陸武慧

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

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

工業(yè)縫紉機自問世以來，其研究和開發(fā)取得了巨大的進步。工業(yè)平縫機是工業(yè)縫紉機的一種，它的使用頻率是縫紉機產(chǎn)品種類中最高的一種。伺服分離驅(qū)動工業(yè)平縫機是將傳統(tǒng)的一個電機控制整個平縫機改為兩個伺服電機分離驅(qū)動上下軸，由下軸直接控制送料機構(gòu)。這樣可以去除機械連桿等機械部件和電磁鐵組件，從而將機械傳動鏈縮短，同時上下軸通過由單獨的伺服電機驅(qū)動，并由計算機控制系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)和控制，取代了各執(zhí)行裝置之間的機械傳動聯(lián)系，傳動機構(gòu)大大簡化。并且通過分離驅(qū)動的方式，有助于將平縫機的各個重要部分進行模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計是工業(yè)平縫機研發(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。模塊是具有獨立功能和輸入、輸出的標(biāo)準(zhǔn)部件。模塊化設(shè)計，就是為了取得最佳效益，從系統(tǒng)的觀點出發(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)需要對模塊做更大改動以滿足用戶需要時，往往就需要新建模塊，大大減少了模塊化設(shè)計的靈活程度。據(jù)此，本文提出基于零件功能分解的伺服分離驅(qū)動工業(yè)平縫機的模塊化設(shè)計方法。

1 伺服分離驅(qū)動工業(yè)平縫機模塊的劃分與組合

1.1 模塊劃分

伺服分離驅(qū)動工業(yè)平縫機是由很多的功能模塊組合而成的復(fù)雜機器，將平縫機整機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，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。模塊劃分時要遵循以下基本原則：（1）各個功能模塊之間是獨立的，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，實現(xiàn)產(chǎn)品需求，并且也充實了模塊庫，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)計的最終目的是建立一個面向用戶的設(shè)計體系。從用戶使用數(shù)據(jù)對平縫機整體的功能要求出發(fā)，通過自頂而下的設(shè)計，最終，以功能模塊的改進和有機組合的方式設(shè)計工業(yè)平縫機，滿足用戶需求。對于任何一種零部件而言，設(shè)計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，一個合格產(chǎn)品的每一個結(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分功能后的模塊零部件，通過分析零部件上各個結(jié)構(gòu)的功能，采用宏錄制和交互對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設(shè)計過程，從而實現(xiàn)高效率研發(fā)設(shè)計定制產(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，是對模型零件圖各結(jié)構(gòu)尺寸和位置進行功能性分析，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，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發(fā)生改變而哪些尺寸會進行保留。本文以建立橫向模塊為目標(biāo)，所以，例如縫紉機機頭沉孔的形式等有關(guān)縫紉機主參數(shù)的結(jié)構(gòu)其機構(gòu)尺寸不會發(fā)生改變。

3.2 建模原點選定與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在模型建立時，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，其圖形和特征尺寸以絕對坐標(biāo)值給定。這就要求在建模初期考慮繪圖原點問題，該零件的設(shè)計基準(zhǔn)面是上表面和右表面，故在建模時將右上角前端作為原點。當(dāng)模型原點選定后，需要將零件圖上各尺寸轉(zhuǎn)化為相對于原點的絕對坐標(biāo)。將各尺寸坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一，能夠為用戶輸入提供很大的方便，同時，將坐標(biāo)的數(shù)值統(tǒng)一為絕對值也為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，因為功能分解建模最終的建模方式是交互對話框輸入數(shù)據(jù)，計算機自動建模，而對話框輸入的數(shù)據(jù)是一些功能參數(shù)，這就要求在建模時就要按照分解的功能進行?？p紉機臺板模型的建立順序是：臺板整體拉伸——機頭沉孔繪制和定位——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——機頭定位銷孔繪制好定位。

4 結(jié)論

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

參考文獻：

[1]李琦.工業(yè)縫紉機模塊化設(shè)計方法探究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011，02：32-34.

[2]羅浩，劉更，馬尚君，王海偉.可在軌展開的航天器模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計分析平臺研究[J].機械科學(xué)與技術(shù)，2012，01：29-33.

[3]張興國，劉明.工業(yè)機器人組合式模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[J].制造業(yè)自動化，2008，07：30-32+74.

[4]劉璇.面向特種機器人的模塊化設(shè)計方法研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2010.