摘要：在用縫紉機(jī)進(jìn)行帶圓弧周邊包邊縫紉時，通常需要熟練的縫紉工進(jìn)行手工縫制，勞動強(qiáng)度大且縫制品質(zhì)不高；而要縫紉出統(tǒng)一尺寸規(guī)格的圓弧或者連續(xù)的一致的帶圓弧周邊時，手工縫紉基本不能實(shí)現(xiàn)。本文介紹了一種帶圓弧周邊自動縫紉機(jī)，可以解決上面提到的問題，用機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)帶圓弧周邊的自動包邊縫紉。

       關(guān)鍵詞：帶圓弧周邊；自動；包邊縫紉

       隨著勞動力成本的不斷增加，輕工業(yè)縫制行業(yè)招工越來越難，特別是招有一定技能的熟練工。工業(yè)縫紉機(jī)中的包縫機(jī)在進(jìn)行圓弧類包邊縫紉時，就需要熟練的縫紉工進(jìn)行手工縫制，但要縫紉出統(tǒng)一尺寸規(guī)格的圓弧或者連續(xù)的一致的帶圓弧周邊時，用手工縫紉基本不能實(shí)現(xiàn)。為了降低成本，解決招技術(shù)工難的問題，且能實(shí)現(xiàn)相對復(fù)雜的圓弧類包邊縫紉，需要開發(fā)出機(jī)器代人的自動化機(jī)器。

       1. 設(shè)計背景
       工業(yè)縫紉機(jī)中的包縫機(jī)在進(jìn)行圓弧類包邊縫紉時，需要熟練的縫紉工進(jìn)行手工縫制，費(fèi)工費(fèi)時，且要縫紉出統(tǒng)一尺寸規(guī)格的圓弧或者連續(xù)一致的帶圓弧周邊時，用手工縫紉基本不能實(shí)現(xiàn)。目前市面上的自動包邊機(jī)只能包縫直角邊或者與直角邊相切的弧度不太大的圓弧邊，而要縫紉連續(xù)的周邊轉(zhuǎn)圓角或者大的圓弧類包邊，只能靠熟練的技術(shù)工人用手工縫紉，手工縫紉費(fèi)時費(fèi)力且縫紉出的縫料品質(zhì)不高。為了降低勞動成本，提高縫制品質(zhì)，需要開發(fā)出機(jī)器代人的自動化機(jī)器來實(shí)現(xiàn)相對復(fù)雜的圓弧類包邊縫紉。本文講述了一種能實(shí)現(xiàn)帶圓弧周邊自動縫紉的機(jī)器，可以自動帶圓角縫紉毛巾、洗碗巾、方巾、鼠標(biāo)墊等矩形縫料。

       2. 帶圓弧周邊自動縫紉的原理
       要自動縫制完一張四周帶圓弧角的矩形縫料，需要先從矩形直邊開始縫制，然后再轉(zhuǎn)角縫紉，接著又縫制矩形邊，就這樣依次縫紉完整個周邊，然后在圓弧角處結(jié)束縫紉。其縫紉原理和運(yùn)動軌跡如下圖（1）所示，本文重點(diǎn)講述轉(zhuǎn)角運(yùn)動的原理及實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角運(yùn)動的機(jī)構(gòu)。

       2.1在笛卡爾直角坐標(biāo)系中，針尖的落點(diǎn)代表坐標(biāo)系原點(diǎn)O，縫紉平面為“X-Y”平面，垂直于縫料的方向?yàn)閆軸方向，用矩形框代表縫料，矩形框的邊為待包邊縫紉的縫料邊。設(shè)矩形縫料的長為a、寬為b、矩形縫料的轉(zhuǎn)角半徑為r 、轉(zhuǎn)角半徑r的圓心為原點(diǎn)O2、矩形縫料的中心點(diǎn)O1運(yùn)動的軌跡為“L”。白色、紫色、藍(lán)色的框?yàn)槟M縫紉轉(zhuǎn)角時縫料處的不同縫紉狀態(tài)，黃色的圓弧線代表的完成一個轉(zhuǎn)角縫紉時矩形縫料的中心在“X-Y”平面中的運(yùn)動軌跡“L”。

       轉(zhuǎn)角的縫紉可以看為矩形布料經(jīng)繞固定的原點(diǎn)O2旋轉(zhuǎn)縫紉90°后得到的，所以只要設(shè)計的機(jī)構(gòu)帶動縫料運(yùn)動所擬合成的曲線（縫料邊轉(zhuǎn)角曲線）與繞固定的原點(diǎn)O2旋轉(zhuǎn)縫紉90°后得到的圓弧曲線一致，那么這個機(jī)構(gòu)就能自動完成這樣的轉(zhuǎn)角運(yùn)動。經(jīng)過設(shè)計，本機(jī)構(gòu)帶動縫料的轉(zhuǎn)角運(yùn)動就是與繞固定的原點(diǎn)O2旋轉(zhuǎn)縫紉90°后得到的圓弧曲線是一致的。（用運(yùn)動模擬法和幾何法都可以證明，證明略。）

       2.2運(yùn)動方程
考慮到實(shí)現(xiàn)此運(yùn)動的可行性，需要等效變更旋轉(zhuǎn)中心，經(jīng)過變更旋轉(zhuǎn)中心后（由O2變更為O1），轉(zhuǎn)角縫紉就變?yōu)樵跈C(jī)構(gòu)的帶動下矩形縫料在“X-Y”平面的“L”軌跡運(yùn)動與縫料繞著Z軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的合成。

        ⑴“X-Y向運(yùn)動”的軌跡方程L為：x2+(y+r)2=[(a-2r)/2]2+[(b-2r)/2)2]，其實(shí)它是由一段段線段構(gòu)成，每段線段是完成一次送料前后兩次的位置的連線，軌跡線由多少條線段構(gòu)成是由縫紉一個轉(zhuǎn)角需要多少針來縫完決定的，它們是一一對應(yīng)的關(guān)系，數(shù)值相等。

       ⑵設(shè)N為縫紉一個轉(zhuǎn)角需要的縫紉針數(shù)，則N=πr/2n (r為轉(zhuǎn)角半徑，n為每針針距“0～3.8毫米”)。縫完一個矩形縫料轉(zhuǎn)角時，布料需要旋轉(zhuǎn)90°，縫紉每針的旋轉(zhuǎn)角度α=90°/N。



圖1   矩形縫料運(yùn)動模擬簡圖

       3.帶圓弧周邊自動縫紉機(jī)



圖2  帶圓弧周邊自動縫紉機(jī)
       上圖為帶圓弧周邊自動縫紉機(jī)，此機(jī)器可以帶圓弧角自動縫制毛巾、洗碗巾、方巾、鼠標(biāo)墊等矩形縫料，縫制效率高，可達(dá)每小時240片(500毫米×500毫米的方形縫料)，縫制線跡美觀且具有一致性。另外給此機(jī)器配備自動送料機(jī)構(gòu)和自動收料機(jī)構(gòu)后，可以實(shí)現(xiàn)全自動無人化生產(chǎn)，縫制效率將成倍提高。

       此帶圓弧周邊自動縫紉機(jī)的縫紉順序如下：
       ⑴當(dāng)感應(yīng)器感應(yīng)到縫料被放到放料區(qū)6后，龍門送料機(jī)構(gòu)2帶動壓框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4運(yùn)動到放料區(qū)6，然后壓框壓下，壓緊縫料后帶動縫料去縫紉區(qū)縫紉，從縫料的一條直邊開始，周邊都縫紉完后，在轉(zhuǎn)角處結(jié)束縫紉。縫紉過程中的送料運(yùn)動為牙齒送料和壓框輔助送料共同送料，縫紉到轉(zhuǎn)角時為“X-Y”向的平面運(yùn)動與Z軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的合成（見圖1）；

       ⑵完成布料的周邊包邊后，龍門機(jī)構(gòu)2與壓框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4帶動布料運(yùn)動到收料區(qū)，然后收料機(jī)構(gòu)7完成收料。

       4.壓框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)



圖3  壓框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
       1.壓框 2.可調(diào)支架 3.Z向旋轉(zhuǎn)花鍵軸 4.轉(zhuǎn)框電機(jī) 5.壓框氣缸 6.中壓板

       圖3為壓框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)可以壓緊、旋轉(zhuǎn)布料，充當(dāng)縫紉機(jī)械手的作用。在可調(diào)范圍內(nèi)，壓框1可以根據(jù)布料的大小任意更換，可調(diào)支架2可以機(jī)械的任意調(diào)節(jié)大小，與不同尺寸規(guī)格的模板框相匹配。

       此機(jī)構(gòu)在縫紉中的動作順序?yàn)椋?br />        ⑴壓框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動到放料區(qū)域后，壓框氣缸5驅(qū)動花鍵軸3向下運(yùn)動，帶動與花鍵軸相連的壓框1和中壓板6向下壓緊縫料，然后在龍門機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，壓框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動縫料在大臺板面上做“X-Y”向運(yùn)動，運(yùn)動到縫紉區(qū)進(jìn)行縫紉；

       ⑵從一條直邊開始縫紉，當(dāng)縫紉到矩形縫料的轉(zhuǎn)角時，轉(zhuǎn)框電機(jī)4啟動，驅(qū)動花鍵軸（Z軸）旋轉(zhuǎn)，從而帶動模板框和縫料一起旋轉(zhuǎn)，再配合龍門機(jī)構(gòu)的“X-Y”向運(yùn)動，就形成了矩形布料的轉(zhuǎn)角縫紉；

       ⑶轉(zhuǎn)角縫紉完后，進(jìn)行另外一條邊的縫紉，按序縫紉完整張矩形縫料后，壓框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動縫料運(yùn)動到收料區(qū)域，然后壓框氣缸5驅(qū)動花鍵軸3向上運(yùn)動，壓框釋放縫料，此時縫料在收料機(jī)構(gòu)的作用下被收走。

       ⑷進(jìn)行下一縫料的縫紉時，重復(fù)以上動作。

       5.結(jié)束語
       本論文闡述的帶圓弧周邊自動縫紉機(jī)，可實(shí)現(xiàn)毛巾、洗碗巾、方巾、鼠標(biāo)墊等矩形縫料的全自動縫紉，也能實(shí)現(xiàn)圓形或者圓弧類的包邊縫紉，解決了手工縫紉不可能實(shí)現(xiàn)的一致與完美的弧形縫紉，且降低了勞動成本，提高了縫制品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自動化，可為企業(yè)和工廠帶了來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。