带圆弧周边自动缝纫机

       摘要：在用缝纫机进行带圆弧周边包边缝纫时，通常需要熟练的缝纫工进行手工缝制，劳动强度大且缝制品质不高；而要缝纫出统一尺寸规格的圆弧或者连续的一致的带圆弧周边时，手工缝纫基本不能实现。本文介绍了一种带圆弧周边自动缝纫机，可以解决上面提到的问题，用机械机构实现带圆弧周边的自动包边缝纫。

       关键词：带圆弧周边；自动；包边缝纫

       随着劳动力成本的不断增加，轻工业缝制行业招工越来越难，特别是招有一定技能的熟练工。工业缝纫机中的包缝机在进行圆弧类包边缝纫时，就需要熟练的缝纫工进行手工缝制，但要缝纫出统一尺寸规格的圆弧或者连续的一致的带圆弧周边时，用手工缝纫基本不能实现。为了降低成本，解决招技术工难的问题，且能实现相对复杂的圆弧类包边缝纫，需要开发出机器代人的自动化机器。

       1. 设计背景
       工业缝纫机中的包缝机在进行圆弧类包边缝纫时，需要熟练的缝纫工进行手工缝制，费工费时，且要缝纫出统一尺寸规格的圆弧或者连续一致的带圆弧周边时，用手工缝纫基本不能实现。目前市面上的自动包边机只能包缝直角边或者与直角边相切的弧度不太大的圆弧边，而要缝纫连续的周边转圆角或者大的圆弧类包边，只能靠熟练的技术工人用手工缝纫，手工缝纫费时费力且缝纫出的缝料品质不高。为了降低劳动成本，提高缝制品质，需要开发出机器代人的自动化机器来实现相对复杂的圆弧类包边缝纫。本文讲述了一种能实现带圆弧周边自动缝纫的机器，可以自动带圆角缝纫毛巾、洗碗巾、方巾、鼠标垫等矩形缝料。

       2. 带圆弧周边自动缝纫的原理
       要自动缝制完一张四周带圆弧角的矩形缝料，需要先从矩形直边开始缝制，然后再转角缝纫，接着又缝制矩形边，就这样依次缝纫完整个周边，然后在圆弧角处结束缝纫。其缝纫原理和运动轨迹如下图（1）所示，本文重点讲述转角运动的原理及实现转角运动的机构。

       2.1在笛卡尔直角坐标系中，针尖的落点代表坐标系原点O，缝纫平面为“X-Y”平面，垂直于缝料的方向为Z轴方向，用矩形框代表缝料，矩形框的边为待包边缝纫的缝料边。设矩形缝料的长为a、宽为b、矩形缝料的转角半径为r 、转角半径r的圆心为原点O2、矩形缝料的中心点O1运动的轨迹为“L”。白色、紫色、蓝色的框为模拟缝纫转角时缝料处的不同缝纫状态，黄色的圆弧线代表的完成一个转角缝纫时矩形缝料的中心在“X-Y”平面中的运动轨迹“L”。

       转角的缝纫可以看为矩形布料经绕固定的原点O2旋转缝纫90°后得到的，所以只要设计的机构带动缝料运动所拟合成的曲线（缝料边转角曲线）与绕固定的原点O2旋转缝纫90°后得到的圆弧曲线一致，那么这个机构就能自动完成这样的转角运动。经过设计，本机构带动缝料的转角运动就是与绕固定的原点O2旋转缝纫90°后得到的圆弧曲线是一致的。（用运动模拟法和几何法都可以证明，证明略。）

       2.2运动方程
考虑到实现此运动的可行性，需要等效变更旋转中心，经过变更旋转中心后（由O2变更为O1），转角缝纫就变为在机构的带动下矩形缝料在“X-Y”平面的“L”轨迹运动与缝料绕着Z轴旋转运动的合成。

        ⑴“X-Y向运动”的轨迹方程L为：x2+(y+r)2=[(a-2r)/2]2+[(b-2r)/2)2]，其实它是由一段段线段构成，每段线段是完成一次送料前后两次的位置的连线，轨迹线由多少条线段构成是由缝纫一个转角需要多少针来缝完决定的，它们是一一对应的关系，数值相等。

       ⑵设N为缝纫一个转角需要的缝纫针数，则N=πr/2n (r为转角半径，n为每针针距“0～3.8毫米”)。缝完一个矩形缝料转角时，布料需要旋转90°，缝纫每针的旋转角度α=90°/N。



图1   矩形缝料运动模拟简图

       3.带圆弧周边自动缝纫机



图2  带圆弧周边自动缝纫机
       上图为带圆弧周边自动缝纫机，此机器可以带圆弧角自动缝制毛巾、洗碗巾、方巾、鼠标垫等矩形缝料，缝制效率高，可达每小时240片(500毫米×500毫米的方形缝料)，缝制线迹美观且具有一致性。另外给此机器配备自动送料机构和自动收料机构后，可以实现全自动无人化生产，缝制效率将成倍提高。

       此带圆弧周边自动缝纫机的缝纫顺序如下：
       ⑴当感应器感应到缝料被放到放料区6后，龙门送料机构2带动压框旋转机构4运动到放料区6，然后压框压下，压紧缝料后带动缝料去缝纫区缝纫，从缝料的一条直边开始，周边都缝纫完后，在转角处结束缝纫。缝纫过程中的送料运动为牙齿送料和压框辅助送料共同送料，缝纫到转角时为“X-Y”向的平面运动与Z轴旋转运动的合成（见图1）；

       ⑵完成布料的周边包边后，龙门机构2与压框旋转机构4带动布料运动到收料区，然后收料机构7完成收料。

       4.压框旋转机构



图3  压框旋转机构
       1.压框 2.可调支架 3.Z向旋转花键轴 4.转框电机 5.压框气缸 6.中压板

       图3为压框旋转机构，此机构可以压紧、旋转布料，充当缝纫机械手的作用。在可调范围内，压框1可以根据布料的大小任意更换，可调支架2可以机械的任意调节大小，与不同尺寸规格的模板框相匹配。

       此机构在缝纫中的动作顺序为：
       ⑴压框旋转机构运动到放料区域后，压框气缸5驱动花键轴3向下运动，带动与花键轴相连的压框1和中压板6向下压紧缝料，然后在龙门机构的驱动下，压框旋转机构带动缝料在大台板面上做“X-Y”向运动，运动到缝纫区进行缝纫；

       ⑵从一条直边开始缝纫，当缝纫到矩形缝料的转角时，转框电机4启动，驱动花键轴（Z轴）旋转，从而带动模板框和缝料一起旋转，再配合龙门机构的“X-Y”向运动，就形成了矩形布料的转角缝纫；

       ⑶转角缝纫完后，进行另外一条边的缝纫，按序缝纫完整张矩形缝料后，压框旋转机构带动缝料运动到收料区域，然后压框气缸5驱动花键轴3向上运动，压框释放缝料，此时缝料在收料机构的作用下被收走。

       ⑷进行下一缝料的缝纫时，重复以上动作。

       5.结束语
       本论文阐述的带圆弧周边自动缝纫机，可实现毛巾、洗碗巾、方巾、鼠标垫等矩形缝料的全自动缝纫，也能实现圆形或者圆弧类的包边缝纫，解决了手工缝纫不可能实现的一致与完美的弧形缝纫，且降低了劳动成本，提高了缝制品质，实现了机械自动化，可为企业和工厂带了来可观的经济效益。