基于零件功能分解的工业平缝机模块化设计

陆武慧

摘 要：本文介绍了基于功能分解的伺服分离驱动工业平缝机模块化结构设计的概念，阐述了设计思路和方法，分析了一般模块化设计中功能模块建模柔性不足的缺点，以此提出零件的功能化设计方法，并建立了零件功能分解模型。基于功能分解的模块化设计思路，为适应客户多样化、小批量、多品种需求的工业平缝机快速制造提供了新途径。

关键词：工业平缝机;功能分解;模块化;结构

工业缝纫机自问世以来，其研究和开发取得了巨大的进步。工业平缝机是工业缝纫机的一种，它的使用频率是缝纫机产品种类中最高的一种。伺服分离驱动工业平缝机是将传统的一个电机控制整个平缝机改为两个伺服电机分离驱动上下轴，由下轴直接控制送料机构。这样可以去除机械连杆等机械部件和电磁铁组件，从而将机械传动链缩短，同时上下轴通过由单独的伺服电机驱动，并由计算机控制系统进行协调和控制，取代了各执行装置之间的机械传动联系，传动机构大大简化。并且通过分离驱动的方式，有助于将平缝机的各个重要部分进行模块化设计。模块化设计是工业平缝机研发的新方法，能够整合产品种类，快速形成客户需求的产品。模块是具有独立功能和输入、输出的标准部件。模块化设计，就是为了取得最佳效益，从系统的观点出发，研究产品（或系统）的构成形式，用分解和组合的方法，建立模块体系，并用模块组成产品的全过程。传统模块化设计注重模块划分和组合，一旦功能模块划分完成，其功能便已经确定，只能通过修改功能参数的方式修改一些尺寸。当需要对模块做更大改动以满足用户需要时，往往就需要新建模块，大大减少了模块化设计的灵活程度。据此，本文提出基于零件功能分解的伺服分离驱动工业平缝机的模块化设计方法。

1 伺服分离驱动工业平缝机模块的划分与组合

1.1 模块划分

伺服分离驱动工业平缝机是由很多的功能模块组合而成的复杂机器，将平缝机整机的总体功能分解为几大主要模块，然后依次分解为若干较小的、完成具体特定功能的小模块。基于功能分解的模块划分方法采用层次分解法，最上层是产品整机，中间是功能模块，根据产品的结构复杂程度，划分成單层或者多层结构;底层是零部件功能，零部件是构成模块的基本单元，具有标准化接口及通用性。模块划分时要遵循以下基本原则：（1）各个功能模块之间是独立的，不具有交叉功能。（2）模块单元之间的接口应尽量是标准化、通用化接口，使连接方便、简单。（3）尽量减少模块数量，使产品复杂程度降低，方便模块间组合。

1.2 模块组合

模块组合是模块化设计的关键。相同功能模块的互换、不同功能模块之间的组合及新功能模块的重建，对模块间接口提出了很高的要求，要求接口必须具有可互换性和可重组性。面对顾客的多样化需求，我们就需要查看现有的功能模块，如果满足需求，则按照产品的功能需求进行模块组合和互换;如果出现了新的功能需求，则创建新的功能模块，实现产品需求，并且也充实了模块库，有助于后续产品的调用。

产品间模块组合关系图

2 零件的功能性介绍

模块化设计的最终目的是建立一个面向用户的设计体系。从用户使用数据对平缝机整体的功能要求出发，通过自顶而下的设计，最终，以功能模块的改进和有机组合的方式设计工业平缝机，满足用户需求。对于任何一种零部件而言，设计人员需要综合考虑产品功能和生产工艺等多方面因素才能最终确定其具体结构。所以，一个合格产品的每一个结构，其尺寸、位置、公差等信息都应当有功能上的针对性。根据上述理论，本文提出一种零件功能分解建模的方法。该方法将用于建立细分功能后的模块零部件，通过分析零部件上各个结构的功能，采用宏录制和交互对话的方式建立零部件模型，使模块化建模具有更好的可操纵性，使用户需求能够真正随模块化工作自顶而下的贯穿整个设计过程，从而实现高效率研发设计定制产品。

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，是对模型零件图各结构尺寸和位置进行功能性分析，将各零件特征以功能分类，方便后续的建模。在分析零件功能性时，首先要注意的是所建立零件所述模块的划分标准，从而确定本零件哪些尺寸会发生改变而哪些尺寸会进行保留。本文以建立横向模块为目标，所以，例如缝纫机机头沉孔的形式等有关缝纫机主参数的结构其机构尺寸不会发生改变。

3.2 建模原点选定与坐标转换

在模型建立时，要尽量使模型建立的相关尺寸与零件图尺寸保持一致。在使用solidworks API绘图时，其图形和特征尺寸以绝对坐标值给定。这就要求在建模初期考虑绘图原点问题，该零件的设计基准面是上表面和右表面，故在建模时将右上角前端作为原点。当模型原点选定后，需要将零件图上各尺寸转化为相对于原点的绝对坐标。将各尺寸坐标系统统一，能够为用户输入提供很大的方便，同时，将坐标的数值统一为绝对值也为API建模提供良好的基础。

3.3 建模顺序确定

完全采用零件图标注顺序作为建模顺序在此并不适用，因为功能分解建模最终的建模方式是交互对话框输入数据，计算机自动建模，而对话框输入的数据是一些功能参数，这就要求在建模时就要按照分解的功能进行。缝纫机台板模型的建立顺序是：台板整体拉伸——机头沉孔绘制和定位——集线孔绘制和定位——控制箱安装孔绘制和定位——线架孔绘制和定位——机头定位销孔绘制好定位。

4 结论

本文以伺服分离驱动工业平缝机设计为目标，提出了基于零件功能分解的伺服分离驱动工业平缝机模块化设计方法，该方法可以实现工业平缝机在总体方案设计时的快速变型设计。通过这种基于功能分解的模块化设计方法，可以有效提高企业开发能力和效率。

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