崔敏， 陳思成， 黃華荃， 龍騰云， 周勵(lì)信

（五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東江門(mén)529000）

0 引言

服裝生產(chǎn)工藝繁雜，如牛仔衣褲的生產(chǎn)，就由裁剪、車(chē)縫、洗水等工藝組成。在埋后袋、落拉鏈、拉后袋口、拉前袋口(短褲）、冚袋貼等工序生產(chǎn)中，對(duì)于按照設(shè)計(jì)尺寸裁剪出的服裝裁片，往往先要在其邊緣處縫紉兩道車(chē)縫線。為了提高生產(chǎn)效率，裁片的車(chē)縫工藝應(yīng)不斷線，即裁片與裁片間是連縫的。當(dāng)裁片車(chē)縫至足夠數(shù)量后，才由人工將裁片間的連線剪斷，再將分離的裁片一片片疊好，收攏整齊。這一過(guò)程簡(jiǎn)單重復(fù)，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，還容易出現(xiàn)人工漏剪、收攏不齊等現(xiàn)象，使得整體生產(chǎn)效率低下，也不利于前后相關(guān)工藝的自動(dòng)化銜接。

通過(guò)對(duì)牛仔服裝制造過(guò)程及其布料特性的深入分析研究[1-4]，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種針對(duì)牛仔服裝布料成串裁片的自動(dòng)收剪裝置。這不僅打破了服裝布料成串裁片人工剪切和堆疊的窘境，也使得與服裝布料成串裁片前后相關(guān)的制造工藝有望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，滿(mǎn)足當(dāng)今服裝行業(yè)日益增長(zhǎng)的需求。

1 成串裁片自動(dòng)收剪工藝設(shè)計(jì)

工藝對(duì)象：以牛仔褲埋后袋工序的成串裁片為研究對(duì)象，裁片間棉線尺寸范圍5～12 mm，如圖1所示。

圖1 工藝對(duì)象

工藝要求：1）將成串布料裁片間的兩條棉線剪斷；2）對(duì)已分片的裁片進(jìn)行整齊堆疊。

自動(dòng)收剪工藝過(guò)程：1）整理。即將雜亂無(wú)章的成串裁片整理成排隊(duì)狀;2）裁剪。即剪斷布料之間相連的棉線。3）堆疊。即將已分片的裁片整齊堆疊，待下道工序使用。

成串服裝裁片自動(dòng)收剪機(jī)由上料機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、裁剪機(jī)構(gòu)和堆疊機(jī)構(gòu)等部分組成，如圖2所示。上料機(jī)構(gòu)將成串裁片連續(xù)、整齊、穩(wěn)定地送至輸送機(jī)構(gòu)，由輸送機(jī)構(gòu)夾持裁片，移至裁剪位置，裁剪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)將裁片間的棉線切斷，再由輸送機(jī)構(gòu)將分離的裁片送至堆疊機(jī)構(gòu)，堆疊機(jī)構(gòu)按照裁片輸送節(jié)拍調(diào)整載物臺(tái)位置，消除裁片堆疊的高度差，使裁片整齊排放。從上料工裝到剪切堆疊，全程自動(dòng)化，節(jié)省人力物力，改善生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 成串服裝裁片自動(dòng)收剪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

由于服裝布料成串裁片的連接棉線位置為裁片的邊緣，裁片邊緣經(jīng)過(guò)折邊和車(chē)縫工序后，裁片背面的邊緣厚度較單層裁片厚度增加了1倍多，圖3所示為牛仔褲后袋裁片背面，邊緣實(shí)測(cè)厚度尺寸為1.84 mm，其邊緣的硬度也因厚度的增加而大大增加。因此可以利用裁片背面凸起的邊緣，設(shè)計(jì)上料機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向凸臺(tái)，以保證成串裁片能夠定向地順次上料。上料導(dǎo)向板如圖4所示。

2.2 輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 裁片背面

圖4 上料導(dǎo)向板

輸送機(jī)構(gòu)是制衣布料成串裁片自動(dòng)收剪裝置的關(guān)鍵，它利用氣動(dòng)手指夾持裁片，并輸送裁片順次準(zhǔn)確移至裁剪位和堆疊位,起到連接裁剪機(jī)構(gòu)和堆疊機(jī)構(gòu)的作用。輸送機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)手指末端設(shè)計(jì)有兩條狹長(zhǎng)型不銹鋼爪，簡(jiǎn)稱(chēng)為氣爪，利用氣爪的閉合夾持裁片，如圖5所示。將氣動(dòng)手指一前一后分別安裝在機(jī)架兩側(cè)直線氣缸的末端，組成相互平行的兩個(gè)輸送單元，通過(guò)這兩個(gè)輸送單元上氣爪的一開(kāi)一合，交錯(cuò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成松開(kāi)裁片、夾緊裁片、輸送裁片的任務(wù)。

圖5 輸送機(jī)構(gòu)

由于服裝布料成串裁片在通過(guò)上料機(jī)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的牽拉和摩擦阻力，因此所選的氣動(dòng)手指必須有足夠的夾持力，以保證裁片在傳送的過(guò)程中不會(huì)從氣爪中脫落?？紤]到方便使用同一空氣壓縮機(jī)，裝置中各氣動(dòng)元件的工作壓力應(yīng)相互協(xié)調(diào)，因此，氣動(dòng)手指的工作壓力選為0.6 MPa，由此選定氣動(dòng)手指型號(hào)為MHZ2-25D,此型號(hào)的氣動(dòng)手指打開(kāi)保持力為104 N、閉合保持力為65 N,閉合保持力足以?shī)A持住成串裁片，并實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)送料。

圖6所示為輸送機(jī)構(gòu)的自動(dòng)送料原理圖。在氣爪A、B往復(fù)交替過(guò)程中，兩輸送單元會(huì)存在一個(gè)相交區(qū)域，相交區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)有程序邏輯，控制兩氣爪不能同時(shí)閉合，否則會(huì)造成氣爪碰撞，發(fā)生危險(xiǎn)。當(dāng)裁片間的車(chē)縫線移至裁剪位時(shí)，A、B氣爪應(yīng)夾緊前、后兩個(gè)裁片，同時(shí)A、B氣爪還應(yīng)張緊車(chē)縫線，以保證裁剪過(guò)程的順利進(jìn)行。因此，必須使輸送單元向前的運(yùn)動(dòng)速度略大于另一輸送單元向后的運(yùn)動(dòng)速度，通過(guò)電磁閥的調(diào)速旋鈕可以方便地實(shí)現(xiàn)此功能，輸送單元向前運(yùn)行的位置可由常閉漫反射光電傳感器控制。

圖6 自動(dòng)送料原理圖

2.3 裁剪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在成串裁片輸送過(guò)程中，裁剪機(jī)構(gòu)應(yīng)停留在離裁片具有一個(gè)安全距離的位置上。當(dāng)成串裁片被輸送到裁剪的特定位置時(shí)，裁剪機(jī)構(gòu)快速向下移動(dòng)到成串裁片的連線位置進(jìn)行裁剪，裁剪完成后再快速返回到安全位置。

裁剪功能由直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓形刀片高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)安裝在氣缸活塞桿的端部，由紅外傳感器感受到裁片間縫隙，并發(fā)送指令，使輸送單元向前運(yùn)行停止，同時(shí)裁剪氣缸快速下移，帶動(dòng)刀片裁剪布料串線。

圖7 裁剪機(jī)構(gòu)優(yōu)化

在搭載控制系統(tǒng)后的自動(dòng)裁剪調(diào)試過(guò)程中，由于直流電動(dòng)機(jī)軸套設(shè)計(jì)不合理，致使圓形刀片與直流電動(dòng)機(jī)軸存在軸向4 mm的偏心量，加上刀片、直流電動(dòng)機(jī)軸套過(guò)重，在使用過(guò)程中出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)噪聲大、樣機(jī)振動(dòng)大和裁剪效果不穩(wěn)定等現(xiàn)象。分析找出原因后，針對(duì)性地對(duì)每個(gè)不合理設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化改善：1）消除軸向4 mm的偏心結(jié)構(gòu)，將螺紋退刀槽沿著直流電動(dòng)機(jī)軸套偏離2.5 mm，使刀片內(nèi)徑與直流電動(dòng)機(jī)軸套以過(guò)渡配合形式裝配，如圖7所示；2）將旋壓螺母的材料由304不銹鋼換成尼龍材料，直流電動(dòng)機(jī)軸套材料由45鋼換成尼龍材料制作，以減輕振動(dòng)。

經(jīng)過(guò)改善后的自動(dòng)堆疊機(jī)構(gòu)，裁片效果穩(wěn)定、噪聲消失、振動(dòng)大幅度減小，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)使用要求。

2.4 堆疊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

送料氣爪在完成成串裁片的裁剪分離工作之后，將單片裁片輸送到堆疊機(jī)構(gòu)的托板上，為了保證裁片堆疊的一致性，堆疊機(jī)構(gòu)在完成單片裁片的排放后，堆疊托板需要下降一定的距離，托板下降的距離應(yīng)大于裁片的厚度。由于滾珠絲杠具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、自鎖性好、能微量進(jìn)給等特點(diǎn)，故采用滾珠絲杠作為自動(dòng)堆疊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)件，使裁片堆疊工序持續(xù)進(jìn)行。為了保證堆疊效果，在滾珠絲杠兩側(cè)各設(shè)計(jì)了一條直線導(dǎo)軌，提高堆疊過(guò)程的平穩(wěn)性，同時(shí)可以限制托板隨絲杠一同轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖8所示。

圖8 堆疊機(jī)構(gòu)

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

其自控系統(tǒng)主要由控制元件、傳感器和PLC控制模塊三大部分組成。其中控制元件包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、電磁閥和指示信號(hào)燈等，使用可編程控制器三菱PLC FX2N-40MT，接收處理來(lái)自光電傳感器、紅外傳感器等的反饋信號(hào)，控制時(shí)序信號(hào)，再由控制元件的高低電平信號(hào)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。控制系統(tǒng)的時(shí)序圖如圖9所示。

圖9 控制系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)的控制模式包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式。手動(dòng)控制模式是通過(guò)設(shè)置按鈕，人工逐次控制各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，此模式主要用于調(diào)試作業(yè)或緊急狀況時(shí)。自動(dòng)控制模式即是在按下起動(dòng)按鈕后，各個(gè)機(jī)構(gòu)的工作由PLC進(jìn)行控制，整個(gè)收剪過(guò)程自動(dòng)完成。

在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮了以下安全設(shè)計(jì)：1）在進(jìn)氣端口安裝了單向閥，保證斷電時(shí)同時(shí)斷開(kāi)氣量供應(yīng)，防止發(fā)生不必要的危險(xiǎn)。按下暫停按鈕，將關(guān)閉進(jìn)氣單向閥，氣缸停止運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)氣爪，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)且復(fù)位。2）設(shè)置氣缸前進(jìn)的速度比后退快，以保證夾持裁片的兩氣爪將裁片間的車(chē)縫線處于張緊狀態(tài)，方便裁剪。3）為了避免氣爪在斷電狀態(tài)下，左右兩氣爪同時(shí)打開(kāi)或者同時(shí)關(guān)閉，導(dǎo)致兩氣爪相碰的危險(xiǎn)發(fā)生，設(shè)計(jì)時(shí)將其中一個(gè)氣爪的張開(kāi)閉合接口與另一氣爪反接，使氣爪在斷電過(guò)程中，一氣爪閉合，而另一氣爪張開(kāi)，以避免發(fā)生交叉行進(jìn)中的碰撞現(xiàn)象。

4 結(jié) 語(yǔ)

在分析當(dāng)前牛仔服裝生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有工藝狀況的基礎(chǔ)上，提出了一種針對(duì)成串服裝裁片自動(dòng)收剪工藝的創(chuàng)新方法，設(shè)計(jì)了服裝布料成串裁片的自動(dòng)收剪機(jī)，通過(guò)成串裁片的上料機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、自動(dòng)裁剪機(jī)構(gòu)和裁片自動(dòng)堆疊機(jī)構(gòu)之間互相協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究，解決了人工連剪容易出現(xiàn)的漏剪和收集不齊整、影響后續(xù)工作、生產(chǎn)效率低下的難題，節(jié)約了人力成本，為服裝裁剪過(guò)程中的智能化生產(chǎn)提供了一種新的有效途徑，具有良好的應(yīng)用前景。

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