一种新型的半自动织发装置.docx

!图 41.夹块 2.夹紧轴 3.轴承端盖 4, 15.深沟球轴承 5.轴承座6.链轮隔套 7.链轮 8.夹紧套 9.气缸 10.推力轴 11, 13.推力球轴承 12.推力轴承座 14.隔套 16.导向键一种新型的半自动织发装置邝智炜, 李伟光, 孔增华, 刘济东( 华南理工大学 机械工程学院,广州 510640)sem i- a u t om a t ic m a ch in e m od els in h a ir w ea vin gk uang z h i- wei, l i w ei- gu a n g, k o ng z en g- h u a, l i u j i- d on g( college of mechanical engineering, south china university of technology, guangzhou, guangdong, china, 510640)abstr act : this paper introduces the principle of the semiautomatic machine models in hair weaving. the machine consists of two- side cam and 2- dimensional nc servo platform. it uses open motion control card as its control system. the experiment data indicate that this machine satisfies the requirements of hair weaving.key wor ds: hair weaving; two- side cam; motion control card织发是一种比较独特的假发制作工艺, 传统手工制作假发工艺中存在低效率、高劳动强度的问题, 目前市面 上尚未有半自动/自动织发装置。为此, 本文研究与开发 了半自动织发装置, 以提高假发生产效率。1 织发原理及装置运动设计1.1 织发原理上牵引发丝穿过网布孔, 钩针由上向下回退一段距离, 使发丝的头部形成一定的空隙, 人工将发丝端部穿过空隙, 钩针旋转( 目的是使发丝与钩针脱离接触) , 同时钩针由 上向下退出网布孔, 人工将发丝收紧。重复以上步骤, 进 行下一根发丝的编织。1.2 自动织发装置发针运动设计结合手工织发工艺要求, 为解决繁复的钩针动作, 设 计一针套和钩针, 利用针套穿刺发网孔, 带动钩针进入。传统假发手工编织的基本原理:钩针由下向上穿过网布孔, 人工将发丝套在钩针上。移动钩针, 使钩针光滑面与网布孔接触。钩针由上向下牵引发丝穿过网布孔, 移 动若干网布孔位置, 偏心定位下一个网布孔。钩针由下向发针与发网相对运动示意图如图 1 所示,我们可以清楚地看到, 织发工艺中的发针运动需经过 112 步分解动!先传递到推力轴 10 上, 然后通过挡圈带动深沟球轴承 15 和隔套 14, 传到推力球轴承 13 上, 拉动推力轴承座 12, 带动夹紧轴 2 和夹块 1 向右运动, 从而松开卷取辊。5 结 语卷取机中夹持机构的这种设计方案结构比较简单, 在其它纺织机械设备卷取机构中有一定的通用性, 具有 一定的借鉴作用, 不管是旋转运动还是直线运动都易实 现, 并且动作精度较高。该夹持机构造价低廉, 便于在纺 织机械设备卷取机中推广应用。 参考文献 1 机械设计手册编委会.机械设计手册( 新版) ( 第 1- 5 卷 ) m .北 京: 机械工业出版社, 2004. 2 成大先.机械设计手册 m .北京: 化学工业出版社, 2004.( 编辑 立 明)!作者简介: 王克武 ( 1963- ) , 男, 副教授, 机电工程学院副院长, 研究 方向为机械设计与加工、数控技术。收稿日期: 2007- 04- 07到推力轴 10 上, 然后再通过推力球轴承 11 传递到推力轴承座 12 上, 再经过夹紧轴 2, 推动夹块 1 向左运动, 从 而夹紧卷取辊; 当缩回松开时, 依然由气缸提供拉力, 首129机械工程师 2007 年第 9 期摘 要: 介绍了半自动织发装置的原理, 利用双凸轮机构配合二维数控伺服工作台, 搭建半自动织发装置, 并采用开放 式运动控制卡作为装置伺服控制系统。实验结果表明, 该装置满足假发编织工艺要求, 达到了预期的目标。关键词: 织发; 双凸轮; 运动控制卡中图分类号: th122文献标识码: a文章编号: 1002- 2333 ( 2007 ) 09- 0129- 03123456789101112图 1 发针与发网相对运动示意图图 2 发针运动机构装配图( 双凸轮)1.底座 2.下板 3.支柱 4.发针夹持器 5.上板 6.发针套筒 7.发针8.弯板 9.支撑杆 10.步进电机 11.电机支架 12.双面凸轮图 3 半自动织发装置作, 发针运动机构采用双凸轮机构, 双面凸轮令发针运动和针套运动的若干分解动作得以巧妙地实现。由步进电 机驱动双凸轮机构, 凸轮旋转运动从而带动发针和发针 套的上下往复运动, 实现了发针和发针套的相互配合。凸 轮机构运动 2 个周期,即可实现整个织发流程一次。总装 配图如图 2 所示。作, 实现发丝的机械自动穿孔和人工打结。1.3 每个发套的织发数量每个发套的发网总面积 a13cm11cm=143cm2, 发 网每 cm2 的网孔数 n=2525=625 个, 发套每 cm2 的打结 个数密结为 90 个, 疏结为 80 个, 发套的密度分布密结网面积为 13cm6cm=78cm2, 疏结网面积为 13cm5cm=65 cm2, 每个发套打结总数: m13690+13580=7020+4400=1142012000 个。1.4 生产节拍计算假设每个发套加工时间为 10h, 即 36000s, 那 么 , 生 产节拍为: t=36000/12000=3( s/结) 。1.5 发针运动过程的时间规划针对发针运动方案和生产节拍, 拟定以下时间规划, 该规划只包含发针竖直方向运动时间规划 ( 横移网孔时 间不计算在内, 每段行程加减速时间忽略) :2.2织发装置总体设计发网网孔中心距离为 0.40.5mm, 需要较高定位精度, 整个发网在平面分布, 发针需要在 x- y 平面内运动,因此需建立二维数控伺服工作台, 以实现高精度定位。本 装置 中 二 维 数 控 伺 服 工 作 平 台 负 责 支 撑 整 个 双 凸 轮 机 构, 它包括了工作台面, 以及由两条配备有伺服电机的滚 珠丝杠单轴运动装置组成 x 轴和 y 轴, 以实现 x- y 二维 平面的动作。发网支撑与夹紧机构, 由 4 条立柱与 8 条小 钢条组成支撑机构, 由普通夹子夹紧发网组成夹紧机构, 机构设计简单轻便, 容易装拆。整机如图 3 所示。3 控制系统设计本装置共有 3 个自由度控制, 分别是 z 轴发针运动 轴, 主要利用步进电机驱动双凸轮机构运动; x 轴和 y 轴为机构二维平面运动轴, 通过两个伺服电机驱动二维滚珠丝杠单元, 该单元导程为 10mm, 伺服电机为 2000p/r, 因此, 20 个脉冲工作台移动 0.1mm。由于 z 轴方向不需要 插补动作, 所以该系统为两轴半数控系统。本装置采用雷赛开放式运动控制卡 dmc1000 作为 主控单元, 该卡是基于 pci 总线的高性能运动控制卡, 可由时间规划可以看出, 发针与针套相互配合, 周期性重复 2 次动作便可以完成一次发丝的打结工艺,容易通过双凸轮机构实现。2 织发装置设计2.1 发针运动机构设计因此很鉴于发针和针套两者周期性地相互配合完成织发动130机械工程师 2007 年第 9 期步 1- 步 20.3s6mm运动速度=20mm/s步 2- 步 30.3s9mm运动速度=30mm/s步 3- 步 40.2s0mm等待钩针钩起发丝步 4- 步 50.3s9mm运动速度=30mm/s步 5- 步 60.3s6mm运动速度=20mm/s步 6- 步 70.1s0mm发针横移网孔步 7- 步 80.3s6mm运动速度=20mm/s步 8- 步 90.3s9mm运动速度=30mm/s步 9- 步 100.2s0mm等待钩出发丝步 10- 步 110.3s9mm运动速度=30mm/s步 11- 步 120.3s6mm运动速度=20mm/s步 12- 步 10.1s0mm等待打结d设 计 计 算de s ig n and calculatio n控 制 多 达 4 个 步 进/伺 服 电 机 。 具 有 即 插 即 用 、 最 高400khz 脉冲频率、s 曲线减振、随时变速等高级功能。位 置 指 令 可 用 单 路 脉 冲( 脉 冲+ 方 向) 或 双 路 脉 冲( cw 脉冲+ccw 脉冲) 方式输出, 可以是差分式, 也可以是单端式 1 。该卡配有 windows9x/me/nt/2000/xp 下的动态链 接库, 方便用户编写自己的应用软件。通过 vc+6.0 编写上位机 windows mfc 应用程序界面 2, 3, 4 , 可以将运动指 令通 过 动 态 链 接 库和 驱 动 程 序 , 透 过pci 总 线 传 送 到 控 制 卡 上 , 在 控 制 卡 内 部 进行 插 补 等 复 杂 运 算 , 发 出 指 令 脉 冲 , 再经 过 接 口 板 电 路 连 接 到 伺 服 驱 动 器和 步 进 电 机 驱 动 器 上 , 最 后 控 制 电 机完 成 所 需 运 动 动 作 。搭 建 控 制 系统如图 4 所示。4 实验过程实验目的在于检验该半自动织发装置的发针和针套 能否准确地定位在每个网孔处。本文设计两组实验, 分别 对应网孔间距为 0.4mm 和 0.5mm 的发网。实验过程是先 定位在发网某一任意起始位置, 进行第一次穿刺, 然后向 x 向 或 y 向 , 横 移 一 网 孔距 离 , 继 续 穿 刺 , 如 此 类 推 , 10 次穿刺为一组实验, 连续做 10 组。对于 0.4mm 间距的发 网初始实验参数设定如表 1 所示。用高倍数放大镜观察 发针和针套能否进入相应网孔, 实验数据如表 2 所示。表 1 0.4m m 间距发网实验参数设定表 3 0.5m m 间距发网实验参数设定轴号初始起动速度运行速度运行距离/角度x yz5mm/s5mm/s450/s150mm/s150mm/s180/s0.5mm0.5mm180表 4 0.5m m 间距发网实验结果组号成功进入下一网孔停在原来网孔/次01002101016成功率 失败率/% /% ( 10 次/组) /次12345678910共 100 次10910108910910994100901001008090100901009094010002010000106数放大镜观察发针和针套能否进入相应网孔, 实验数据如表 4 所示。实验结果表明, 发针和针套的定位成功率在 80%90%之间。造成失败的原因主要分析有以下几点:( 1) 发 网装夹时, 由于装夹定位不能完全保证网孔不变形, 也就是当某方向受力过大时, 网孔形状就从原来的正方形变 形为平行四边形, 因此网孔间距在某一方向形成累计误差;( 2) 两维数控工作台的丝杠螺母副存在制造误差;( 3)短时间内频繁起停, 在制动时由于惯性造成振动从而产 生误差。5结语本文通过设计发针运动机构, 并搭建半自动织发装置平台, 验证了织发工艺自动化的可行性, 涉及的半自动织发装置已通过香港某假发制造企业和香港生产力促进 中心项目验收。半自动织发装置的成功研制, 为全自动织 发装置的研制提供了理论基础。展望未来发展, 搭配视觉 识别系统, 可解决半自动织发装置定位误差问题。钩发、 打结自动装置的研制则可令钩发、打结过程自动化, 彻底 实现全自动织发工艺, 提高生产效率和产品质量。 参考文献轴号初始起动速度运行速度运行距离/角度x yz5mm/s5mm/s450/s150mm/s150mm/s180/s0.4mm0.4mm180表 2 0.4m m 间距发网实验结果组号成功进入下一网孔停在原来网孔/次211213121216成功率 失败率/% /% ( 10 次/组) /次12345678910共 100 次89989798988480909080907090809080842010102010301020102016 1深圳市雷赛机电技术开发有限公司.dmc1000pci 总线 1- 4 轴运动控制卡硬件使用手册 version1.1 z .许福, 舒志, 张威.visual c+程序设计技巧与实例 m .北京: 中 国铁道出版社, 2003.任哲.mfcwindows 应用程序设计 m . 北京: 清华大学出版社, 2004. 深圳市雷赛机电技术开发有限公司.dmc1000pci 总线 1- 4 轴 运动控制卡软件编程使用手册 version1