超多頭電腦刺繡機(jī)設(shè)計(jì)原理

　　電腦刺繡機(jī)向多頭和超多頭發(fā)展是一個趨勢，但是超多頭機(jī)器的設(shè)計(jì)并不是簡單的多頭機(jī)的復(fù)制，而是涉及到繡框傳動的穩(wěn)定、機(jī)架振動的抑制、主軸傳動的穩(wěn)定和刺繡控制軟件功能的拓展，本該文以一種超多頭（90頭）刺繡機(jī)的設(shè)計(jì)說明解決上述問題的方法，對類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有參考作用。

　　0 引言

　　電腦刺繡機(jī)是一種機(jī)電一體化程度很高的縫制設(shè)備，用于在服飾或布料上繡花，刺繡花樣由打版系統(tǒng)輸入，花版數(shù)據(jù)通過磁碟或者介質(zhì)傳送到刺繡機(jī)控制系統(tǒng)，控制電腦根據(jù)花版數(shù)據(jù)要求，在刺繡機(jī)針離開布面的時候，控制繡框在X方向或者Y方向移動規(guī)定的針距，固定在繡框內(nèi)的繡品隨繡框作X、Y方向的移動，等待下次機(jī)針向下刺繡，刺穿布面，與旋梭底線套接，形成線跡。繡框與繡針兩者的配合，在繡品上完成圖樣的刺繡。圖1為電腦刺繡機(jī)工作原理圖。

　　電腦刺繡機(jī)一般由機(jī)械系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三部分組成。機(jī)械系統(tǒng)主要由機(jī)架、箱體部件、刺布機(jī)構(gòu)、挑線機(jī)構(gòu)、夾線機(jī)構(gòu)、換色機(jī)構(gòu)、送布機(jī)構(gòu)和刺繡框部件所組成;傳動系統(tǒng)的主電機(jī)一般為交流滑差電機(jī)或變頻電機(jī)，根據(jù)刺繡針距的長短變化，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，主電機(jī)通過同步齒形帶帶動上下軸，上軸帶動刺布機(jī)構(gòu)和挑線桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動，下軸傳動旋梭及剪線機(jī)構(gòu)運(yùn)動，刺布機(jī)構(gòu)和旋梭機(jī)構(gòu)的配合，完成底線和面線的鎖套，形成了鎖式線跡。X方向步進(jìn)電機(jī)和y方向步進(jìn)電機(jī)，帶動繡框完成平面運(yùn)動，形成刺繡花樣。控制系統(tǒng)是刺繡機(jī)的控制核心，它將花樣數(shù)據(jù)分解為X、Y方向的運(yùn)動距離并控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動，同時還控制主電機(jī)和移框電機(jī)的運(yùn)動配合，避免刺繡針撤拉布面。此外，控制系統(tǒng)還具備多種刺繡編輯、狀態(tài)和故障的顯示等功能。

　　1 超多頭電腦刺繡機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

　　普通電腦刺繡機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是為了追求更高的生產(chǎn)效率，用戶提出了多達(dá)65～90頭的電腦刺繡機(jī)要求，刺繡機(jī)制造廠為了滿足市場的需求，也需要研制這種超多頭的電腦刺繡機(jī)。一般普通電腦刺繡機(jī)頭數(shù)zui多為12～45頭，設(shè)備長度8～9米，現(xiàn)在采用超多頭設(shè)計(jì)，雖然設(shè)備的頭間距會有所縮短，但是設(shè)備的總長度還是會增加30%幅度，達(dá)到11米以上。因此，超多頭電腦刺繡機(jī)的設(shè)計(jì)不是簡單地在普通刺繡機(jī)上增加頭數(shù)，而是需要重新設(shè)計(jì)，在超多頭電腦刺繡機(jī)研制中，需要解決以下幾個方面的關(guān)鍵問題：

　　（1）繡框的驅(qū)動方式

　　普通刺繡機(jī)繡框一般采用X向2點(diǎn)、Y向4～5點(diǎn)的驅(qū)動方式（圖2）。步進(jìn)電機(jī)通過滑車，推動繡框在X、Y方向移動，在繡框比較小的情況下，這種方式是可行的，但是現(xiàn)在超多頭電腦刺繡機(jī)，繡框的寬度已經(jīng)大大超過傳統(tǒng)的機(jī)型，如仍然采用傳統(tǒng)的傳動方式，將會引起繡框的扭振，使花型變形，所以需要對傳動方式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

　　（2）機(jī)架振動的減振

　　刺繡機(jī)繡框的工作過程是非連續(xù)工作，也就是說它在機(jī)針每次刺入布面時必須靜止，在針桿離開布面后，則要求快速啟動。由于一般平繡速度可達(dá)每分鐘750針以上，特別是頭數(shù)增加、機(jī)器長度增加后，繡框運(yùn)動時的振動將會更加強(qiáng)烈，而整機(jī)的振動是制約刺繡機(jī)速度提高的關(guān)鍵。

　　（3）傳動軸剛度的提高

　　普通刺繡機(jī)機(jī)頭數(shù)一般在40頭以內(nèi)，當(dāng)機(jī)頭數(shù)達(dá)到50頭時，上下軸的剛度已不能滿足需要。但是，當(dāng)頭數(shù)增加到65頭以上時，傳動系統(tǒng)就會發(fā)生質(zhì)的變化，一方面設(shè)備的長度大大增加，傳動的路線加長;另一方面頭數(shù)增加以后，上軸需要傳動更多的機(jī)頭挑線桿和刺布機(jī)構(gòu)，挑線桿和刺布機(jī)構(gòu)的負(fù)載也是周期變化的，因此傳動軸，特別是上軸的剛度需要重新設(shè)計(jì)。

　　（4）電腦控制系統(tǒng)需要更加靈活

　　在超多頭電腦刺繡機(jī)中，為了減少設(shè)備的長度，機(jī)頭間隔一般比較小。為了使該設(shè)備能夠刺繡大幅面的花樣，就要求電腦控制系統(tǒng)能夠設(shè)置隔頭繡功能，也就是能夠停止若干個機(jī)頭工作。斷線和補(bǔ)繡是刺繡機(jī)的基本功能，特別是超多頭繡花，如果其中有一個頭漏繡需要補(bǔ)繡，則需要電腦控制系統(tǒng)能夠靈活設(shè)置，避免在補(bǔ)繡時所有機(jī)頭一起工作。

　　2 超多頭電腦刺繡機(jī)的解決方案

　　根據(jù)以上超多頭電腦刺繡機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵和要求，我們在設(shè)計(jì)中采取了如下措施：

　　（1）繡框采用多點(diǎn)傳動方式，并將步進(jìn)電機(jī)改用伺服電機(jī)，大大提高了繡框的傳動精度和運(yùn)動平穩(wěn)性，改進(jìn)后的繡框驅(qū)動如圖3所示。

　　（2）針對機(jī)架的振動問題，首先對機(jī)架工作時的受力和振動進(jìn)行有限元分析。分析結(jié)果顯示，機(jī)架中的薄弱部位剛度偏小（圖4），振動超過許用值。因此在本設(shè)計(jì)中，對機(jī)架進(jìn)行加固，使加固后機(jī)架的振動滿足要求。

　　（3）對上傳動軸的剛度進(jìn)行校核，通過增大軸的直徑和對軸進(jìn)行特殊的熱處理，滿足傳動軸的強(qiáng)度和剛度要求。

　　（4）超多頭電腦刺繡機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)。針對超多頭電腦刺繡機(jī)的特殊工作環(huán)境，在上軸機(jī)頭傳動上，增加了機(jī)頭傳動電磁離合器，使每個機(jī)頭都具備單獨(dú)控制的功能，同時對電腦控制系統(tǒng)軟件功能上進(jìn)行改進(jìn)，增加了隔頭繡和任一機(jī)頭補(bǔ)繡功能。

　　3 結(jié)論

　　經(jīng)過上述改進(jìn)后，研制的90頭超多頭電腦刺繡機(jī)經(jīng)檢測（圖5），該機(jī)器的刺繡精度為0.1毫米，花型無變形，機(jī)架靜態(tài)變形小于0.2毫米，在每分鐘800針的刺繡速度下，X、Y、Z三個方向的振動加速度分別為6m/s2、6m/s2和9m/s2，均比普通刺繡機(jī)小，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。