CN113829000A - 一种裁剪刀具的整形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种裁剪刀具的整形方法及装置，属于裁剪刀具智能数控加工的技术领域，本发明首先建立刀具的三维模型，根据刀具材料、利用仿真技术分析刀具不同位置塑性变形量与受力的关系，然后设计刀具自动整形装置，自动完成刀具的变形量检测及整形任务，实现了裁剪刀具整形过程的智能自动控制，有效提高了裁剪刀具整形的生产效率及生产精度，节约人力。

Description

一种裁剪刀具的整形方法及装置

技术领域

本发明属于裁剪刀具智能数控加工的技术领域，具体公开了一种裁剪刀具的整形方法及装置。

背景技术

裁剪刀具属于服装加工领域的消耗品，主要用于布料的裁剪加工。某缝纫机厂一特定裁剪刀具在完成加工后，在出厂前还有最后一步工艺：刀具整形。如图1，刀具整形即保证刀具两个宽面和一个窄面的平面度。而由于刀具在加工制造过程中由于经历热处理、磨削等流程，导致了大部分刀具不满足平整度要求，因此裁剪刀具出厂前都需进行平整度检测以及整形。传统的工艺依靠肉眼观测不平的地方然后加以修正，这样的方法不但耗费人力成本，耗费时间，而且也难以保证足够的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种裁剪刀具的整形方法及装置，提高裁剪刀具整形的自动化程度、生产效率及生产精度，节约人力。

为实现上述目的，本发明提供一种裁剪刀具的整形方法，在有限元软件中将标准刀具分成n个矩形块，从刀柄到刀尖或刀尖到刀柄依次设置为1、2、3……n，分别对n个矩形块的宽面和窄面进行仿真，由1到n依次进行，第1个矩形块的宽面上施加从小到大的若干组力，观察每组力所对应矩形块宽面产生塑性变形的大小，绘制出一条力与塑性变形关系的曲线，重复n次，得到标准刀具宽面上力与塑性变形关系的曲线组；

第1个矩形块的窄面上施加从小到大的若干组力，观察每组力所对应矩形块窄面产生塑性变形的大小，绘制出一条力与塑性变形关系的曲线，重复n次，得到标准刀具窄面上力与塑性变形关系的曲线组；

对两组曲线组中的每条曲线进行拟合，得到曲线公式，根据凸起在待处理刀具上的位置，确定凸起对应的矩形块，得到对应的曲线公式，根据待处理刀具上凸起的塑性变形的大小，通过曲线公式得到整平应施加的力，对凸起施力整平。

进一步地，有限元软件为abaqus。

本发明还提供一种裁剪刀具的整形装置，包括控制系统、用于固定待处理刀具的刀尖和刀柄的两组机械手、与机械手连接的旋转机构、安装机械手和旋转机构的可移动工作台以及垂直于待处理刀具的激光位移传感器和施力整平机构；控制系统中预先设置有上述裁剪刀具的整形方法中的曲线公式，控制系统控制载有待处理刀具的可移动工作台沿着待处理刀具所在方向作往复直线平移，通过激光位移传感器检测待处理刀具上凸起的塑性变形的大小，通过激光位移传感器检测到凸起时可移动工作台的位移确定凸起在待处理刀具上的位置，控制施力整平机构对凸起施力直至凸起整平。

进一步地，机械手包括夹持手指和夹持气缸；旋转机构包括旋转气缸；可移动工作台包括直线滑台和安装板；施力整平机构包括伺服电机以及与伺服电机连接的伺服电缸；安装板包括相对设置的两块侧板以及连接两块侧板的底板，底板与直线滑台的滑动部连接；旋转气缸安装在侧板上；夹持气缸安装在旋转气缸的旋转接口上；夹持手指安装在夹持气缸的夹持接口上。

进一步地，伺服电缸的活塞杆上设置有力传感器，力传感器与控制系统连接。

进一步地，上述裁剪刀具的整形装置，还包括气源和气源过滤器，气源过滤器设置在气源与气缸的管路上。

进一步地，控制系统通过电磁阀控制夹持气缸、旋转气缸、伺服电机和伺服电缸。

进一步地，上述裁剪刀具的整形装置，还包括工作桌；直线滑台安装在工作桌上；激光位移传感器通过传感器安装架安装在工作桌上；伺服电机和伺服电缸通过电机电缸安装架安装在工作桌上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明首先建立刀具的三维模型，根据刀具材料、利用仿真技术分析刀具不同位置塑性变形量与受力的关系，然后设计刀具自动整形装置，自动完成刀具的变形量检测及整形任务，实现了裁剪刀具整形过程的智能自动控制，有效提高了裁剪刀具整形的生产效率及生产精度，节约人力。

附图说明

图1为裁剪刀具的示意图；

图2为裁剪刀具的整形装置的示意图；

图3为图2另一方向的示意图；

图4为实施例2中裁剪刀具宽面1的力与塑性变形关系曲线；

图5为实施例2中裁剪刀具窄面1的力与塑性变形关系曲线；

图6为实施例2中裁剪刀具宽面3的力与塑性变形关系曲线；

图7为实施例2中裁剪刀具窄面3的力与塑性变形关系曲线；

图8为实施例2中裁剪刀具窄面位置—力—塑性变形的三维曲面关系图。

图中：宽面101；窄面102；

激光位移传感器1；夹持手指2；夹持气缸3；旋转气缸4；直线滑台5；安装板6；伺服电机7；伺服电缸8；力传感器9；气源过滤器10；电磁阀11；工作桌12。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种裁剪刀具的整形方法，在有限元软件中将标准刀具分成n个矩形块，从刀柄到刀尖或刀尖到刀柄依次设置为1、2、3……n，分别对n个矩形块的宽面和窄面进行仿真，由1到n依次进行，第1个矩形块的宽面上施加从小到大的若干组力，观察每组力所对应矩形块宽面产生塑性变形的大小，绘制出一条力与塑性变形关系的曲线，重复n次，得到标准刀具宽面上力与塑性变形关系的曲线组；

第1个矩形块的窄面上施加从小到大的若干组力，观察每组力所对应矩形块窄面产生塑性变形的大小，绘制出一条力与塑性变形关系的曲线，重复n次，得到标准刀具窄面上力与塑性变形关系的曲线组；

对两组曲线组中的每条曲线进行拟合，得到曲线公式，根据凸起在待处理刀具上的位置，确定凸起对应的矩形块，得到对应的曲线公式，根据待处理刀具上凸起的塑性变形的大小，通过曲线公式得到整平应施加的力，对凸起施力整平。

进一步地，有限元软件为abaqus。

本实施例中，标准刀具为符合平面度要求的裁剪刀具，待处理刀具为未经平面度检测和整平的裁剪刀具，二者的规格和材料相同。

实施例2

裁剪刀具长为193mm，宽为8mm，厚为2.5mm，采用M2高速钢材料制成。在有限元软件abaqus中将标准刀具宽面及窄面都分为21块矩形块，从刀柄到刀尖的矩形依次简称为1，2，3……21。先将受力区域设定为1，然后改变力的大小，得到名为1的曲线，在宽面就命名为宽面1，在窄面就命名为窄面1；然后将受力区域设为3，得到名为3的曲线；重复同样的操作，即可得到在刀具需要整形的两个面上具体某一处的力与塑性变形关系的曲线。

本实施例中使用Abaqus仿真的具体方法为：

1将工件导入；

2导入材料属性；

3装配；

4确定分析步（第一步：固定力下压；第二步：撤去压力）；

5选择约束（刀具两头固定）；

6生成网格；

7施加载荷；

8提交计算机运算；

9后处理查看结果。

在步骤7中，载荷力施加部位确定，改变载荷力的大小，通过n组仿真，可以得到n组在该处力的大小与刀具该处产生塑性变形的数据，将这些数据通过Origin整理，可以拟合出一条在该处施加力与刀具塑性变形的曲线。然后，只需改变施加载荷的部位，进行同样的操作，便可得到在改变部位力与塑性变形关系的曲线。理论上来讲，选取施加载荷的部位越密集，且同一载荷处改变施加力大小的间距越密集，那么拟合得到的结果就越精确。

如：当选取载荷施加位置为刀具中心部位时，共进行21组仿真。载荷施加在刀具中心5mm×2.5mm的矩形区域；施加的压力：50N~200N。得到散点图，拟合得到曲线。

然后每间隔5mm（仿真中刀具有效长度约为10cm）选取一个载荷施加部位，进行上面相同的操作，即可得到21组曲线。将这些数据放在三维坐标系内，以刀具上选取的加载矩形块与基准位置之间的距离（以图1最左边矩形为基准，加载矩形块的中心与最左边矩形中心的距离）作为x轴，施加力的大小作为y轴，塑性变形的大小作为z轴，即可得到刀具在不同部位施加力与刀具塑性变形的关系，如图8为窄面位置—力—塑性变形的三维曲面关系图，因刀具的塑性变形一般发生在距基准位置20—70mm处，塑性变形在12丝以内，故做如图8所示的封闭曲面，目的是：已知刀具与基准位置的距离和塑性变形的大小，唯一确定得到一个应施加力的值。

实施例3

本实施例提供一种裁剪刀具的整形装置，包括控制系统、用于固定待处理刀具的刀尖和刀柄的两组机械手、与机械手连接的旋转机构、安装机械手和旋转机构的可移动工作台以及垂直于待处理刀具的激光位移传感器1和施力整平机构；控制系统中预先设置有实施例1所述裁剪刀具的整形方法中的曲线公式，控制系统控制载有待处理刀具的可移动工作台沿着待处理刀具所在方向作往复直线平移，通过激光位移传感器1检测待处理刀具上凸起的塑性变形的大小，通过激光位移传感器1检测到凸起时可移动工作台的位移确定凸起在待处理刀具上的位置，控制施力整平机构对凸起施力直至凸起整平。

进一步地，机械手包括夹持手指2和夹持气缸3；旋转机构包括旋转气缸4；可移动工作台包括直线滑台5和安装板6；施力整平机构包括伺服电机7以及与伺服电机7连接的伺服电缸8；安装板6包括相对设置的两块侧板以及连接两块侧板的底板，底板与直线滑台5的滑动部连接；旋转气缸4安装在侧板上；夹持气缸3通过法兰盘安装在旋转气缸4的旋转接口上；夹持手指2安装在夹持气缸3的夹持接口上。

进一步地，伺服电缸8的活塞杆上设置有力传感器9，力传感器9与控制系统连接。

进一步地，上述裁剪刀具的整形装置，还包括气源和气源过滤器10，气源过滤器10设置在气源与气缸的管路上，用于对进入气缸的气体进行过滤。

进一步地，控制系统通过电磁阀11控制夹持气缸3、旋转气缸4、伺服电机7和伺服电缸8。

进一步地，上述裁剪刀具的整形装置，还包括工作桌12；直线滑台5安装在工作桌12上；激光位移传感器1通过传感器安装架安装在工作桌12上；伺服电机7和伺服电缸8通过电机电缸安装架安装在工作桌12上。

实施例3

采用实施例2所述裁剪刀具的整形装置对待处理刀具进行整形的过程包括调整装置、固定刀具、检测、矫正、再检测。

调整装置：将装置打开至工作状态，夹持手指2由夹持气缸3控制，有打开和夹紧两种工作状态。首先将夹持手指2的夹持面调整为竖直状态。

固定刀具：将待处理刀具的刀刃向下，刀尖和刀柄放置在夹持手指2中间，为了保证所有的待处理刀具初始位置相同，刀柄的一段需在夹持手指2上找一参照线对齐（也可在夹持手指2的边缘制作一挡板）。按动夹持气缸3的按键使夹持手指2夹紧待处理刀具。

检测：待处理刀具固定好以后，启动可移动工作台，使其带动机械手夹持待处理刀具由刀柄方向朝刀尖方向运动或由刀尖方向朝刀柄方向运动，在运动过程中，激光位移传感器1检测待处理刀具上凸起的塑性变形的大小（凹下的部位不检测，待处理刀具翻转180°时再进行检测），将检测的数据传给控制系统，同时控制系统记录此时可移动工作台的位置。检测完成后，可移动工作台回到初始位置，为一下步矫正做准备。

矫正：控制系统控制可移动工作台再次依照检测步骤的方向移动，并且在伺服电缸8对准上一步检测到凸起时停止，此时，控制系统控制伺服电缸8向施加一个精准的力在凸起上完成矫正（此力由激光位移传感器1检测到的数据对应得到）。完成矫正后，可移动工作台再回到初始的位置。若激光位移传感器1和施力整平机构之间存在水平距离，上一步检测时得到的可移动工作台移动的距离应当与激光位移传感器1和施力整平机构之间的水平距离做和或差，得到矫正时可移动工作台应当移动的距离。

再检测：为保证矫正的精度，再次重复上述检测步骤，以保证刀具出厂时的平整度达到较高的水平。

上述过程只对待处理刀具一个宽面的平整度进行了矫正。检测完成后将待处理刀具旋转90°，窄面（即刀背）面朝检激光位移传感器1和施力整平机构，重复上述过程，即可完成窄面的矫正；将刀具再次旋转90°，将未检测的宽面朝检激光位移传感器1和施力整平机构，第三次重复上述过程，即可完成刀具两个宽面，一个窄面的检测及矫正，使刀具出厂时，表面的平整度控制在很高的精度内。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种裁剪刀具的整形方法，其特征在于，在有限元软件中将标准刀具分成n个矩形块，从刀柄到刀尖或刀尖到刀柄依次设置为1、2、3……n，分别对n个矩形块的宽面和窄面进行仿真，由1到n依次进行，第1个矩形块的宽面上施加从小到大的若干组力，观察每组力所对应矩形块宽面产生塑性变形的大小，绘制出一条力与塑性变形关系的曲线，重复n次，得到标准刀具宽面上力与塑性变形关系的曲线组；

第1个矩形块的窄面上施加从小到大的若干组力，观察每组力所对应矩形块窄面产生塑性变形的大小，绘制出一条力与塑性变形关系的曲线，重复n次，得到标准刀具窄面上力与塑性变形关系的曲线组；

对两组曲线组中的每条曲线进行拟合，得到曲线公式，根据凸起在待处理刀具上的位置，确定凸起对应的矩形块，得到对应的曲线公式，根据待处理刀具上凸起的塑性变形的大小，通过曲线公式得到整平应施加的力，对凸起施力整平。

2.根据权利要求1所述的裁剪刀具的整形方法，其特征在于，有限元软件为abaqus。

3.一种裁剪刀具的整形装置，其特征在于，包括控制系统、用于固定待处理刀具的刀尖和刀柄的两组机械手、与机械手连接的旋转机构、安装机械手和旋转机构的可移动工作台以及垂直于待处理刀具的激光位移传感器和施力整平机构；

控制系统中预先设置有权利要求1所述裁剪刀具的整形方法中的曲线公式，控制系统控制载有待处理刀具的可移动工作台沿着待处理刀具所在方向作往复直线平移，通过激光位移传感器检测待处理刀具上凸起的塑性变形的大小，通过激光位移传感器检测到凸起时可移动工作台的位移确定凸起在待处理刀具上的位置，控制施力整平机构对凸起施力直至凸起整平。

4.根据权利要求3所述的裁剪刀具的整形装置，其特征在于，机械手包括夹持手指和夹持气缸；

旋转机构包括旋转气缸；

可移动工作台包括直线滑台和安装板；

施力整平机构包括伺服电机以及与伺服电机连接的伺服电缸；

安装板包括相对设置的两块侧板以及连接两块侧板的底板，底板与直线滑台的滑动部连接；

旋转气缸安装在侧板上；

夹持气缸安装在旋转气缸的旋转接口上；

夹持手指安装在夹持气缸的夹持接口上。

5.根据权利要求4所述的裁剪刀具的整形装置，其特征在于，伺服电缸的活塞杆上设置有力传感器，力传感器与控制系统连接。

6.根据权利要求5所述的裁剪刀具的整形装置，其特征在于，还包括气源和气源过滤器，气源过滤器设置在气源与气缸的管路上。

7.根据权利要求6所述的裁剪刀具的整形装置，其特征在于，控制系统通过电磁阀控制夹持气缸、旋转气缸、伺服电机和伺服电缸。

8.根据权利要求7所述的裁剪刀具的整形装置，其特征在于，还包括工作桌；

直线滑台安装在工作桌上；

激光位移传感器通过传感器安装架安装在工作桌上；

伺服电机和伺服电缸通过电机电缸安装架安装在工作桌上。

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