一种裁断机自动上料装置及其控制方法与流程

本发明涉及裁断机械技术领域，特别涉及一种制鞋、皮具加工等行业进行材料裁切加工用裁断机的自动上料装置。

背景技术：

随着生活水平的提高，人们对鞋子、皮具等产品的式样及材质的要求越来越多样化，这就意味着需要裁断的相关材料种类也越来越繁多，进而需要不断提升裁断机的自动化水平，以节约人工及材料成本，提高加工效率。

制鞋、制包等一般是通过不同形状的裁片拼缝而成，不同形状的裁片是依靠成型刀模在裁断机下裁切面料得到的，需要裁断的面料可以是皮革、布、塑料、塑纸等材质。裁断机是一种常见的用于面料裁断加工的设备，工作时，依靠动力驱动安装在裁断机上的移动刀模基座在导轨上运动，运动到设定位置后，安装在刀模基座上的刀模下压裁断面料，从面料上裁断出与刀模形状一致的裁片，从而完成下料工作。目前所裁断的材料一般有两种包装形式，一种是卷料，一种是包料。对于卷料，可以直接把卷料安装到裁断机后面输料平台的材料轴上，输料机构可以带动材料轴转动连续送料裁断，效率较高。而对于包料，工序相对复杂很多，包料是指面料一层一层堆叠在一起，同时，有些面料比较薄，需要若干张叠在一起进行裁断以提高效率，问题是目前还没有一种装置可以自动分拣准备包料以实现自动为裁断机送料，目前的做法是，裁断机工作时，安排工人在裁断机后面的输料平台旁备料，即手工从整包包料中取出一定数量的面料叠整齐，当裁断机裁断完一批后，再把准备好的预裁断面料安置在输料平台上，再启动裁断。同时，目前需要裁断的材料中有很多比较薄的材料，材料堆叠在一起，人工分拣也不容易。这种人工备料的工作方式每次裁断完毕需要停机，不能连续裁断，效率低，人工费高，所以为了提高效率，需要解决包料不能自动上料的难题。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种裁断机自动上料装置及其控制方法，解决包料不能自动上料难题，发明思路是：在裁断机后面输料台旁增加设计包料的自动上料装置，以代替人工实现自动上料，该装置设计主要是利用空气负压吸盘吸住面料进行分拣，利用机械输送装置把吸取叠放好的面料送至裁断机输料平台，从而完成包料的自动上料。上料机构还包括有控制器，控制器可以设置自动吸取面料的工作速度、吸取次数以及机械输送装置的输料距离，以实现和裁断工作的同步。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种裁断机自动上料装置，包括升料机构1、吸料移料机构2、驱动控制器3、备料台4；吸料移料机构2跨于升料机构1、备料台4、裁断机输料平台6上方；驱动控制器3与升料机构1、吸料移料机构2电性连接，驱动控制器3按设定时序和工作参数驱动升料机构1和吸料移料机构2动作，升料机构1沿垂直方向将物料向上推升，吸料移料机构2把升料机构1推升上来的物料片材按设定次数吸取并移送到备料台4上叠放，裁断机7上物料裁断完毕后，吸料移料机构2将叠放在备料台4上的物料铲送到裁断机输料平台6上。

进一步地，所述升料机构1包括升料电机101、升料变速转向器102、丝杆103、丝杠连接座104、物料托架105、升料齿轮107、链条108、装置框架110；所述丝杆、丝杠连接座、升料齿轮分别为两个，对称设置于升料框架110两侧；升料电机101与升料变速转向器102、丝杆103、丝杠连接座104、升料齿轮107、链条108机械传动性连接，带动丝杆旋转；丝杠连接座104与物料托架105机械刚性连接，丝杆103旋转带动丝杠连接座104及物料托架105上下运动。

进一步地，所述升料机构1还包括升料滑轨109和托架滑套111，升料滑轨为四条，沿装置框架110四角垂直设置，托架滑套为四个，托架滑套111与物料托架105四角刚性固定，托架滑套111与升料滑轨109滑动连接。

进一步地，所述升料机构1还包括涨紧轮106，涨紧轮为两个，对称设置于装置框架110上方金属梁上，涨紧轮106和升料齿轮107设置于链条108圆环内部，涨紧轮106保持链条108处于涨紧状态。

进一步地，所述吸料移料机构2包括固定框架201、水平移动框架202、垂直移动框架203、移料电机204、移料变速转向器205、传动轮206、同步带207、铲料下移气缸208、移料铲子209、分离吹气嘴210、限位传感器211、分离吸盘212、移料吸盘213、吸料下移气缸214、移料滑轨215、分离吸盘气缸217；所述固定框架201与装置框架110机械刚性连接，移料滑轨215为两条，分别刚性设置在固定框架201两侧金属梁上，移料电机204和移料变速转向器205刚性固定在固定框架201上，分离吹气嘴210固定在固定框架201上；所述水平移动框架202通过移料滑轨215与固定框架201滑动连接，铲料下移气缸208为两个，分别设置在平移动框架202前端，铲料下移气缸208的活塞杆端部刚性连接移料铲子209，分离吸盘气缸217刚性固定在固定框架201上，分离吸盘212固定在分离吸盘气缸217的活塞杆端部，同步带207与平移框架金属梁三2023刚性连接，通过平移框架金属梁三2023带动水平移动框架202水平移动；所述垂直移动框架203通过气缸活塞杆与水平移动框架202连接，限位传感器211以及移料吸盘213刚性固定于垂直移动框架203朝下一面上，吸料下移气缸214的缸体刚性固定于水平移动框架202上，吸料下移气缸214的活塞杆端部刚性连接于垂直移动框架203上表面，垂直移动框架203及其上刚性连接的部件整体随吸料下移气缸214的活塞杆伸缩上下移动。

进一步地，所述固定框架201包括刚性连接的固定框架金属梁一2011、固定框架金属梁二2012、固定框架金属梁三2013、移料滑轨215为两条，分别刚性设置在固定框架金属梁一2011和固定框架金属梁三2013上；所述水平移动框架202包括刚性连接的平移框架金属梁一2021、平移框架金属梁二2022、平移框架金属梁三2023、平移框架金属梁四2024、平移框架金属梁五2025、平移框架金属梁六2026；所述垂直移动框架203包括刚性连接的垂移框架金属梁一2031、垂移框架金属梁二2032。

进一步地，所述吸料移料机构2还包括线路气路拖链216，电线路和气管通过线路气路拖链216与电机、气缸及吸盘连接，线路气路拖链216固定端固定于固定框架201上的一根金属梁上，其移动端固定于水平移动框架202上，随水平移动框架202水平移动折回或平铺。

进一步地，所述的备料台4设置于装置框架110和裁断机输料平台6之间，其台面上设置有铲料槽5，铲料槽为低于台面的凹槽，两条铲料槽的位置与水平移动框架202上的两个移料铲子209相对应，铲料槽5的最低点高于裁断机输料平台6台面高度。

一种裁断机自动上料装置的控制方法，包括：

设置工作参数方法：工作参数包括吸料次数、铲送料到达的位置坐标，在驱动控制器3上进行设置和输入；吸料次数是指水平移动框架202移动到升料机构1上方，垂直移动框架203上的吸盘吸取升料机构1推升上来的物料片材并移送到备料台4往复进行的次数，该次数根据裁断机7一次裁断物料所需时间进行计算，即裁断时间除以一次吸取移送所需时间，同时吸料次数要小于或等于裁断机最大裁断物料片材张数，确保裁断机裁断完成能够连续供料；铲送料到达的位置坐标是指水平移动框架202把备料台4上的物料片材铲送到裁断机输料平台6的具体位置坐标值；

装料及升料过程方法：通过驱动控制器3驱动升料电机1运转，将升料机构1的物料托架105驱动下降到底部，将整包的物料片材的外包装拆除，整齐堆放在物料托架105上，驱动控制器3发出升料指令，物料托架105托送物料片材上升，当物料片材的上表面接触到限位传感器211时，限位传感器211向驱动控制器3发出到位信号，驱动控制器3向升料机构1发出停机指令，升料电机101停止运转；在多次吸取移送物料片材完成后，物料片材高度会下降，无法再接触到限位传感器211，限位传感器211向驱动控制器3发出信号，驱动控制器3再次向升料机构1发出升料指令，升料电机101运转，带动物料托架105托送物料片材再次升料到位；

吸料及移料过程方法：升料到位后，驱动控制器3向水平移动框架202的移料电机204发送驱动指令，驱动水平移动框架202移动到升料机构1正上方，到位后，驱动控制器3向分离吸盘气缸217和吸料下移气缸214发送驱动指令，分离吸盘气缸217的活塞杆伸出，带动与其连接的分离吸盘212下移，同时下移气缸214的活塞杆伸出，带动垂直移动框架203向下移动，垂直移动框架203上的限位传感器211接触到物料片材的上表面时，向驱动控制器3发出到位信号，驱动控制器3向分离吸盘气缸217和吸料下移气缸214发送驱动指令，停止下移动作，驱动控制器3向分离吸盘212和移料吸盘213发出指令，使分离吸盘212和移料吸盘213对物料片材接触表面产生负压吸力，驱动控制器3向分离吸盘气缸217发送驱动指令，收缩活塞杆，带动分离吸盘212上移，将物料片材一侧首先提起，驱动控制器3向分离吹气嘴210发送吹气指令，分离吹气嘴210向被提起一侧的片材与物料堆之间吹气，使提起的物料片材与物料堆彻底分离，然后驱动控制器3向吸料下移气缸214发送驱动指令，收缩吸料下移气缸214的活塞杆，带动垂直移动框架203向上移动，同时分离吸盘212和移料吸盘213把一片物料片材从物料片材堆上分离吸起来，驱动控制器3向水平移动框架202的移料电机204发送驱动指令，驱动水平移动框架202移动到备料台4正上方，驱动控制器3向垂直移动框架203发送指令，使其下移，到位后向分离吸盘212和移料吸盘213发出指令，使分离吸盘212和移料吸盘213对物料片材接触表面的负压吸力取消，物料片材落至备料台4的台面上，驱动控制器3根据预先设定的吸料次数反复吸料移料到备料台4，直至备料完成；

铲料过程方法：裁断机7裁断完成后向驱动控制器3发送裁断完成指令，驱动控制器3向水平移动框架202上的铲料下移气缸208发送指令，铲料下移气缸208的活塞杆伸出带动移料铲子209下移，驱动控制器3向水平移动框架202上的移料电机204发送指令，驱动水平移动框架202向备料台4移动，移料铲子209对应插入备料台4上的铲料槽5，驱动水平移动框架202继续向裁断机输料平台6移动，驱动控制器3根据预先设定的铲送料到达位置坐标驱动驱动水平移动框架202把备料台4的物料片材铲送到裁断机输料平台6相应位置上，为裁断机7提供连续供料；

驱动控制器3是包含了所述设置工作参数方法、升料过程方法、吸料及移料过程方法、铲送料过程方法的软件及硬件综合控制器，所述升料过程方法、吸料及移料过程方法、铲送料过程方法在驱动控制器3的控制下按时序自动反复进行，直至停机。

综上所述，本发明的有益效果在于：通过为裁断机增加设计自动上料装置，解决了整包片材无法自动连续裁断的难题，自动上料装置代替人工上料，大大节约了人工成本，同时，提高裁断效率40％以上。

附图说明

图1为自动上料裁断机总体示意图；

图2为自动上料装置总体示意图；

图3为自动上料装置的升料机构示意图；

图4为自动上料装置的吸料移料机构示意图；

图5为吸料移料机构第二种设计示意图。

其中：

1-升料机构；2-吸料移料机构；3-驱动控制器；4-备料台；5-铲料槽；

6-裁断机输料平台；7-裁断机；

101-升料电机；102-升料变速转向器；103-丝杠；104-丝杠连接座；

105-物料托架；106-涨紧轮；107-升料齿轮；108-链条；109-升料滑轨；

110-装置框架；111-升料滑套；

201-固定框架；202-水平移动框架；203-垂直移动框架；204-移料电机；

205-移料变速转向器；206-传动轮；207-同步带；208-铲料下移气缸；

209-移料铲子；210-分离吹气嘴；211-限位传感器；212-分离吸盘；

213-移料吸盘；214-吸料下移气缸；215-移料滑轨；216-线路气路拖链；

217-分离吸盘气缸；

2011-固定框架金属梁一；2012-固定框架金属梁二；2013-固定框架金属梁三；

2021-平移框架金属梁一；2022-平移框架金属梁二；2023-平移框架金属梁三；

2024-平移框架金属梁四；2025-平移框架金属梁五；2026-平移框架金属梁六；

2031-垂移框架金属梁一；2032-垂移框架金属梁二；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

为了能够更清楚地描述本发明的工作原理，以下对自动上料裁断机的总体结构进行说明，如图1自动上料裁断机总体示意图所示，其中：升料机构1、吸料移料机构2、驱动控制器3、备料台4构成本发明机械及控制主体，裁断机7、裁断机输料平台6为现有设备，对于卷料，可以直接安装在裁断机输料平台6后方的输料轴上，由裁断机输料平台6为裁断机7连续供料进行连续裁断。自动上料装置用于实现包料的自动上料，自动上料装置可设置在裁断机输料平台6的左侧、右侧或后侧，本实施例中设置在左侧。驱动控制器3与升料机构1、吸料移料机构2、裁断机7之间电性连接，控制其进行相应动作并协调工作时序，吸料移料机构2的固定框架201与升料机构1刚性固定并跨于裁断机输料平台6上方，备料台4设置于升料机构1和裁断机输料平台6之间，其台面上设置有两条铲料槽5，铲料槽为低于台面的凹槽，两条铲料槽的位置与水平移动框架202上的两个移料铲子209相对应，铲料槽5的最低点高于裁断机输料平台6台面高度。工作原理是，驱动控制器控制吸料移料机构多次把位于升料机构里的物料片材吸取并移送到备料台上叠放，当裁断机裁断完毕后，吸料移料机构把备料台上准备好的物料铲送到裁断机输料平台上供裁断机连续裁断。

以下说明自动上料装置总体结构，如图2自动上料装置总体示意图所示，为了更清楚地观察，图中裁断机和裁断机输料平台未示出，其中：升料电机101安装在升料机构1的一侧底部，吸料移料机构2的固定框架201与升料机构1的装置框架110上端刚性固定，吸料移料机构2通过移料导轨215与固定框架201滑动连接。料及移料机构2还包括线路气路拖链216，电线路和气管通过线路气路拖链216与电机、气缸及吸盘连接，线路气路拖链216固定端固定于固定框架201上的一根金属梁上，其移动端固定于水平移动框架202上，随水平移动框架202水平移动折回或平铺。同步带207带动吸料移料机构2横向移动。

以下说明升料机构的结构，如图3自动上料装置的升料机构示意图所示，为了看清升料机构1的内部部件，其升料电机101固定侧的侧板未示出，升料机构1包括升料电机101、升料变速转向器102、丝杆103、丝杠连接座104、物料托架105、升料齿轮107、链条108、装置框架110；丝杆、丝杠连接座、升料齿轮分别为两个，对称设置于升料框架110两侧；升料电机101与升料变速转向器102、丝杆103、丝杠连接座104、升料齿轮107、链条108机械传动性连接，带动丝杆旋转；丝杠连接座104与物料托架105机械刚性连接，丝杆103旋转带动丝杠连接座104及物料托架105上下运动。升料机构1还包括升料滑轨109和托架滑套111，升料滑轨为四条，沿装置框架110四角垂直设置，托架滑套为四个，托架滑套111与物料托架105四角刚性固定，托架滑套111与升料滑轨109滑动连接。升料机构1还包括涨紧轮106，涨紧轮为两个，对称设置于装置框架110上方金属梁上，涨紧轮106和升料齿轮107设置于链条108圆环内部，涨紧轮106保持链条108处于涨紧状态。升料电机101的转动通过升料变速转向器102变速并改变转向，带动丝杆103转动，套在丝杆103上的丝杠连接座104随丝杆103的转动上下移动，进而带动与其刚性连接的物料托架105上下移动，物料托架105与装置框架110通过升料滑轨109和升料滑套111滑动连接，确保物料托架105在升料机构1内上下平稳移动。

以下说明吸料移料机构的结构，如图4自动上料装置的吸料移料机构示意图所示，吸料移料机构2固定框架201、水平移动框架202、垂直移动框架203、移料电机204、移料变速转向器205、传动轮206、同步带207、铲料下移气缸208、移料铲子209、分离吹气嘴210、限位传感器211、分离吸盘212、移料吸盘213、吸料下移气缸214、移料滑轨215、分离吸盘气缸217；所述固定框架201与装置框架110机械刚性连接，移料滑轨215为两条，分别刚性设置在固定框架201两侧金属梁上，移料电机204和移料变速转向器205刚性固定在固定框架201上，分离吹气嘴210固定在固定框架201上；水平移动框架202通过移料滑轨215与固定框架201滑动连接，铲料下移气缸208为两个，分别设置在平移动框架202前端，铲料下移气缸208的活塞杆端部刚性连接移料铲子209，分离吸盘气缸217刚性固定在固定框架201上，分离吸盘212固定在分离吸盘气缸217的活塞杆端部，同步带207与平移框架金属梁三2023刚性连接，通过平移框架金属梁三2023带动水平移动框架202水平移动；垂直移动框架203通过气缸活塞杆与水平移动框架202连接，限位传感器211以及移料吸盘213刚性固定于垂直移动框架203朝下一面上，吸料下移气缸214的缸体刚性固定于水平移动框架202上，吸料下移气缸214的活塞杆端部刚性连接于垂直移动框架203上表面，垂直移动框架203及其上刚性连接的部件整体随吸料下移气缸214的活塞杆伸缩上下移动。固定框架201包括刚性连接的固定框架金属梁一2011、固定框架金属梁二2012、固定框架金属梁三2013、移料滑轨215为两条，分别刚性设置在固定框架金属梁一2011和固定框架金属梁三2013上；水平移动框架202包括刚性连接的平移框架金属梁一2021、平移框架金属梁二2022、平移框架金属梁三2023、平移框架金属梁四2024、平移框架金属梁五2025、平移框架金属梁六2026，其中，平移框架金属梁一2021、平移框架金属梁二2022分别为两根，对称垂直设置在水平移动框架202的两侧，为了图示简洁，图中未予标出；垂直移动框架203包括刚性连接的垂移框架金属梁一2031、垂移框架金属梁二2032。

如图5吸料移料机构第二种设计示意图所示，是吸料移料机构的不同设计方案，该设计中，垂直移动框架203由原来的两根金属梁改为一根金属梁，下移吸料气缸214由原来的四个改为两个，移料吸盘由原来的四个改为三个，等距离固定在与下移吸料气缸214的活塞杆端固定的金属梁上，这样设计的好处在于在实现设计功能的前提下，可以节省部件和材料，提高可靠性。

在已说明自动上料装置结构的基础上，对照图1、图2、图3、图4，结合一次完整的自动上料操作及控制过程进行说明。

第一步：设置工作参数

工作参数包括吸料次数、铲送料到达的位置坐标，在驱动控制器3上进行设置和输入；吸料次数是指水平移动框架202移动到升料机构1上方，垂直移动框架203上的吸盘吸取升料机构1推升上来的物料片材并移送到备料台4往复进行的次数，该次数根据裁断机7一次裁断物料所需时间进行计算，即裁断时间除以一次吸取移送所需时间，同时吸料次数要小于或等于裁断机最大裁断物料片材张数，确保裁断机裁断完成能够连续供料；铲送料到达的位置坐标是指水平移动框架202把备料台4上的物料片材铲送到裁断机输料平台6的具体位置坐标值；

第二步：装料及升料过程

通过驱动控制器3驱动升料电机1运转，将升料机构1的物料托架105驱动下降到底部，将整包的物料片材的外包装拆除，整齐堆放在物料托架105上，驱动控制器3发出升料指令，物料托架105托送物料片材上升，当物料片材的上表面接触到分离吹气嘴210时，分离吹气嘴210向驱动控制器3发出到位信号，驱动控制器3向升料机构1发出停机指令，升料电机101停止运转；在多次吸取移送物料片材完成后，物料片材高度会下降，驱动控制器3向升料机构1发出升料指令，升料电机101运转，带动物料托架105托送物料片材再次升料到位；

第三步：吸料及移料过程

升料到位后，驱动控制器3向水平移动框架202的移料电机204发送驱动指令，驱动水平移动框架202移动到升料机构1正上方，到位后，驱动控制器3向分离吸盘气缸217和吸料下移气缸214发送驱动指令，分离吸盘气缸217的活塞杆伸出，带动与其连接的分离吸盘212下移，同时下移气缸214的活塞杆伸出，带动垂直移动框架203向下移动，垂直移动框架203上的限位传感器211接触到物料片材的上表面时，向驱动控制器3发出到位信号，驱动控制器3向分离吸盘气缸217和吸料下移气缸214发送驱动指令，停止下移动作，驱动控制器3向分离吸盘212和移料吸盘213发出指令，使分离吸盘212和移料吸盘213对物料片材接触表面产生负压吸力，驱动控制器3向分离吸盘气缸217发送驱动指令，收缩活塞杆，带动分离吸盘212上移，将物料片材一侧首先提起，驱动控制器3向分离吹气嘴210发送吹气指令，分离吹气嘴210向被提起一侧的片材与物料堆之间吹气，使提起的物料片材与物料堆彻底分离，然后驱动控制器3向吸料下移气缸214发送驱动指令，收缩吸料下移气缸214的活塞杆，带动垂直移动框架203向上移动，同时分离吸盘212和移料吸盘213把一片物料片材从物料片材堆上分离吸起来，驱动控制器3向水平移动框架202的移料电机204发送驱动指令，驱动水平移动框架202移动到备料台4正上方，驱动控制器3向垂直移动框架203发送指令，使其下移，到位后向分离吸盘212和移料吸盘213发出指令，使分离吸盘212和移料吸盘213对物料片材接触表面的负压吸力取消，物料片材落至备料台4的台面上，驱动控制器3根据预先设定的吸料次数反复吸料移料到备料台4，直至备料完成；

第四步：铲料过程

裁断机7裁断完成后向驱动控制器3发送裁断完成指令，驱动控制器3向水平移动框架202上的铲料下移气缸208发送指令，铲料下移气缸208的活塞杆伸出带动移料铲子209下移，驱动控制器3向水平移动框架202上的移料电机204发送指令，驱动水平移动框架202向备料台4移动，移料铲子209对应插入备料台4上的铲料槽5，驱动水平移动框架202继续向裁断机输料平台6移动，驱动控制器3根据预先设定的铲送料到达位置坐标驱动驱动水平移动框架202把备料台4的物料片材铲送到裁断机输料平台6相应位置上，为裁断机7提供连续供料；

驱动控制器3是包含了设置工作参数方法、升料过程方法、吸料及移料过程方法、铲送料过程方法的软件及硬件综合控制器，在具体实施时可以采用一台电脑，电脑上运行相关控制软件，通过电脑主板插口上安装的驱动板实现对系统各机构的驱动控制，这种实施方式是裁断机设计领域普遍采用的技术方案，其硬件构成及相关软件属于业内公知技术，驱动控制器的创新只体现在如何设计并实现与上料装置硬件机构相对应的控制方法上。除第一步设置工作参数需要人工进行外，启动驱动控制器和裁断机之后，升料过程、吸料及移料过程、铲送料过程在驱动控制器3的控制下按时序自动反复进行，直至停机。

需要特别说明的是：本发明的装置机构、功能及运动关系都比较复杂，为了能够清楚地说明结构以及机构之间的关系，在实施例中详细描述了升料机构1和吸料移料机构2的金属梁组成关系，这样详细命名金属梁只是为了方便说明升料机构1和吸料移料机构2的构成、运动关系及功能，并不能以此限定设计仅仅如此，事实上，在升料机构1和吸料移料机构2具备主要部件的基础上，在实现升料、吸料及移料、铲料的主要设计思想和目标的前提下，其具体金属梁结构可以有很多种不同的设计，但整个自动上料装置主体由升料机构、吸料移料机构、驱动控制器构成的基本方案不变，升料机构、吸料移料机构、驱动控制器实现各自设计的功能及运动关系不变。

本实施例目的在于使本领域专业技术人员可以据其了解本发明的技术方案并加以实施，并不能以其限制本发明的保护范围，凡依据本发明披露技术所作的任何变形和润饰，均落入本发明的保护范围。本发明的保护范围以权利要求书披露的内容为准。