論機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成 機電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

　　摘要：本文以工業(yè)電腦繡花機為例，通過分析其設(shè)備組成、結(jié)構(gòu)特點、自控原理，闡明了一個完整的機電一體化產(chǎn)品必須具備的五大結(jié)構(gòu)要素及其對應(yīng)的功能。? 　　關(guān)鍵詞：電腦繡花機；機電一體化系統(tǒng)；功能；結(jié)構(gòu)要素?
　　中圖分類號：TS941.562 文獻標識碼：A??
　　
　　電腦繡花機是隨著電子、計算機、精密機械的發(fā)展和應(yīng)用而產(chǎn)生并成熟起來的一種高自動化、高生產(chǎn)效率的光、機、電相結(jié)合的機電一體化的刺繡設(shè)備。其廣泛用于刺繡、服裝、鞋帽、襪業(yè)、床上用品、窗簾、臺布及針織等行業(yè)�，F(xiàn)以工業(yè)電腦繡花機為例，通過分析其設(shè)備組成、結(jié)構(gòu)特點、自控原理，從理論上闡明，一個完整的機電一體化產(chǎn)品必須具備的五大結(jié)構(gòu)要素及其對應(yīng)的功能。?
　　
　　1 電腦繡花機的工作原理及主要機構(gòu)?
　　
　　1.1 工作原理?
　　工業(yè)電腦繡花機按用戶所需的圖案，通過編程打版，將圖案變成能為電腦識別的信息，通過磁碟將信息傳輸給電腦繡花機，從而完成對織物的刺繡。其工作原理框圖見圖1。?
　　
　　電腦繡花機工作時，主電機通過針桿帶動繡線作上下刺布運動，固定在繡花框內(nèi)的繡品隨步進電機作X、Y方向的移動。兩者的配合在繡品上完成繡花圖案的刺繡。?
　　電腦繡花機主要機構(gòu)有三大部分組成：機械系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)。?
　　1.2 機械系統(tǒng)?
　　機械系統(tǒng)主要由機架部件、箱體部件、刺布機構(gòu)、挑線機構(gòu)、換色機構(gòu)、夾線機構(gòu)、送布機構(gòu)、繡花框部件、手拉開關(guān)箱部件等組成，在此不作詳細介紹。?
　　1.3 傳動系統(tǒng)?
　　主電機為交流滑差電機，根據(jù)繡花圖案針距的長短變化調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。為保證繡花精度，主電機帶有電磁剎車裝置。主電機通過同步齒形帶帶動下軸，下軸通過鏈輪傳動上軸，上軸帶動刺布機構(gòu)和挑線機構(gòu)運動。下軸又通過錐齒輪傳動旋梭及剪線機構(gòu)運動，從而完成繡花底線和面線的鎖套，在織物上形成繡花線跡。?
　　受主控板控制的X方向及Y方向的步進電機，分別帶動幾組同步齒形帶運動，并由齒形夾板帶動繡花框在繡花機臺面上，以一定速度沿X、Y方向移動，保證織物上繡出與繡花圖案完全一致的花型。?
　　換色電機帶動針桿箱移動，替換繡花面線的顏色。?
　　工業(yè)電腦繡花機主傳動系統(tǒng)如圖2所示。?
　　
　　1.4 自控系統(tǒng)?
　　電控系統(tǒng)由電源箱、控制箱、操作鍵盤箱、外圍控制板及執(zhí)行部件組成。?
　　自動控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。?
　　
　　?
　　2 機電一體化產(chǎn)品系統(tǒng)的構(gòu)成?
　　
　　2.1 機電一體化產(chǎn)品的功能構(gòu)成?
　　任何一種產(chǎn)品都是為了滿足人們的某種需要而開發(fā)和生產(chǎn)的，即產(chǎn)品應(yīng)具有相應(yīng)的目的功能。產(chǎn)品不同其目的功能也不同，但所有的機電一體化產(chǎn)品的功能都是要對三大工業(yè)要素――輸入的物質(zhì)、能量和信息進行基本處理，輸出具有所需形式或所需特性的物質(zhì)、能量和信息。如圖4所示。?
　　
　　產(chǎn)品的目的功能是通過其內(nèi)部功能實現(xiàn)的。機電一體化產(chǎn)品一般具備五種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、計測功能、控制功能和構(gòu)造功能。每一種功能又由產(chǎn)品中具體的功能部件加以實現(xiàn)。而傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品一般不完全具備上述五種內(nèi)部功能。?
　　2.2 機電一體化產(chǎn)品的五大基本結(jié)構(gòu)要素?
　　由以上分析可知，機電一體化系統(tǒng)是由下述五個基本結(jié)構(gòu)要素構(gòu)成：?
　　機械本體：包括機身、框架、機械聯(lián)接等在內(nèi)的產(chǎn)品支持結(jié)構(gòu)，屬于基礎(chǔ)部件，實現(xiàn)產(chǎn)品的構(gòu)造功能。要盡量采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，以適應(yīng)機電一體化產(chǎn)品的要求。?
　　
　　動力源：向系統(tǒng)提供能量，并將輸入的能量轉(zhuǎn)換成需要的形式，實現(xiàn)動力功能。要求動力源效率高、可靠性好。?
　　檢測與傳感裝置：包括各種傳感器及其信號檢測電路，用于對產(chǎn)品運行時的內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境進行檢測，提供運行控制所需的各種信息，實現(xiàn)計測功能。要求傳感裝置體積小、檢測精度高、抗干擾、受環(huán)境影響小、安裝與聯(lián)接方便。?
　　控制與信息處理裝置：根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能要求及對傳感器的反饋信息，進行處理、運算和決策，對產(chǎn)品運行施以相應(yīng)的控制，實現(xiàn)控制功能。要求可靠性高、柔性和智能性好。?
　　執(zhí)行機構(gòu)：包括機械傳動與操作機構(gòu)，在控制信息作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產(chǎn)品的主功能，是實現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接參與者。?
　　機電一體化產(chǎn)品的五大其本要素及其功能有對應(yīng)關(guān)系如圖6所示。
　　
　　?
　　3 結(jié)束語?
　　
　　從電腦繡花機這一典型的機電一體化產(chǎn)品的淺析中，不難看出任何一個完整的機電一體化系統(tǒng)必須具備五大結(jié)構(gòu)要素，而這五大基本結(jié)構(gòu)要素之間并非彼此無關(guān)或是簡單拼湊。在結(jié)構(gòu)上，各結(jié)構(gòu)要素通過各種接口與相關(guān)軟件的有機結(jié)合，構(gòu)成一個內(nèi)部合理匹配、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。?
　　從系統(tǒng)外部看，機電一體化產(chǎn)品的輸入/輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看機電一體化產(chǎn)品是由許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素的輸入/輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。
　　在系統(tǒng)工作時，這五大結(jié)構(gòu)要素必須各司其職，互相補充、互相協(xié)調(diào)，才能共同完成該產(chǎn)品所規(guī)定的目的功能。即在機械本體的支持下，由傳感器檢測產(chǎn)品的運行狀態(tài)及環(huán)境變化，將信息反饋給控制及信息處理裝置，通過對各種信息的處理，按系統(tǒng)要求控制動力源驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作。?
　　
　　參考文獻?
　　
　　[1]趙延雯.繡花工藝與設(shè)備[J].武漢科技學(xué)院，2000，（2）.?
　　[2]鄭堤，唐可洪.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

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