Расчёт скоростей шитья вышивального полуавтомата с программным управлением

SEMIAUTOMATIC, MULTICOLOR, MACHINE EMBROIDERY, PRESSER FOOT, SEWING SPEED

The aim of this article is to select the sewing speed for fixed and movable presser foot.

For semiautomatic multicolor embroidery PV-1-5-M developed in 2008, calculated these speed sewing developed by using different presser feet: mobile and stationary.

The disadvantage of mobile presser foot is noise at work. The advantage of fixed presser foot is the lack of noise at work.

The calculation revealed that the sewing speed when using fixed presser foot is 18 - 25 % higher than with moving the presser foot. Velocities sewing enable operations to assess the complexity of machine embroidery.

чения производительности труда.

Подвижная прижимная лапка совершает вертикальное движение и прижимает материал только в периоды прокола материала иглой. Достоинством подвижной прижимной лапки является возможность вышивки на заготовках, имеющих разную толщину в поле вышивания, а также возможность базирования кассеты с заготовкой относительно иглы по метке, нанесённой на кассету. Недостатком подвижной прижимной лапки является шум при работе.

Кинематическая схема механизмов иглы и подвижной прижимной лапки показана на рисунке 1. Прижимная лапка 10 получает движение от ползуна 11 кривошипно-ползунного механиз-

ма иглы ABC. Лапка 10 прижимается к ползуну 11 пружиной 12. Игла 6 получает движение от пальца 9 ползуна 11 через поводок 8, игловоди-тель 7 и иглодержатель 5. При движении ползуна 11 из крайнего верхнего положения вниз подошва 3 прижимной лапки достигает поверхности материала 2 и останавливается, при этом пружина 12 прижимает лапку к материалу. Игла 6 продолжает движение вниз, достигает крайнего нижнего положения и двигается вверх. В определённый момент ползун 11 сообщает движение прижимной лапке 10, преодолевая действие пружины 12.

Подошва 3 (рисунок 1) неподвижной прижимной лапки устанавливается с зазором не менее 0,5 мм над поверхностью материала. Неподвижная прижимная лапка применяется при вышивании на заготовке постоянной толщины. При этом требуется, чтобы в базовом положении кассеты игла находилась в поле вышивания, а метку, с которой совмещается игла, в базовом положении кассеты приходится наносить на материал при каждом цикле вышивания. Преимуществом неподвижной прижимной лапки является отсутствие шума при работе. При неподвижной прижимной лапке время перемещения материала на длину стежка лимитируется временем нахождения иглы в материале, а при подвижной – временем прижатия материала прижимной лапкой.

Положения иглы 6 и подошвы 3 подвижной прижимной лапки в их поступательных движениях будем представлять соответственно точкой G острия иглы и точкой H , расположенной в центре отверстия для прохода иглы. Координаты точек G и H будем отсчитывать по оси Oy с началом в точке O , лежащей на поверхности игольной пластины 1, в центре отверстия для прохода иглы. За начало отсчёта углов φ , определяющих положения ведущего кривошипа ÀÂ , принимаем ось Ay . Графики зависимости y от φ для точек G и H приведены на рисунке 2 в виде кривых I и II. Кривая I построена исходя из установки иглы относительно носика челнока: y_G = 13 мм при φ = 60°, соответствующем моменту автоматического останова полуавтомата.

Проведём на графике прямую, параллельную оси y , на расстоянии, равном толщине h пошива-емого материала 2 (рисунок 1), на пересечении этой прямой с кривыми I и II отметим точки 2,

о

Рисунок 1 – Кинематическая схема механизмов иглы и прижимной лапки

3, 4, 5. Абсциссы φ ₂ , φ ₃ точек 2 и 3 на графике I соответствует началу вхождения острия иглы в материал и выходу его из материала. Абсциссы φ ₄ , φ ₅ точек 4, 5 на графике II соответствуют началу прижима материала подвижной прижимной лапкой и его окончанию.

Отметим также на графике I точку 1 с ординатой y_G = 13 мм, соответствующей моменту автоостанова. Абсциссу точки 1 обозначим φ ₁ . Начало перемещения материала координатным механизмом с ЧПУ настраивается установкой на главном валу швейной машины диска, входящего в профиль оптопары. При этом кривошип ÎÀ должен находиться в положении, определяемом координатой φ _Í . Угол поворота φ _Ð кривошипа ÎÀ за время t_ïåð перемещения материала зависит от динамики координатного механизма. Для подвижной прижимной лапки должны удовлетворяться неравенство:

φН ≤ φ5 , (1) - φР = φР1 ≤ 360° - (φ5 - φ4 ) , (2) для неподвижной прижимной лапки – неравенства yÑ = yÀ + rcosφ - N I? — (rsin

где y_À – координата неподвижного шарнира А; r = AB; L = BC.

Для определения углов φ₂ и φ₄ воспользуемся соотношением, полученным из теоремы косинусов, составленной для ∆ABC (рисунок 1)

,

Выведем соотношение для определения φ₂, φ₃, φ₄, φ₅. Сначала определим длину b прижимной лапки. На рисунке 2 механизм иглы показан при φ = φ₁ , то есть в момент автоостанова, в том же положении показана игла 6, ловитель игольной нити 4, подошва прижимной лапки 3. При известном y_G расстояние b определяется из равенства (см. рисунок 1)

 = CG + δ₁ + δ₂ + δ₃ + δ₄ + à,      (5)

где δ₁ – зазор между остриём G иглы и ловителем игольной нитки; δ₂ – толщина ловителя нитки 4; δ₃ – зазор между ловителем и подошвой прижимной лапки; δ₄ – толщина подошвы прижимной лапки 3; а à – расстояние между центром шарнира Ñ и верхней плоскостью прижимной лапки; CG = y_C1 - y_G1.

Координата yC1 при известном φ = φ1 = 60° определится из соотношения где f =AC.

Для определения φ2 в (7) следует подставить f = yÀ - CG - h ,(8)

где h – толщина вышиваемого материала.

Для определения φ4 в (7) подставляется f = yÀ - CG - h - δ1 - δ2 - δ3 - δ4 ,(9)

Углы φ₃ и φ₅ определяются из равенств:

φ3 = 360° - φ2 ,(10)

φ5 = 360° - φ4 ,(11)

_

В таблице 1 приведены результаты расчётов φ₂, φ₃, φ₄, φ₅, φ_P1, φ_P2 при h = 1…5 мм для разработанного полуавтомата при следующих параметрах δ₁ = δ₂ = δ₃ = 1мм; δ₄ = 2 мм; à=8 мм; φ₁ = 60°; r = 17,5 мм; L = 42 мм; ó_À = 160 мм.

Из таблицы 1 следует, что угол рабочего хода механизма перемещения при неподвижной лапке φ_P1 превышает аналогичную величину φ_P2 для подвижной лапки на 18…24 % при увеличении толщины материала от 1 до 5 мм, что существенно влияет на скорость шитья.

Влияние толщины материала на φ_P1 и φ_P2 столь же существенно, так при изменение h от 1 до 5 мм φ_P1 уменьшается на 13,7 %, а φ_P2 на 19,8 %.

Результаты расчётов углов φ_P1 и φ_P2 приведены в таблице 1.

В [2] приведена методика определения ско-

Таблица 1 - Результаты расчётов углов фр1 и фр2 h, мм Неподвижная лапка Подвижная лапка Ф2,град Ф3,град ФР1, град Ф4 •град Ф5, град Фр2 • град 1 103,3 256,7 206,6 87,5 272,5 175 2 100,2 259,8 200,5 84,1 275,9 168,2 3 97,1 262,9 194,3 80,6 279,4 161,1 4 94,0 266,0 188,0 76,9 283,1 153,8 5 90,8 269,2 181,6 73,1 286,9 146,1 рости шитья для координатного устройства при известных φP. Согласно этой методике сначала минимизируется целевая функция: 1                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           ' , (16) при ограничениях -- МД ^ !пр • ет + МСПР , (13) tommin — tom ~ tommax, (14) mmin     m    mmax , (15) _______________________________________1 где фст = sct* иобщ; S=m - шаг стежка, м; ио6^ – общее передаточное число координатного механизма для ПВ-1-1, Uo6^ = 628,42 РАД/М; 1пр -приведённый к валу шагового электродвигателя

момент инерции звеньев координатного механизма; 1_пр = 34,7•10-6 Кг-м²; tom - максимальная угловая скорость ротора шагового электродвигателя при выбранном трапецеидальном законе изменения скорости ротора; e_m- максимальное угловое ускорение ротора при выбранном законе движения; М_спр - приведенный к валу шагового электродвигателя момент сил сопротивления, М_спр = 0,028 Н^м.

При решении задачи минимизации t использовались аппроксимированные механиче- где k„ep = Фр / 360°;

Результаты вычислений представлены в таблице 2. Из таблицы следует, что скорость шитья при использовании неподвижной прижимной лапки на 18 - 25 % выше, чем с подвижной прижимной лапкой. Таблица 2 может быть использована для подбора скорости шитья при заданных S_cm и n.

Выводы: из таблицы 1 следует, что угол рабочего хода механизма перемещения при неподвижной лапке φ_P1 превышает аналогичную величину φ_P2 для подвижной лапки на 18…24 % при увеличении толщины материала от 1 до 5 мм, что существенно влияет на скорость шитья. Из таблицы 2 следует, что скорость шитья при использовании неподвижной прижимной лапки на 18 - 25 % выше, чем с подвижной прижимной лапкой.

ские характеристики шагового электродвигателя ШД-200-0,5 [2]. Минимизация tпер выполнялось для S_cm = (1_6) мм и h = (1^5) мм для n1, скорость шитья при подвижной прижимной лапки и для n₂, скорость шитья при неподвижной прижимной лапки по специально разработанной программе. После определения t_nep, tom и em скорость шитья определялась из соотношения:

Таблица 2 – Результаты вычислений
h, мм	Scm *мм	n1, об/мин, подв. лапка	п2 ,об/мин, неподв. лапка
1,0	1,0	1362,8	1609,3
1,0	2,0	821	969,5
1,0	3,0	587,4	693,7
1,0	4,0	457,3	540,1
1,0	5,0	374,4	442,1
1,0	6,0	317	374,3
2,0	1,0	1309,9	1561,6
2,0	2,0	789,1	940,8
2,0	3,0	564,6	673,1
2,0	4,0	439,6	524,1
2,0	5,0	359,9	429
2,0	6,0	304,6	363,2
3,0	1,0	1255	1513,3
3,0	2,0	756,1	911,7
3,0	3,0	541	652,3
3,0	4,0	421,2	507,9
3,0	5,0	344,8	415,8
3,0	6,0	291,9	352
4,0	1,0	1197,9	1464,3
4,0	2,0	721,7	882,1
4,0	3,0	516,4	631,2
4,0	4,0	402	491,4
4,0	5,0	329,1	402,3
4,0	6,0	278,6	340,6
5,0	1,0	1138,1	1414,2
5,0	2,0	685,6	851,9
5,0	3,0	490,6	609,6
5,0	4,0	381,9	474,6
5,0	5,0	312,7	388,5
5,0	6,0	264,7	328,9
,