摘要：近年来，社会经济在快速发展的同时，也促进了各行各业的迅速发展，其中工业领域建设规模不断扩大，取得了显著的成果，在工业柔性集装袋自动生产过程中，器械装备主要采用的是琐式缝纫机对集装袋进行缝制，在实际运行过程中，每过段时间，便需要及时更换梭心，并补充底线。当前缝纫机基本上都是由人工完成补充底线，所以，进一步加大力度开发与研究自动更换缝纫机底线装置的生产设备，能够实现自动化生产，对该领域的发展有着重要的意义。文章通过对工业缝纫机锁式线迹基本原理进行了分析，并阐述了自动更换功能的具体动作步骤，提出了自动更换底线装置的工艺流程与方法，和传统底线更换方式相比较，能够有效减少动作步骤，节省大量更换时间，并且适用于自动化生产线。
关键词：工业缝纫机；自动更换；底线装置；开发设计
引言：柔性集装袋属于一种柔性运输的包装容器，被广泛应用于医学、食品、化工等行业的块状、颗粒等形态物品的包装运输，其自身具备效率高、安全性高、损耗低、可进行重复使用等优点。也是目前的主要集装化包装类型，在柔性集装袋生产过程中，基本上都是人工进行缝制，整体效率比较低、且劳动强度大，操作环境比较恶劣，且实际操作对工人的整体要求也比较高，这些方面的问题也导致该领域劳动力严重短缺。而加强工业缝纫机自动更换底线装置开发，逐步实现自动化生产，能够有效提升整体生产效率，及时解决当前劳动力短缺的问题。
1工业缝纫机概述
随着市场规模的不断扩大，环境也在快速发生变化，对于产品的整体要求也在不断提高，工业缝纫机作为重要的生产设备，被广泛应用于各个领域当中，其主要为锁式线迹，由面线以及底线组成，并且在机针以及跳线机构等共同作用下运行[1]。面线主要是采用连续供应的方式，大线团的实际连续供应时间相对比较长，线量大，更换次数较少，通常每班只需要进行更换一次便可。底线主要是通过梭芯供线，因为梭芯的实际尺寸比较小，因此，每次装入的底线相对有限，大约每隔15-20min左右，便要进行手工更换。这样会严重影响整体生产效率和质量，所以，此次研究希望可以研究出能够进行自动跟换缝纫机底线的一种新的装置，对实现缝纫机的自动化生产，提升整体生产效率有着重要的意义[2]。当前，国内实现自动化更换底线主要有两种，即抓取底线梭芯、空梭芯的转移，针对其具体方式，可分为三种：取出空梭芯之后，并经过水平以及竖直方式进行转移，该种方法操作简单，且整体可靠性与安全性也比较高，被广泛应用到实际操作当中。其次是取出备用梭芯，并将其放进旋梭当中，该种方法能够大幅度节省缝纫机的空间，适用于在空间布局方面有着一定特殊要求的地方。还有一种是对旋梭以及底线梭芯全部进行更换，这样的方法能够有效节省底线梭芯抓取的步骤，整体操作也非常简单，但在实际操作过程中，需要进行更换的部件太多，所以不适用于进行大面积更换。自动更换底线装置是作为辅助功能，被应用于集装袋自动化生产当中，因此，在空间以及结构方面会受到不同程度的限制和影响，针对以上类型和特点，采用抓取以及更换梭芯的方式，在完成更换之后，并将装置执行的部分及时收回至相对安全范围之后，从而尽可能避免和自动化生产线相关工作流程相互干扰和影响[3]。
2自动更换底线装置功能分析与设计
2.1更换底线工艺过程
当前自动更换底线装置主要是通过抓取机械手进行操作，因此，要先取出空梭芯，之后及时换上备用的梭芯，这样会造成时间上的浪费，影响整体效率。而此次研究的装置主要采用的是两个不同的机械手进行操作，对空梭芯以及备用梭芯进行抓取，在整个操作步骤以及流程上，能够有效节省时间和步骤，从而大幅度提高整体生产效率。
如下图所示：自动更换底线工艺技术为：机械手夹住备用梭芯，并将机械手转移至旋梭的位置，取出空梭芯，之后再对机械手的位置进行对调，将备用梭芯放进旋梭，掉进回收装置当中，完成装置复位[4]。
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图1 自动更换底线工艺流程
2.2自动更换底线装置结构与工作原理
此次研究过程中，自动更换底线装置主要是由工作台、传动部分以及底座等部分构成，执行机构位于工作台当中，其中包括机械手、轴承、以及电机等部分。工作原理：装置在检测到更换底线发出的信号之后，机械手会进行备用梭芯的抓取，执行机构会向前移动，直到相应的制定位置，电机开始进行旋转，机械手抓住空梭芯，工作台慢慢向前移动，并取出空梭芯，电机开始旋转，工作台慢慢后移，备用梭芯慢慢进入旋梭当中，机械手释放空梭芯，并回收装置当中，两个机械手复位，回到最初的位置，更换底线操作流程结束。
3梭芯抓取机械手的结构设计分析
3.1梭芯抓取机械手设计
梭芯抓取机械手在自动更换底线装置当中，发挥着重要的作用，也是非常关键的部分，及时可靠的抓取梭芯，是保障底线能够顺利更换的基础，缝纫机底线梭芯外表有一层梭芯套，其是共同放入到旋梭当中的，所以，跟换底线应当将梭芯套共同更换。首先应当将梭芯套及时取出，掰开梭门，才能够保障梭芯套顺利取出。机械手主要是由顶杆、卡盘、梭爪、气缸、杠杆等共同组成，卡盘抵住梭芯套，通过气缸，推动梭爪进行旋转，梭门掰开至60°并夹紧[5]。
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图2 锁芯与梭芯套
3.2机械手抓取力计算
为了进一步确定机械手在夹紧梭芯套后，其变形与应力状况，明确气缸压力的范围，从而进尽可能避免由于推力太大从而导致对机械手造成一定的额破坏，通过模型对其进行综合分析，模型当中的接触面类型应当进行明确，之后加载模型，机械手以及梭芯套材料都是钢结构，最大输入压力应当在0.7MPa，这个时候机械手推力在103.2N。要充分考虑到该种情况，在模型当中施加最大推力。数据结果显示，当最大应力出现时，杠杆末端会出现变形，气缸输入压力最大时，模型的变形相对较小，与设计相符合，但最大应力比材料应力大时，应当对输入压力进行严格控制。为了明确输入压力的实际范围，应当选择不同压力下的气缸推力，并进行加载，确定最大应力。
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图3 机械手结构
4结果谈论
为了进一步验证机械手结构设计的整体合理性与稳定性，并且最大程度上保障能够顺利的夹住梭芯套，针对实际情况，通过特制的机械手进行抓取梭芯套[6]。
通过试验结果，能够得出，机械手在实际操作过程中，能够顺利的夹住梭芯套，并顺利的从缝纫机当中完成取出与放回环节，整体操作抓取过程不流畅，应当针对当前存在的问题，从以下方面进行相应的改善。
首先，梭爪在操作过程中，梭门的实际阻力相对较大，严重的情况下，有时候也会出现梭门以及梭爪卡死的情况，因此，需要适当的降低梭爪表面的粗糙程度，并进行相应的抛光处理，让其表面可以更加的光滑，从而有效避免出现卡死以及卡顿的情况。
机械手在进行抓取操作过程中，梭芯套会对机械手的位置产生影响，使其发生偏移，很容易会造成夹紧之后，梭芯套和机械手之间的位置不稳定，在放入备用梭芯的时候，梭芯套和旋转会出现不对齐的情况，严重的情况下，可能会导致备用梭芯无法正常的放入。因此，需要针对具体情况，在机械手和梭芯套所接触的部位涂上橡胶或者泡沫等，能够增大摩擦的相关材料。
此次研究对当前缝纫机应用过程中，在自动化更换底线装置当前的设计以及相应方法基础上，进一步探究整体效率更快、且时间更短的方法，实现缝纫机的自动化应用，并实现自动更换底线装置。装置的关键部位，即梭芯抓取机械手结构，采用模型、仿真技术，进一步明确机械手气缸输入压力范围，以及应当严格控制在0.55MPa之内[7]。
5结束语
此次研究进一步研究与开发除了自动更换底线装置，但是当前仍处于发展阶段，主要是样机，未被广泛应用于实际生产当中，相关理论知识相对较少，仍有诸多问题有待进一步解决。机械手是整个装置当中非常关键的部分，目前机械手在梭子抓取以及操作方面有待进一步改善，应当对梭爪的整体轮廓进一步优化与完善，使其在打开梭门的时候能够更为平滑，在接触面还应当进行相应的处理，增大摩擦力，避免滑移，其次，还应当充分考虑在实际操作过程，要设计与完善相应的检测以及处理机制。
参考文献：
[1]于平. 工业缝纫机自动更换底线装置:2018,22.(21)11-12
[2]易朋兴, 杜衡, 鲁华南,工业缝纫机自动更换底线装置的研究与应用[J]. 机床与液压, 2017,23(21):40-42+48.
[3]裘国治. 当代缝纫机尖端技术之一——底线自动供给装置[J]. 缝纫机科技, 2018,33(3):30-34.
[4]仇小勇. 一种工业缝纫机底线更换装置的机械手:2018,22(21)33-34
[5]李俊. 一种自动缝纫机的自动换模装置:2017,33(21)34-35
[6]刘宏石, 薛鹏, 董海瑞. 用于工业缝纫机的底线检测方法、系统、装置及控制装置:2018,33(21)33-34
[7]吕昭辉, 曾雪锦. 底线检测装置、底线检测方法及缝纫机:2017,11(21)11-12