缝纫线绕线机自动上下料装置的设计

章建军，柯 良，冯关明，陈水明

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

（浙江工业职业技术学院，绍兴 312000）

0 引言

缝纫线绕线机主要应用于缝纫线制线工艺的成型环节。目前，国内制线业使用的缝纫线线支卷绕设备，90%以上为普通绕线机，需要大量的人工操作才能完成绕线工序[1]，绕线效率低，工人的劳动强度大，且对操作者熟练程度要求高[2]。本文设计了一种能够自动完成上料、下料、松开和拧紧锁紧螺母等功能的缝纫线绕线机自动上下料装置，能够有效减轻工人的劳动强度，提高制线过程的自动化程度。

1 自动上下料装置的结构组成

缝纫线绕线机自动上下料装置的包括上料机构、下料机构和锁紧螺母拆装机构，如图1所示。

上料机构负责上料，主要包括上料气缸、料斗、上料管。上料管安装在由X轴电机带动的移动机构上，可在X轴方向上移动。下料机构包括连接板、固定支架、活动支架、拨片等，如图2所示。连接板通过螺钉与由Z轴电机带动的移动机构固定，可在Z轴方向上移动。

锁紧螺母拆装机构能够完成锁紧螺母的自动拧紧和松开，结构如图3所示。锁紧螺母拆装机构包括推拉装置和抓紧装置。其中，推拉装置包括推拉式电磁铁和导向板，推拉式电磁铁得电时，抓紧装置伸出，如图3(a)所示，当推拉式电磁铁失电时，抓紧装置缩回，如图3(c)所示。导向板用于控制抓紧装置伸出的方向，防止抓紧装置沿轴线转动。抓紧装置包括吸盘电磁铁、固定环、抓手套筒、弹簧和螺钉，抓手套筒的端盖通过螺纹与推拉式电磁铁的推杆连接。套筒径向设有条形槽，通过螺钉和固定环套的配合，可使吸盘电磁铁在抓手套筒内轴向移动，同时防止吸盘电磁铁发生轴向旋转。

图1 缝纫线绕线机总体结构图

2 缝纫线绕线机的工作原理

缝纫线绕线机在绕制缝纫线的过程中，首先由上料机构将空线管装到绕线机主轴上，锁紧螺母拆装机构拧紧锁紧螺母，绕线机进行绕线，当缝纫线绕制圈数满后，锁紧螺母拆装机构松开锁紧螺母，下料机构取下绕制完成的线管，完成缝纫线绕制，自动绕线机工作流程如图4所示。

图2 下料机构结构图

图3 锁紧螺母拆装机构结构图

图4 绕线工作流程图

3 自动上下料装置的工作过程

本装置选用三菱FX2N-48MT型PLC作为控制元件，根据PLC自动绕线程序控制自动上下料装置的工作过程。

上料机构气动控制回路如图5所示，1Y1为控制上料气缸的电磁阀。首先，PLC使电磁阀得电，上料气缸的活塞杆推出，将料斗中的空线管通过上料管推入到绕线机主轴上，重复四次，完成4个空线管上料。

图5 气动控制回路工作原理图

4个空线管装入主轴后，X轴电机得电，通过丝杆螺母副，使锁紧螺母拆装机构与绕线机主轴的轴线处于同一位置。推拉式电磁铁得电，推杆伸出，抓紧机构中的锁紧紧螺母与主轴接触。然后，控制绕线机主轴正转，由于锁紧螺母被吸盘电磁铁吸住，无法随主轴转动，锁紧螺母与主轴产生相对转动，锁紧螺母便旋到了绕线机主轴上。主轴正转一定圈数后，锁紧螺母完全拧紧，压紧缝纫线空线管。推拉式电磁铁断电，推杆收回如图3（c）所示。

绕线机开始绕线，缝纫线绕线圈数达到设定后，推拉式电磁铁得电，推杆伸出，如图3（a）所示。锁紧螺母进入抓手套筒内，同时，吸盘电磁铁得电，产生磁力，吸住锁紧螺母。控制绕线机主轴反转，由于锁紧螺母被吸盘电磁铁吸住，无法随主轴转动，锁紧螺母便慢慢被抓手拧松。主轴反转一定圈数后，锁紧螺母被完全拧开，推拉式电磁铁断电，推杆收回，如图3（d）所示。由于吸盘电磁铁的磁力，使锁紧螺母保持在筒体内，与抓手套筒一同收回。

最后，控制Z轴电机正转，丝杠螺母副带动下料机构向左运动，下线机构的拨片将绕制完成的线管向左拨动，直到线管从绕线机主轴左端掉落到下方的料筒中，完成下料。X轴电机得电，使上料筒与绕线机主轴的轴线处于同一位置，为下一次上料做准备，整个绕线过程结束。如还需继续绕线，则进入下一个工作循环。

4 自动上下料机构的控制

PLC以其高可靠性、应用的灵活性等优点，在工作自动化领域应用广泛。根据缝纫线绕线机自动化控制的要求，选用三菱FX2N-48MT型PLC实现上下料机构的控制。该型PLC具有24个输入点和24个输出点，既控制了系统硬件成本，又为后期升级留有余量。编程软件选用GX Developer，该软件支持梯形图、指令表、SFC、ST及Label语言程序设计，可进行程序的线上更改、监控、调试，并可通过GT-works 软件进行仿真[3]，有效的缩短了开发周期，提升了编程效率。

本文利用SFC的方法编写缝纫线绕线机上下料机构控制系统的梯形图。顺序功能图（SFC）是一种面向工艺流程的图形方式的编程语言，与梯形图语言相比，具有程序过程清晰、开发周期短、逻辑性强的特点。锁紧螺母拆装机构拧紧螺母的PLC程序如图6所示。

5 结论

图6 锁紧螺母拆装机构拧紧螺母的PLC程序

本文针对缝纫线绕制过程中人工完成上下料工序耗时多，效率低的问题，通过对上下料机构原理的研究，开发了一种缝纫线绕线机自动上下料装置。本装置能够自动完成上料、下料、锁紧螺母的拧紧及松开等功能，通过实践证明，本装置大大减轻了操作人员的劳动强度，提高了绕线效率，具有广泛的市场需求和工业应用前景。

[1] 柯良,冯关明,章建军,等.缝纫线自动初绕装置的设计与研究[J].制造业自动化,2013,35(1):23-25.

[2] 魏俊波,胡国清,杨华.基于Pro/E的自动磁环绕线机虚拟设计与运动仿真[J].机械设计与制造,2011,(5):57-59.

[3] 吴丽琴,徐胜.基于PLC的捆包机控制器的设计[J].仪表技术,2012,(10):26-29.