摘要：在用縫紉機進行帶圓弧周邊包邊縫紉時，通常需要熟練的縫紉工進行手工縫制，勞動強度大且縫制品質不高；而要縫紉出統一尺寸規格的圓弧或者連續的一致的帶圓弧周邊時，手工縫紉基本不能實現。本文介紹了一種帶圓弧周邊自動縫紉機，可以解決上面提到的問題，用機械機構實現帶圓弧周邊的自動包邊縫紉。

       關鍵詞：帶圓弧周邊；自動；包邊縫紉

       隨著勞動力成本的不斷增加，輕工業縫制行業招工越來越難，特別是招有一定技能的熟練工。工業縫紉機中的包縫機在進行圓弧類包邊縫紉時，就需要熟練的縫紉工進行手工縫制，但要縫紉出統一尺寸規格的圓弧或者連續的一致的帶圓弧周邊時，用手工縫紉基本不能實現。為了降低成本，解決招技術工難的問題，且能實現相對復雜的圓弧類包邊縫紉，需要開發出機器代人的自動化機器。

       1. 設計背景
       工業縫紉機中的包縫機在進行圓弧類包邊縫紉時，需要熟練的縫紉工進行手工縫制，費工費時，且要縫紉出統一尺寸規格的圓弧或者連續一致的帶圓弧周邊時，用手工縫紉基本不能實現。目前市面上的自動包邊機只能包縫直角邊或者與直角邊相切的弧度不太大的圓弧邊，而要縫紉連續的周邊轉圓角或者大的圓弧類包邊，只能靠熟練的技術工人用手工縫紉，手工縫紉費時費力且縫紉出的縫料品質不高。為了降低勞動成本，提高縫制品質，需要開發出機器代人的自動化機器來實現相對復雜的圓弧類包邊縫紉。本文講述了一種能實現帶圓弧周邊自動縫紉的機器，可以自動帶圓角縫紉毛巾、洗碗巾、方巾、鼠標墊等矩形縫料。

       2. 帶圓弧周邊自動縫紉的原理
       要自動縫制完一張四周帶圓弧角的矩形縫料，需要先從矩形直邊開始縫制，然后再轉角縫紉，接著又縫制矩形邊，就這樣依次縫紉完整個周邊，然后在圓弧角處結束縫紉。其縫紉原理和運動軌跡如下圖（1）所示，本文重點講述轉角運動的原理及實現轉角運動的機構。

       2.1在笛卡爾直角坐標系中，針尖的落點代表坐標系原點O，縫紉平面為“X-Y”平面，垂直于縫料的方向為Z軸方向，用矩形框代表縫料，矩形框的邊為待包邊縫紉的縫料邊。設矩形縫料的長為a、寬為b、矩形縫料的轉角半徑為r 、轉角半徑r的圓心為原點O2、矩形縫料的中心點O1運動的軌跡為“L”。白色、紫色、藍色的框為模擬縫紉轉角時縫料處的不同縫紉狀態，黃色的圓弧線代表的完成一個轉角縫紉時矩形縫料的中心在“X-Y”平面中的運動軌跡“L”。

       轉角的縫紉可以看為矩形布料經繞固定的原點O2旋轉縫紉90°后得到的，所以只要設計的機構帶動縫料運動所擬合成的曲線（縫料邊轉角曲線）與繞固定的原點O2旋轉縫紉90°后得到的圓弧曲線一致，那么這個機構就能自動完成這樣的轉角運動。經過設計，本機構帶動縫料的轉角運動就是與繞固定的原點O2旋轉縫紉90°后得到的圓弧曲線是一致的。（用運動模擬法和幾何法都可以證明，證明略。）

       2.2運動方程
考慮到實現此運動的可行性，需要等效變更旋轉中心，經過變更旋轉中心后（由O2變更為O1），轉角縫紉就變為在機構的帶動下矩形縫料在“X-Y”平面的“L”軌跡運動與縫料繞著Z軸旋轉運動的合成。

        ⑴“X-Y向運動”的軌跡方程L為：x2+(y+r)2=[(a-2r)/2]2+[(b-2r)/2)2]，其實它是由一段段線段構成，每段線段是完成一次送料前后兩次的位置的連線，軌跡線由多少條線段構成是由縫紉一個轉角需要多少針來縫完決定的，它們是一一對應的關系，數值相等。

       ⑵設N為縫紉一個轉角需要的縫紉針數，則N=πr/2n (r為轉角半徑，n為每針針距“0～3.8毫米”)。縫完一個矩形縫料轉角時，布料需要旋轉90°，縫紉每針的旋轉角度α=90°/N。



圖1   矩形縫料運動模擬簡圖

       3.帶圓弧周邊自動縫紉機



圖2  帶圓弧周邊自動縫紉機
       上圖為帶圓弧周邊自動縫紉機，此機器可以帶圓弧角自動縫制毛巾、洗碗巾、方巾、鼠標墊等矩形縫料，縫制效率高，可達每小時240片(500毫米×500毫米的方形縫料)，縫制線跡美觀且具有一致性。另外給此機器配備自動送料機構和自動收料機構后，可以實現全自動無人化生產，縫制效率將成倍提高。

       此帶圓弧周邊自動縫紉機的縫紉順序如下：
       ⑴當感應器感應到縫料被放到放料區6后，龍門送料機構2帶動壓框旋轉機構4運動到放料區6，然后壓框壓下，壓緊縫料后帶動縫料去縫紉區縫紉，從縫料的一條直邊開始，周邊都縫紉完后，在轉角處結束縫紉。縫紉過程中的送料運動為牙齒送料和壓框輔助送料共同送料，縫紉到轉角時為“X-Y”向的平面運動與Z軸旋轉運動的合成（見圖1）；

       ⑵完成布料的周邊包邊后，龍門機構2與壓框旋轉機構4帶動布料運動到收料區，然后收料機構7完成收料。

       4.壓框旋轉機構



圖3  壓框旋轉機構
       1.壓框 2.可調支架 3.Z向旋轉花鍵軸 4.轉框電機 5.壓框氣缸 6.中壓板

       圖3為壓框旋轉機構，此機構可以壓緊、旋轉布料，充當縫紉機械手的作用。在可調范圍內，壓框1可以根據布料的大小任意更換，可調支架2可以機械的任意調節大小，與不同尺寸規格的模板框相匹配。

       此機構在縫紉中的動作順序為：
       ⑴壓框旋轉機構運動到放料區域后，壓框氣缸5驅動花鍵軸3向下運動，帶動與花鍵軸相連的壓框1和中壓板6向下壓緊縫料，然后在龍門機構的驅動下，壓框旋轉機構帶動縫料在大臺板面上做“X-Y”向運動，運動到縫紉區進行縫紉；

       ⑵從一條直邊開始縫紉，當縫紉到矩形縫料的轉角時，轉框電機4啟動，驅動花鍵軸（Z軸）旋轉，從而帶動模板框和縫料一起旋轉，再配合龍門機構的“X-Y”向運動，就形成了矩形布料的轉角縫紉；

       ⑶轉角縫紉完后，進行另外一條邊的縫紉，按序縫紉完整張矩形縫料后，壓框旋轉機構帶動縫料運動到收料區域，然后壓框氣缸5驅動花鍵軸3向上運動，壓框釋放縫料，此時縫料在收料機構的作用下被收走。

       ⑷進行下一縫料的縫紉時，重復以上動作。

       5.結束語
       本論文闡述的帶圓弧周邊自動縫紉機，可實現毛巾、洗碗巾、方巾、鼠標墊等矩形縫料的全自動縫紉，也能實現圓形或者圓弧類的包邊縫紉，解決了手工縫紉不可能實現的一致與完美的弧形縫紉，且降低了勞動成本，提高了縫制品質，實現了機械自動化，可為企業和工廠帶了來可觀的經濟效益。