数控技术在皮革裁剪机上的应用

1 问题的提出

　　1.1 数控技术和数控机床概述

　　数控技术是微电子技术，计算机技术，信息技术，监控检测技术与机械加工技术深度结合的机电一体化的高技术。数控技术对传统机械制造业的渗透产生了机电一体化产品：数控机床。

　　1.2 我国皮革裁剪设备的现状

　　在皮革制品的生产过程中，首先要以手工或机器从整张皮革上裁剪出设定形状的制品零部件。根据裁剪原理，裁断机器可分为裁断机和剪切机，实际生产中主要使用裁断机。现有的裁断机结构种类比较多，但工作原理基本相同，即以人工铺送皮革，以机械或液压驱动（多用后者）工作机构冲裁。

　　1.3 将数控技术应用于皮革裁剪

　　计算机技术和数控技术已经在国民生产的各个领域得到了广泛的应用，如果将其应用于裁断机中，能够提高生产效率和产品质量，减少误裁而降低成本，改善工人劳动条件，提高安全系数。

2 裁料机的总体设计要求

　　2.1 裁料方法分析

　　皮革裁断的方法包括冲裁，剪裁和激光裁断等。

　　冲裁是用刀模沿与皮革表面垂直方向，一次冲压切断皮革纤维，使皮革的某一部分沿一定的形状分离出来。冲裁裁出的零件边缘齐整，效率高，但需要的切割力大，刀具结构复杂，适应于大批量生产。剪裁是用剪刀类刀具沿与皮革表面平行方向，分段连续剪断皮革。剪裁省力，材料利用率高，但费工费时，适应于单件或小批量生产。激光裁剪是利用光学聚焦装置，将激光束聚焦成直径很小，能量密度很高的光斑，然后使激光光线和皮革材料间作连续匀速相对移动，即可在皮革材料上形成切缝的裁剪。激光裁剪可控性强，但成本较高，适应于高档皮革的裁断。

　　皮革套裁首先需要排料，由于皮革的形状和皮制品零部件轮廓一般很复杂，这属于不规则平面物体在不规则区域内的排样问题。在裁料时，如采用剪裁和激光裁断，零件轮廓曲线没有现成的函数方程，不易编写数控程序，且在数控设备中如用剪裁则剪刀的运动不利于控制，而激光设备一般价格昂贵，故综合考虑仍然采用冲裁的裁料方法。

　　2.2 刀模和冲头的连接

　　刀模是裁断皮革的主要刀具，由环形刀刃和加强撑板组成。本机器要将刀模安装在冲头上，且冲头冲裁时冲裁力较大，故采用如下设计：将刀模的无刃的上部焊接在一块中心有孔的矩形钢板上，而冲头设计成一螺栓状，其底部车有螺纹，将其穿过矩形钢板上的孔内，并拧紧螺母，就可以将刀模和冲头连接起来。为了方便以后编程，刀模和冲头以固定的位置连接，我们称之为标准位置。工作台上固定有塑料砧板，它能保证表面平整，抗冲击能力强，工作表面耐刀痕又不伤刀模刃口，且不易破裂。

　　2.3 冲头运动规划

　　现有的裁料机是把皮革铺放在砧板上，放好刀模，通过裁料机的压板给刀模一作用力，在该力作用下刀模刃口直切入皮革，将其切断，需要裁不同的零件时，是通过移动皮革，然后把刀模放在需要冲裁的地方，压板下冲，完成此零件的裁断。而我们现在所设计的皮革裁料机是将刀模固定在冲头上，皮革固定在砧板上，工作时冲头下冲，与之相连的刀模就可以裁料皮革，通过冲头的移动和转动来实现在皮革上不同部位的裁料。通过龙门架沿工作台的移动（0 轴）和冲头在龙门上的移动（1 轴），冲头可以移动到工作台上的任何一个位置上，同时，冲头也可以沿其本身的轴（Z轴）转动，这样通过安装不同的刀模，就可以冲裁工作台上与刀模向对应的任何位置和方向的零件。

图1 冲裁零件流程图

　　2.4 皮革裁料的实现

　　根据本机器加工的工艺特点，先对皮革进行排料，考虑在排料后，在对一张皮革材料的冲裁过程中可能需要用到不同的刀模，因此就涉及到换刀的问题。拟定给数控系统三个控制参数，即X轴和Y轴的坐标x，y以及刀模相对与标准位置对于X轴的转角θ，具体的加工方法是根据文献先对一张原材料皮革进行排料，然后根据排料结果，在计算机上算出x，y和θ，并以之为基础编制加工程序。

　　假设对一张皮革原材料进行排料后，上面有, 种不同的零件，对于一种零件需要一个刀模来裁。假设某一种零件有- 个，即与之相对应的刀模要冲裁- 次，那么对于这一张皮革，可根据图1所示流程图来编制加工程序。