基于零件功能分解的工業平縫機模塊化設計

陸武慧

摘 要：本文介紹了基于功能分解的伺服分離驅動工業平縫機模塊化結構設計的概念，闡述了設計思路和方法，分析了一般模塊化設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計方法，并建立了零件功能分解模型?；诠δ芊纸獾哪K化設計思路，為適應客戶多樣化、小批量、多品種需求的工業平縫機快速制造提供了新途徑。

關鍵詞：工業平縫機;功能分解;模塊化;結構

工業縫紉機自問世以來，其研究和開發取得了巨大的進步。工業平縫機是工業縫紉機的一種，它的使用頻率是縫紉機產品種類中最高的一種。伺服分離驅動工業平縫機是將傳統的一個電機控制整個平縫機改為兩個伺服電機分離驅動上下軸，由下軸直接控制送料機構。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動，并由計算機控制系統進行協調和控制，取代了各執行裝置之間的機械傳動聯系，傳動機構大大簡化。并且通過分離驅動的方式，有助于將平縫機的各個重要部分進行模塊化設計。模塊化設計是工業平縫機研發的新方法，能夠整合產品種類，快速形成客戶需求的產品。模塊是具有獨立功能和輸入、輸出的標準部件。模塊化設計，就是為了取得最佳效益，從系統的觀點出發，研究產品（或系統）的構成形式，用分解和組合的方法，建立模塊體系，并用模塊組成產品的全過程。傳統模塊化設計注重模塊劃分和組合，一旦功能模塊劃分完成，其功能便已經確定，只能通過修改功能參數的方式修改一些尺寸。當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計的靈活程度。據此，本文提出基于零件功能分解的伺服分離驅動工業平縫機的模塊化設計方法。

1 伺服分離驅動工業平縫機模塊的劃分與組合

1.1 模塊劃分

伺服分離驅動工業平縫機是由很多的功能模塊組合而成的復雜機器，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，最上層是產品整機，中間是功能模塊，根據產品的結構復雜程度，劃分成單層或者多層結構;底層是零部件功能，零部件是構成模塊的基本單元，具有標準化接口及通用性。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盡量是標準化、通用化接口，使連接方便、簡單。（3）盡量減少模塊數量，使產品復雜程度降低，方便模塊間組合。

1.2 模塊組合

模塊組合是模塊化設計的關鍵。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，我們就需要查看現有的功能模塊，如果滿足需求，則按照產品的功能需求進行模塊組合和互換;如果出現了新的功能需求，則創建新的功能模塊，實現產品需求，并且也充實了模塊庫，有助于后續產品的調用。

產品間模塊組合關系圖

2 零件的功能性介紹

模塊化設計的最終目的是建立一個面向用戶的設計體系。從用戶使用數據對平縫機整體的功能要求出發，通過自頂而下的設計，最終，以功能模塊的改進和有機組合的方式設計工業平縫機，滿足用戶需求。對于任何一種零部件而言，設計人員需要綜合考慮產品功能和生產工藝等多方面因素才能最終確定其具體結構。所以，一個合格產品的每一個結構，其尺寸、位置、公差等信息都應當有功能上的針對性。根據上述理論，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構的功能，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計過程，從而實現高效率研發設計定制產品。

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構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準，從而確定本零件哪些尺寸會發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，所以，例如縫紉機機頭沉孔的形式等有關縫紉機主參數的結構其機構尺寸不會發生改變。

3.2 建模原點選定與坐標轉換

在模型建立時，要盡量使模型建立的相關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，該零件的設計基準面是上表面和右表面，故在建模時將右上角前端作為原點。當模型原點選定后，需要將零件圖上各尺寸轉化為相對于原點的絕對坐標。將各尺寸坐標系統統一，能夠為用戶輸入提供很大的方便，同時，將坐標的數值統一為絕對值也為API建模提供良好的基礎。

3.3 建模順序確定

完全采用零件圖標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據，計算機自動建模，而對話框輸入的數據是一些功能參數，這就要求在建模時就要按照分解的功能進行。縫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 結論

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

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