4 結(jié)論

通過各個機構(gòu)巧妙的組裝在一起，即得到能滿足設(shè)計需要的數(shù)控裁床的整體結(jié)構(gòu)[1]。現(xiàn)實之中還沒有數(shù)控程度、自動化程度如此高的裁剪機，作品在這個方向上進行了創(chuàng)新和改造，結(jié)果表明目前這個產(chǎn)品的切實可行的。通過進紙機構(gòu)將需要的布料傳送到傳送機構(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)動機構(gòu)定位到指定的裁剪位置，然后裁剪機構(gòu)開始運行，在預(yù)先指定的裁剪方向和坐標，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程序進行相關(guān)調(diào)整，繼而自動的完成一批批服裝裁剪工作。憑借整體機構(gòu)運行的高效率以及安全簡單可靠的操作要求，數(shù)控裁剪機能夠滿足絕大部分服裝廠需要的服裝裁剪要求。這裁剪機的設(shè)計將機械機構(gòu)，電機及傳感器等知識進行相關(guān)融合。在實質(zhì)上是做到了節(jié)約勞動力，提高效率為目標的一種數(shù)控機電一體化裝置。

參考文獻：

[1]魏茂春，李鵬鵬.淺談電腦裁床開發(fā)[J].儀器儀表用戶，2005，12（03）：114-115.

[2]孫桓，陳作模，葛文杰編著.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2013（05）.

[3]成大先.編著機械設(shè)計手冊 機械工業(yè)出版社，2010（01）.

[4]李幼涵.伺服運動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及運用[M].機械工業(yè)出版社，2006.

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