鄭朝簡(jiǎn)  （西安微電機(jī)研究所710077）

    【摘  要】闡述工業(yè)縫紉機(jī)的生產(chǎn)現(xiàn)狀和電機(jī)在工業(yè)縫紉機(jī)中的應(yīng)用，指出交流伺服電動(dòng)機(jī)及控制器是高檔工業(yè)縫紉機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展方向，并提出工業(yè)縫紉機(jī)對(duì)交流伺服系統(tǒng)的基本要求。

    【敘  詞】／工業(yè)縫紉機(jī)電機(jī)發(fā)展交流伺服系統(tǒng)

    60年代和70年代曾是家用縫紉機(jī)蓬勃發(fā)展的年代。雖然曾經(jīng)一度開(kāi)發(fā)電動(dòng)家用機(jī)，但終因家用機(jī)的社會(huì)擁有量趨于飽和而使整個(gè)家用機(jī)的市場(chǎng)呈結(jié)構(gòu)性疲軟局面。80年代以來(lái)，隨著我國(guó)人民生活水平的提高，對(duì)服務(wù)款式和做工的要求愈來(lái)愈高，我國(guó)城市買(mǎi)成衣穿的例已由10年前的百分之二十，提高到目前的百分之四十五以上，成衣社會(huì)化已成為國(guó)內(nèi)服裝行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。結(jié)果，消費(fèi)者對(duì)家用縫紉機(jī)的要求更為挑剔，新款、多功能、便攜式等實(shí)用性與裝飾性兼?zhèn)涞漠a(chǎn)品引入注目。值得注意的是，在國(guó)內(nèi)家用縫紉機(jī)需求大幅度下降的同時(shí)，適應(yīng)制衣行業(yè)大發(fā)展的工業(yè)縫紉機(jī)銷(xiāo)售額卻在迅速增長(zhǎng)，作為微電機(jī)行業(yè)，應(yīng)對(duì)工業(yè)縫紉機(jī)用電機(jī)及控制器的發(fā)展和市場(chǎng)需求給予注意，爭(zhēng)取參與研制、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，利用自旁的條件和優(yōu)勢(shì)促進(jìn)我國(guó)高性能工業(yè)縫紉機(jī)的發(fā)展，以滿足國(guó)內(nèi)需求，并參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。

    目前世界上工業(yè)縫紉機(jī)的品種多達(dá)4000余種，通用型1000余種。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)型品種少、產(chǎn)量小，與國(guó)際先進(jìn)水平差距達(dá)20—30年，工業(yè)縫紉機(jī)發(fā)展的滯后制約了我國(guó)各種縫制行業(yè)的發(fā)展。

    據(jù)服裝行業(yè)的統(tǒng)計(jì)，目前使用的縫制設(shè)備水平屬50年代的占百分之六十，60年代的占百分之二十，70年代的占百分之十九，80年代初的占百分之一。需要更新改造的占總量百分之七十五。由于品種少，缺乏高、精、尖設(shè)備，不適應(yīng)****服裝制作要求，難以提高產(chǎn)品檔次。因此，國(guó)家在“七五”期間進(jìn)口工業(yè)縫紉機(jī)81.6萬(wàn)架，用匯達(dá)6. 12億美元。按10年折舊計(jì)，這些進(jìn)口機(jī)也很快將面臨淘汰和更新。

    紡織部“八五”期間要使服裝行業(yè)的成衣年產(chǎn)量達(dá)到50億件，創(chuàng)匯53億美元，為此將投入50億元用于改造服裝行業(yè)的裝備條件。國(guó)內(nèi)幾大工業(yè)縫紉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已在“七五”期間投資，進(jìn)行了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)改造，預(yù)計(jì)“八五”期間至“九五”期間，我國(guó)工業(yè)縫紉機(jī)制造行業(yè)將有一個(gè)較大發(fā)展。

    國(guó)內(nèi)現(xiàn)有以生產(chǎn)工業(yè)縫紉機(jī)為主的專(zhuān)業(yè)廠近30家，其中，廣東華南縫紉機(jī)公司、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)縫紉機(jī)公同、上海工業(yè)縫紉機(jī)廠等幾家規(guī)模****。出品產(chǎn)品以高、中速工業(yè)平縫機(jī)為主（國(guó)際上屬低檔產(chǎn)品），也有少數(shù)性能較好的高速平縫機(jī)出口（國(guó)際上屬中檔產(chǎn)品），外銷(xiāo)東南亞、中東、中美洲等國(guó)家。

    通過(guò)“引進(jìn)、消化、出口”，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的水平已從過(guò)去20、30年代迅速躍進(jìn)到國(guó)際80年代先進(jìn)水平。上�？p紉機(jī)一廠成為同行業(yè)中系列品種最多、****的企業(yè)。上�？p紉機(jī)四廠和日本聯(lián)合設(shè)計(jì)的GN7系列高速包縫機(jī)達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。上海工業(yè)縫紉機(jī)廠出口的GC15 -1型高速平縫機(jī)獲同行業(yè)的全A級(jí)產(chǎn)品稱(chēng)號(hào)。目前我國(guó)各大工業(yè)縫紉機(jī)廠及研究單位研制的工業(yè)縫紉機(jī)，一般為70年代中期至80年代初期的水平。如電子定位針電動(dòng)機(jī)三自動(dòng)高速平縫機(jī)（可自動(dòng)剪線、自動(dòng)停針、自動(dòng)定針數(shù)）�，F(xiàn)正向可編程序的工業(yè)縫紉機(jī)單機(jī)自動(dòng)化方向發(fā)展。

    當(dāng)前，國(guó)內(nèi)高速平縫機(jī)供不應(yīng)求，其原因之一是，國(guó)內(nèi)企業(yè)過(guò)去縫紉設(shè)備以進(jìn)口為主，現(xiàn)在則以國(guó)產(chǎn)為主。其質(zhì)量已接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，價(jià)格僅為國(guó)外機(jī)的1/2。為此，國(guó)家已對(duì)進(jìn)口工業(yè)縫紉機(jī)采取限制措施，從而進(jìn)一步刺激了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

    據(jù)統(tǒng)計(jì)，1993年全國(guó)服裝機(jī)械年產(chǎn)值接近50億元，出口1億元左右，高速平縫機(jī)產(chǎn)量達(dá)50萬(wàn)架左右。1993年上半年四大縫紉機(jī)公司生產(chǎn)的高、中速平縫機(jī)一直供不應(yīng)求。8月份南京全國(guó)服裝機(jī)械訂貨會(huì)上，供需雙方成交意向達(dá)35億元，比1992年訂貨會(huì)增長(zhǎng)百分之二十以上。行家預(yù)測(cè)，90年代是我國(guó)縫制設(shè)備上質(zhì)量、上品種、上水平的大好時(shí)期。服裝機(jī)械行業(yè)正抓住時(shí)機(jī)，調(diào)整結(jié)構(gòu)，壓縮長(zhǎng)線，開(kāi)發(fā)適銷(xiāo)對(duì)路產(chǎn)品。

    工縫機(jī)用電機(jī)已發(fā)展四代產(chǎn)品，即摩擦片式、渦流式、混合步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。

    摩擦片式電子定位針電動(dòng)機(jī)起步快，但速度和針位控制精度差，且摩擦片的摩損會(huì)影響定位可靠性，需經(jīng)常保養(yǎng)和維修。

    渦流式電子定位針電動(dòng)機(jī)雖定位精度較高，但起步慢，噪聲和振動(dòng)大，不受制衣行業(yè)的歡迎。

    混合式步進(jìn)電機(jī)定位系統(tǒng)雖具有控制方便的優(yōu)點(diǎn)，但起動(dòng)頻率、運(yùn)行頻率達(dá)不到高速工縫機(jī)的要求，定位精度仍不理想。

    交流伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是國(guó)外80年代后期開(kāi)發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)品。1986年以來(lái)，以日本工縫機(jī)行業(yè)，如重機(jī)公司、兄弟公司等，已把交流伺服電機(jī)運(yùn)用到各類(lèi)微電腦控制的高性能、高速平縫機(jī)、多功能電腦繡花機(jī)等縫紉設(shè)備中（如重機(jī)公司的PI。M系列中厚料高速平縫機(jī)，兄弟公司的BAS-326型筒式平縫機(jī)等），并以每年百分之十二的遞增速度取代原有的摩擦片或渦流式電子定位針電動(dòng)機(jī)。這類(lèi)交流伺服電機(jī)采用釹鐵硼永磁轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，在非軸伸端裝有光學(xué)編碼器，因而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)性能好，調(diào)速比達(dá)1：10000，且有高精度定位、效率高、痔命長(zhǎng)、免維修、能在惡劣環(huán)境條件下使用等特點(diǎn)。該類(lèi)電機(jī)在高速自動(dòng)工業(yè)縫紉機(jī)上使用操縱自如，無(wú)噪聲污染，給人以舒適的工作環(huán)境。

    鑒于帶微電腦控制的交流伺服系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)工業(yè)縫紉機(jī)行業(yè)對(duì)它產(chǎn)生了極大的興趣和國(guó)產(chǎn)化配套的迫切性。有關(guān)專(zhuān)家指出，“我們制造高檔工業(yè)縫紉機(jī)，在機(jī)械和電子控制方面沒(méi)有問(wèn)題，只是當(dāng)前電機(jī)性能不過(guò)關(guān)，一時(shí)還沒(méi)有合適的電機(jī)能替代。我們現(xiàn)在很需要交流伺服電機(jī)。隨著高檔機(jī)的研制和生產(chǎn)，今后交流伺服電機(jī)需求量是相當(dāng)大的”。

    近年來(lái)，微電機(jī)及伺服系統(tǒng)研制和生產(chǎn)廠對(duì)工業(yè)縫紉機(jī)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展給予了重視，并已有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用。如常州電機(jī)電器總廠與清華大學(xué)聯(lián)合研制的SC - 300交流伺服系統(tǒng)已研制成功。該系統(tǒng)可以取代相應(yīng)功率的直流伺服電動(dòng)機(jī)和離合器電動(dòng)機(jī)，消除了直流電動(dòng)機(jī)低速時(shí)的發(fā)熱和高速時(shí)的換向惡化，以及離合器電動(dòng)機(jī)壽命短、體積大、效率低的缺點(diǎn)，具有調(diào)速范圍寬、快速響應(yīng)和準(zhǔn)確定位的優(yōu)點(diǎn)，瞬時(shí)加速轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的工業(yè)縫紉機(jī)用電機(jī)的發(fā)展方向及市場(chǎng)需求5.6倍，并可改變定子繞組磁場(chǎng)方向進(jìn)行反接制動(dòng)，也可直接使用電機(jī)內(nèi)部的單片電磁制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大負(fù)載瞬時(shí)起停，無(wú)級(jí)調(diào)速驅(qū)動(dòng)和位置伺服控制。該電機(jī)為三相星形連接的四極永磁同步電動(dòng)機(jī)，輸入直流電壓0～340V，PWM額定電流3.IA，短時(shí)連續(xù)電流20A，輸出轉(zhuǎn)速0～3350r/min時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩為1. 6Nm，****轉(zhuǎn)矩9Nm，額定功率550W，****轉(zhuǎn)速達(dá)4000r/min。帶電磁制動(dòng)器，制動(dòng)力矩大于12Nm(200r/min)。該機(jī)主要為上海協(xié)昌縫紉機(jī)廠生產(chǎn)的高速平縫機(jī)配套使用，為盡快使技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，常州電機(jī)電器總廠與上海協(xié)昌縫紉機(jī)廠共同投資5000萬(wàn)元在浦東成立“上海蝴蝶電腦電器設(shè)備公司”，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)這種伺服系統(tǒng)及其他中、高檔縫紉設(shè)備電腦電器。

    目前，國(guó)內(nèi)工縫機(jī)用電機(jī)仍以渦流式和摩擦式電子定位針電動(dòng)機(jī)為主。有的廠家采用臺(tái)灣、日本三菱電機(jī)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)縫紉機(jī)電機(jī)的廠家有蕪湖微型電機(jī)廠、上海電器二廠、上海高橋電器廠、陜西秦嶺機(jī)械廠、上海微型電機(jī)廠、萬(wàn)里電機(jī)廠、武漢微型電機(jī)廠、北京市微電機(jī)總廠、天津市第二微電機(jī)廠、閩東電機(jī)廠等。

    蕪湖微型電機(jī)廠是國(guó)內(nèi)****的縫紉機(jī)電機(jī)坐產(chǎn)廠，年產(chǎn)能力50萬(wàn)臺(tái)以上，產(chǎn)品按NEMA標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，大部分出口，部分供應(yīng)國(guó)內(nèi)，也生產(chǎn)摩擦片式電子定位針電動(dòng)機(jī)，基本全部-出口。

    上海電器二廠生產(chǎn)的渦流式電子定位針電動(dòng)機(jī)為三自動(dòng)高速平縫機(jī)、高速針?biāo)土掀娇p機(jī)配套。

    上海高橋電器廠生產(chǎn)自動(dòng)平縫機(jī)用摩擦式電子定位針電動(dòng)機(jī)。

    陜西秦嶺機(jī)械廠試制的渦流式電子針電動(dòng)機(jī)已投小批，其技術(shù)性能指標(biāo)已達(dá)到日本三菱公司同類(lèi)產(chǎn)品水平，產(chǎn)量逾千臺(tái)。

    上海微型電機(jī)廠也已開(kāi)展渦流式電子定位針電動(dòng)機(jī)的研制．進(jìn)行小批量生產(chǎn)。

    但工業(yè)縫紉機(jī)用交流伺服電機(jī)及控制器僅個(gè)別品種規(guī)格開(kāi)發(fā)，尚未批量供應(yīng)和應(yīng)用。

    由此可見(jiàn)，要參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，必須推出中、高檔機(jī)型，而沒(méi)有先進(jìn)的交流伺服電機(jī)及控制系統(tǒng)相應(yīng)配套，并形成規(guī)模生產(chǎn)，要想在****服裝和工業(yè)縫紉機(jī)產(chǎn)品方面打入國(guó)際市場(chǎng)只能“望洋興嘆”。

    現(xiàn)以SC300型尊動(dòng)工業(yè)縫紉機(jī)交流伺服系統(tǒng)為例，說(shuō)明工縫機(jī)對(duì)交流伺服驅(qū)動(dòng)的基本要求。

    該系統(tǒng)為高速自動(dòng)平縫機(jī)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用電腦控制系統(tǒng)，主要部件有模式盒、伺服控制箱、機(jī)頭同步器、交流伺服電動(dòng)機(jī)。前三者主要完成編程、速度伺服、針位及速度反饋。系統(tǒng)采用三片微機(jī)進(jìn)行控制，形成主機(jī)、從機(jī)結(jié)構(gòu)的逮度伺服全數(shù)字控制，提高可靠性、節(jié)省硬件，并具有拓展功能的裕度。由于平縫機(jī)調(diào)速系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，工作功能要求苛刻，同時(shí)還要求控制方案簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。工作中負(fù)載力矩變化較大，如切線機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的突加力矩較正常驅(qū)動(dòng)力矩高3～5倍，這就要求調(diào)速系統(tǒng)有快的反應(yīng)速度，低速下仍有很大的驅(qū)動(dòng)力矩，對(duì)于交流伺服電機(jī)而言，這些要求簋能較好地滿足。

    環(huán)境條件0～40℃，工作電壓交流220K，額定電流0.5A（控制器），3A(電機(jī))，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩1.6Nm，電機(jī)最寸轉(zhuǎn)矩9Nm，電機(jī)額定功率550W，同步器分勢(shì)率24脈沖/r，停針精度不大于±8度，****裂制速度5000針/min，加固縫速度1700針/min，剪線速度200針/min，堵轉(zhuǎn)保護(hù)時(shí)間大于2s，皮帶脫落保護(hù)時(shí)間不大于2s，手廊倒縫保護(hù)時(shí)間12s。

    縫紉速度可在200～5000針/min范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，步進(jìn)速度調(diào)整旋鈕與平滑調(diào)速旋鈕相配合，可獲得多種腳踏板速度控制特性，以適應(yīng)不同熟練程度的操作者。

    自動(dòng)剪線，自動(dòng)拔線，自動(dòng)倒縫，自動(dòng)抬壓腳。

    起針及收針帶自動(dòng)倒縫的自由縫，倒回縫針數(shù)可設(shè)定O～9針，專(zhuān)用加固縫，線跡可設(shè)置0～9針。程序縫可設(shè)定0～15個(gè)程序段，每段可設(shè)定0～99針，每段縫制結(jié)束時(shí)可選擇停針、壓腳及是否剪線等狀態(tài)。

   通電時(shí)自動(dòng)停上針位，停針位置調(diào)整。倒回縫線跡修正，提針，程序縫補(bǔ)針，程序縫再縫制，剪線后倒轉(zhuǎn)30。，針棒停****點(diǎn)，手觸倒縫，高速縫時(shí)的輕柔起動(dòng)，模式盒損壞時(shí)自動(dòng)降檔使用，拔線選擇，自動(dòng)抬壓腳及自動(dòng)抬壓腳時(shí)間選擇。

    檢查并顯示****縫制速度、****縫制速度、剪線速度、加固縫速度、輕柔起動(dòng)速度等速度自檢。起動(dòng)、停止、剪線、抬壓腳等腳踏板控制器信號(hào)自檢。32位功能選擇開(kāi)關(guān)自檢。10檔步進(jìn)調(diào)速編碼開(kāi)關(guān)自檢。上、下針位信號(hào)自檢。機(jī)頭速度反饋信號(hào)自檢。系統(tǒng)保護(hù)功能過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、堵轉(zhuǎn)、皮帶脫落、手觸倒縫12s保護(hù)等。

    以上功能例舉說(shuō)明自動(dòng)工業(yè)縫紉機(jī)是一種復(fù)雜的伺服系統(tǒng)，其機(jī)構(gòu)動(dòng)作及相互配合稍有差錯(cuò)便不能正常工作，需要電機(jī)、電機(jī)抱閘、電磁鐵及縫紉機(jī)件之間各種運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確配合，并進(jìn)行測(cè)速、位置檢測(cè)，計(jì)算機(jī)運(yùn)算、顯示等實(shí)時(shí)多功能控制，因此應(yīng)用較強(qiáng)的軟件功能和高性能的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)才可能滿足高、中檔工縫機(jī)的要求。

    a．隨著人民生活水平的提高、服裝出口的不斷增長(zhǎng)，制衣行業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)有設(shè)備的更新改造的需要，相應(yīng)擴(kuò)大了對(duì)各類(lèi)工業(yè)縫紉機(jī)的需求，市場(chǎng)前景看好。

    b．國(guó)產(chǎn)工業(yè)縫紉機(jī)品種、規(guī)格與國(guó)外相比差距很大，微電機(jī)行業(yè)有條件發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，積極參與工業(yè)縫紉機(jī)制造行業(yè)的產(chǎn)品更新與開(kāi)發(fā)，研制、生產(chǎn)高性能工縫機(jī)用電機(jī)系列產(chǎn)品，加強(qiáng)行業(yè)間的技術(shù)合作和信息交流。

  c．交流伺服電機(jī)及控制器是高檔工業(yè)縫紉機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展方向。微電機(jī)行業(yè)應(yīng)不斷開(kāi)發(fā)，并建立工業(yè)縫紉機(jī)專(zhuān)用的交流伺服電機(jī)系列，為推出國(guó)產(chǎn)高檔工業(yè)縫紉機(jī)、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)作出有益的貢獻(xiàn)。