龍門滾刀式全自動織物制樣機(jī)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

文/馮燁 聶鑫 謝利國

1 引言

在紡織品有害化學(xué)物質(zhì)含量檢測中，需要將待測樣品裁剪為（5×5）mm的小塊，以利于后續(xù)萃取操作[1]。目前，大部分實(shí)驗(yàn)室在該環(huán)節(jié)采用剪刀等簡單工具由手工完成制備過程，該方式無法保證樣品制備結(jié)果的穩(wěn)定性和一致性[2]；部分實(shí)驗(yàn)室采用的刀模式織物制樣機(jī)提高了該環(huán)節(jié)的效率，但其使用的刀模存在磨損快、易粘連的問題[3]。針對上述現(xiàn)狀本文介紹了一種采用龍門滾刀裁切方式的織物全自動制樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了安全高效、穩(wěn)定可靠的樣品制備。

2 制樣機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

龍門滾刀式全自動織物制樣機(jī)整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，主要由切刀架機(jī)構(gòu)、偏移機(jī)構(gòu)、收集罩、氣源處理器、機(jī)身、觸摸屏、吹塵裝置、切割平板、旋轉(zhuǎn)平臺、雙直線導(dǎo)軌線性模組構(gòu)成。

圖1 制樣機(jī)整體設(shè)計(jì)方案

制樣機(jī)采用PLC（可編程邏輯控制器）自動控制，一鍵啟動傻瓜式操作。檢測人員將待裁切樣品置于切割平板上，在觸摸屏中點(diǎn)擊啟動按鈕，雙直線導(dǎo)軌線性模組帶動切刀架機(jī)構(gòu)向切割平板運(yùn)動，同時(shí)刀架上的氣缸向下推動刀片串聯(lián)機(jī)構(gòu)到裁切位置，刀片滾過待裁切樣品后將樣品裁切為寬度為5mm的長條，切刀架機(jī)構(gòu)運(yùn)行到雙直線導(dǎo)軌線性模組末端位置時(shí)，旋轉(zhuǎn)平臺內(nèi)的氣缸帶動切割平板旋轉(zhuǎn)90°，雙直線導(dǎo)軌線性模組再次帶動切刀架機(jī)構(gòu)返回到初始位置后，刀架上的氣缸向上帶動刀片串聯(lián)機(jī)構(gòu)到初始位置，樣品被裁切為大小5mm×5mm的小塊。

3 制樣機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 切刀架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用進(jìn)口34片圓刀片串聯(lián)形式組合為裁切刀組安裝于刀架機(jī)構(gòu)上，同時(shí)選用可調(diào)式氣缸，配合兩側(cè)線規(guī)導(dǎo)向保證下刀和抬刀的平穩(wěn)性和同步性，經(jīng)過反復(fù)切布試驗(yàn)，不斷調(diào)整設(shè)置參數(shù)，最終達(dá)到了將待裁切樣品裁切成5mm×5mm的小塊，外觀尺寸大小一致，同時(shí)保證了切割后小塊不粘連。圖2為制樣機(jī)切刀架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖2 制樣機(jī)切刀架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2 旋轉(zhuǎn)平臺設(shè)計(jì)

研制初期旋轉(zhuǎn)平臺驅(qū)動和定位方式采用旋轉(zhuǎn)氣缸加鎖定氣缸組合的形式，試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)不能滿足設(shè)計(jì)需要，隨即改為帶齒輪齒條的擺動氣缸，試驗(yàn)結(jié)果表明該方式可以保證旋轉(zhuǎn)90°后平臺不會出現(xiàn)微小松動，同時(shí)增設(shè)平面軸承提高旋轉(zhuǎn)平臺抗壓性和平穩(wěn)性。平臺上的切割平板采用進(jìn)口PEEK（聚醚醚酮塑料）防靜電板，在減少刀片損傷的同時(shí)，已能延長自身使用壽命。圖3為制樣機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺設(shè)計(jì)。

圖3 制樣機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺設(shè)計(jì)

3.3 偏移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

偏移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是為了使?jié)L刀片和切割平板的使用壽命達(dá)到最優(yōu)化。制樣機(jī)每運(yùn)行一次，刀片機(jī)構(gòu)就會按觸摸屏上設(shè)定好的偏移值進(jìn)行循環(huán)偏移。采用一體式T型絲桿步進(jìn)電機(jī)，配合兩副高精度直線導(dǎo)軌驅(qū)動刀片組運(yùn)動，保證了水平偏移的可靠性和平穩(wěn)性，大大提高了滾刀片和切割平板的使用壽命。圖4為制樣機(jī)偏移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖4 制樣機(jī)偏移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

進(jìn)過一系列的優(yōu)化改進(jìn)，最終形成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙、電氣接線圖紙、PLC及HMI程序等設(shè)計(jì)輸出資料，樣機(jī)經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)置參數(shù)，初步確定樣機(jī)技術(shù)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)輸入要求。圖5為制樣機(jī)物理樣機(jī)。

圖5 制樣機(jī)物理樣機(jī)

4 制樣機(jī)功能驗(yàn)證試驗(yàn)

樣機(jī)生產(chǎn)完成后，本文開展了功能驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：龍門滾刀式制樣機(jī)直接采用圓形刀片裁切待測樣品，避免了刀模中彈性材料老化帶來的切割不透、靜電粘連現(xiàn)象，采用圓形滾刀15秒完成樣品裁切，比刀模裁切樣品26秒效率提高40%，比手工制樣60秒效率提高3倍。圖6為刀模和滾刀裁切結(jié)果對比。

圖6 刀模和滾刀裁切結(jié)果對比

5 結(jié)語

本文介紹的龍門滾刀式全自動織物制樣機(jī)采用扁平化設(shè)計(jì)有效降低了整機(jī)高度；配置的負(fù)離子吹風(fēng)收集裝置在去除刀片靜電的同時(shí)，收集制樣后殘?jiān)?，避免二次制樣污染?/p>

全自動織物制樣機(jī)解決了長期困擾樣品制備環(huán)節(jié)勞動強(qiáng)度大，制備結(jié)果一致性差的問題，提高了該環(huán)節(jié)的儀器化水平，確保了檢測數(shù)據(jù)的可靠性。