绣花机的刺绣原理与控制对象

电脑绣花机是在缝纫机的基础上发展起来的，它的工作原理近似于数控系统，现在流行的电脑绣花机都是将刺绣的花样先由打版师在PC机上通过打版软件生成花样文件，然后将花样文件存贮于软盘或其它介质。在主控制器里编写相应的花样读写程序，绣花机在工作时，主控制器中的程序将自动读取存储于介质上的指定花样信息，按照一定的规则解码，从而控制各电机协调运动，绣出各种花样。现在市场上流行的电脑绣花机都包含主要的三个电机:控制针杆的主轴电机和控制绣框的X、Y方向步进电机，其中主轴电机通过传动机构带动主轴旋转，主轴通过凸轮机构进而带动针杆，针杆带着面线上下运动;X、Y轴的步进电机在绣针离开布面时带动绣框在X、Y轴方向运动。在正常刺绣时主轴电机一直在运动，针杆带动绣针不断地做上下运动。主轴的一端有一个码盘，当主轴转动在某两个角度之间时，即在针离开布料到插入布料之间的时间内，X、Y轴步进电机才允许运动，绣布随绣框运动，面线与底线不断穿梭，从而在绣布上绣出漂亮的图案。因此主轴带动针杆的运动和移框运动是绣花机最为重要的两部分，它们各自独立又相互协调，共同完成刺绣过程。
通常在生活中看到服饰上的图案不可能是单一的颜色，每个花样都是由多种颜色组成，这就要求绣花机具有自动换色功能。当需要进行换色时，主轴必须先停下来，然后让换色电机转动，通过传动机构带动针杆箱移动，将穿有其它颜色线的针换上，然后继续刺绣。刺绣完毕时，必须将面线剪掉，这个功能是由剪线电机、勾线电机和扣线电磁铁配合完成的。首先扣线电磁铁吸合，将底线的旋梭扣住，勾线电机带动勾刀将面线钩住，然后剪线电机带动剪刀将线剪断，勾刀将剪短的面线勾回到尼龙塔扣内。由上面分析的电脑绣花机的刺绣原理可知，电脑绣花机电控系统作为一个控制系统，主要实现:
 (1)FO设备输入输出控制。
(2)主轴电机速度控制。
(3)X，Y轴步进电机位置控制。
(4)换色电机运动控制。
(5)剪线电机、勾线电机的运动控制。
(6)断线检测，电磁铁通断控制，行程开关控制，限位开关控制。于是，可以归纳出电脑绣花机电控系统需要实现的基本控制功能有:
(1)人机界面包括键盘和显示器，提供基本控制输入和状态输出。并且显示当前的花样信息以及绣花机工作状态。
(2)软盘读入、输出，实现内存和外存数据交换(软盘上文件格式一般为田岛格式二进制:*.dsb)。
(3)主轴电机为伺服电机，主轴控制要求转速可调并且能够稳定转速，转速由主控电路给定并且可以修改参数，还能够精确停车，停车位置为1000。
(4)能够通过移位针杆箱来换色，也可以通过读取花样信息进行自动换色，换色由换色电机控制。换色电机为特制单相异步电机，换色要求精确定位。
(5)通过控制剪线电机来实现剪线，剪线的同时能够将主轴锁住。剪线到位后回
馈剪线到位信号给控制系统，让剪线电机尽快停止到初始位置。同时，勾线电机和扣线
电磁铁用来配合剪线动作。
(6)能够检测断线，并且具有报警功能，通过译码接口电路可以判断出哪个针位出现断线，并且在屏幕上显示。
(7)能够控制每个机头是否下针。下针由机头电磁铁控制，电磁铁由电磁铁驱动电路来驱动，驱动电路按照给定的控制信号触发。
(8)最主要的功能刺绣是由控制X、Y轴步进电机的动作来完成的。依照软件所给定的位置信息，经过运算之后分别给X、Y轴步进电机发出控制脉冲，步进电机在两针之间的时间间隙内完成移位(这需要和主轴电机同步)，这些功能由主控电路完成，同时主控电路还需要控制和协调其它控制电路工作。
(9)通过行程开关控制绣花机的开机、停机、慢动、回退等几个基本动作。
(10)通过限位开关控制绣花机的X、Y方向的运动位置，防止越框。当发生越框时，电机停止转动，并且在屏幕上显示越框信息。