基于零件功能分解的工業(yè)平縫機(jī)模塊化設(shè)計(jì)

陸武慧

摘 要：本文介紹了基于功能分解的伺服分離驅(qū)動(dòng)工業(yè)平縫機(jī)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念，闡述了設(shè)計(jì)思路和方法，分析了一般模塊化設(shè)計(jì)中功能模塊建模柔性不足的缺點(diǎn)，以此提出零件的功能化設(shè)計(jì)方法，并建立了零件功能分解模型?；诠δ芊纸獾哪K化設(shè)計(jì)思路，為適應(yīng)客戶多樣化、小批量、多品種需求的工業(yè)平縫機(jī)快速制造提供了新途徑。

關(guān)鍵詞：工業(yè)平縫機(jī);功能分解;模塊化;結(jié)構(gòu)

工業(yè)縫紉機(jī)自問世以來，其研究和開發(fā)取得了巨大的進(jìn)步。工業(yè)平縫機(jī)是工業(yè)縫紉機(jī)的一種，它的使用頻率是縫紉機(jī)產(chǎn)品種類中最高的一種。伺服分離驅(qū)動(dòng)工業(yè)平縫機(jī)是將傳統(tǒng)的一個(gè)電機(jī)控制整個(gè)平縫機(jī)改為兩個(gè)伺服電機(jī)分離驅(qū)動(dòng)上下軸，由下軸直接控制送料機(jī)構(gòu)。這樣可以去除機(jī)械連桿等機(jī)械部件和電磁鐵組件，從而將機(jī)械傳動(dòng)鏈縮短，同時(shí)上下軸通過由單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，取代了各執(zhí)行裝置之間的機(jī)械傳動(dòng)聯(lián)系，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。并且通過分離驅(qū)動(dòng)的方式，有助于將平縫機(jī)的各個(gè)重要部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。模塊化設(shè)計(jì)是工業(yè)平縫機(jī)研發(fā)的新方法，能夠整合產(chǎn)品種類，快速形成客戶需求的產(chǎn)品。模塊是具有獨(dú)立功能和輸入、輸出的標(biāo)準(zhǔn)部件。模塊化設(shè)計(jì)，就是為了取得最佳效益，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，研究產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的構(gòu)成形式，用分解和組合的方法，建立模塊體系，并用模塊組成產(chǎn)品的全過程。傳統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)注重模塊劃分和組合，一旦功能模塊劃分完成，其功能便已經(jīng)確定，只能通過修改功能參數(shù)的方式修改一些尺寸。當(dāng)需要對(duì)模塊做更大改動(dòng)以滿足用戶需要時(shí)，往往就需要新建模塊，大大減少了模塊化設(shè)計(jì)的靈活程度。據(jù)此，本文提出基于零件功能分解的伺服分離驅(qū)動(dòng)工業(yè)平縫機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)方法。

1 伺服分離驅(qū)動(dòng)工業(yè)平縫機(jī)模塊的劃分與組合

1.1 模塊劃分

伺服分離驅(qū)動(dòng)工業(yè)平縫機(jī)是由很多的功能模塊組合而成的復(fù)雜機(jī)器，將平縫機(jī)整機(jī)的總體功能分解為幾大主要模塊，然后依次分解為若干較小的、完成具體特定功能的小模塊?；诠δ芊纸獾哪K劃分方法采用層次分解法，最上層是產(chǎn)品整機(jī)，中間是功能模塊，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，劃分成單層或者多層結(jié)構(gòu);底層是零部件功能，零部件是構(gòu)成模塊的基本單元，具有標(biāo)準(zhǔn)化接口及通用性。模塊劃分時(shí)要遵循以下基本原則：（1）各個(gè)功能模塊之間是獨(dú)立的，不具有交叉功能。（2）模塊單元之間的接口應(yīng)盡量是標(biāo)準(zhǔn)化、通用化接口，使連接方便、簡(jiǎn)單。（3）盡量減少模塊數(shù)量，使產(chǎn)品復(fù)雜程度降低，方便模塊間組合。

1.2 模塊組合

模塊組合是模塊化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。相同功能模塊的互換、不同功能模塊之間的組合及新功能模塊的重建，對(duì)模塊間接口提出了很高的要求，要求接口必須具有可互換性和可重組性。面對(duì)顧客的多樣化需求，我們就需要查看現(xiàn)有的功能模塊，如果滿足需求，則按照產(chǎn)品的功能需求進(jìn)行模塊組合和互換;如果出現(xiàn)了新的功能需求，則創(chuàng)建新的功能模塊，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品需求，并且也充實(shí)了模塊庫(kù)，有助于后續(xù)產(chǎn)品的調(diào)用。

產(chǎn)品間模塊組合關(guān)系圖

2 零件的功能性介紹

模塊化設(shè)計(jì)的最終目的是建立一個(gè)面向用戶的設(shè)計(jì)體系。從用戶使用數(shù)據(jù)對(duì)平縫機(jī)整體的功能要求出發(fā)，通過自頂而下的設(shè)計(jì)，最終，以功能模塊的改進(jìn)和有機(jī)組合的方式設(shè)計(jì)工業(yè)平縫機(jī)，滿足用戶需求。對(duì)于任何一種零部件而言，設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮產(chǎn)品功能和生產(chǎn)工藝等多方面因素才能最終確定其具體結(jié)構(gòu)。所以，一個(gè)合格產(chǎn)品的每一個(gè)結(jié)構(gòu)，其尺寸、位置、公差等信息都應(yīng)當(dāng)有功能上的針對(duì)性。根據(jù)上述理論，本文提出一種零件功能分解建模的方法。該方法將用于建立細(xì)分功能后的模塊零部件，通過分析零部件上各個(gè)結(jié)構(gòu)的功能，采用宏錄制和交互對(duì)話的方式建立零部件模型，使模塊化建模具有更好的可操縱性，使用戶需求能夠真正隨模塊化工作自頂而下的貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程，從而實(shí)現(xiàn)高效率研發(fā)設(shè)計(jì)定制產(chǎn)品。

3 基于零件功能分解的建模

3.1 零件功能分解

建立功能分解模型，首先要做的，是對(duì)模型零件圖各結(jié)構(gòu)尺寸和位置進(jìn)行功能性分析，將各零件特征以功能分類，方便后續(xù)的建模。在分析零件功能性時(shí)，首先要注意的是所建立零件所述模塊的劃分標(biāo)準(zhǔn)，從而確定本零件哪些尺寸會(huì)發(fā)生改變而哪些尺寸會(huì)進(jìn)行保留。本文以建立橫向模塊為目標(biāo)，所以，例如縫紉機(jī)機(jī)頭沉孔的形式等有關(guān)縫紉機(jī)主參數(shù)的結(jié)構(gòu)其機(jī)構(gòu)尺寸不會(huì)發(fā)生改變。

3.2 建模原點(diǎn)選定與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在模型建立時(shí)，要盡量使模型建立的相關(guān)尺寸與零件圖尺寸保持一致。在使用solidworks API繪圖時(shí)，其圖形和特征尺寸以絕對(duì)坐標(biāo)值給定。這就要求在建模初期考慮繪圖原點(diǎn)問題，該零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面是上表面和右表面，故在建模時(shí)將右上角前端作為原點(diǎn)。當(dāng)模型原點(diǎn)選定后，需要將零件圖上各尺寸轉(zhuǎn)化為相對(duì)于原點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)。將各尺寸坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一，能夠?yàn)橛脩糨斎胩峁┖艽蟮姆奖?，同時(shí)，將坐標(biāo)的數(shù)值統(tǒng)一為絕對(duì)值也為API建模提供良好的基礎(chǔ)。

3.3 建模順序確定

完全采用零件圖標(biāo)注順序作為建模順序在此并不適用，因?yàn)楣δ芊纸饨Ｗ罱K的建模方式是交互對(duì)話框輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)建模，而對(duì)話框輸入的數(shù)據(jù)是一些功能參數(shù)，這就要求在建模時(shí)就要按照分解的功能進(jìn)行。縫紉機(jī)臺(tái)板模型的建立順序是：臺(tái)板整體拉伸——機(jī)頭沉孔繪制和定位——集線孔繪制和定位——控制箱安裝孔繪制和定位——線架孔繪制和定位——機(jī)頭定位銷孔繪制好定位。

4 結(jié)論

本文以伺服分離驅(qū)動(dòng)工業(yè)平縫機(jī)設(shè)計(jì)為目標(biāo)，提出了基于零件功能分解的伺服分離驅(qū)動(dòng)工業(yè)平縫機(jī)模塊化設(shè)計(jì)方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)平縫機(jī)在總體方案設(shè)計(jì)時(shí)的快速變型設(shè)計(jì)。通過這種基于功能分解的模塊化設(shè)計(jì)方法，可以有效提高企業(yè)開發(fā)能力和效率。

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