摘要：本文以工業(yè)電腦繡花機為例，通過分析其設備組成、結構特點、自控原理，闡明了一個完整的機電一體化產品必須具備的五大結構要素及其對應的功能。? 　　關鍵詞：電腦繡花機；機電一體化系統(tǒng)；功能；結構要素?
　　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)展和應用而產生并成熟起來的一種高自動化、高生產效率的光、機、電相結合的機電一體化的刺繡設備。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，通過分析其設備組成、結構特點、自控原理，從理論上闡明，一個完整的機電一體化產品必須具備的五大結構要素及其對應的功能。?
　　
　　1 電腦繡花機的工作原理及主要機構?
　　
　　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、挑線機構、換色機構、夾線機構、送布機構、繡花框部件、手拉開關箱部件等組成，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節(jié)電機的轉速。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，上軸帶動刺布機構和挑線機構運動。下軸又通過錐齒輪傳動旋梭及剪線機構運動，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 機電一體化產品系統(tǒng)的構成?
　　
　　2.1 機電一體化產品的功能構成?
　　任何一種產品都是為了滿足人們的某種需要而開發(fā)和生產的，即產品應具有相應的目的功能。產品不同其目的功能也不同，但所有的機電一體化產品的功能都是要對三大工業(yè)要素――輸入的物質、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、能量和信息。如圖4所示。?
　　
　　產品的目的功能是通過其內部功能實現(xiàn)的。機電一體化產品一般具備五種內部功能，即主功能、動力功能、計測功能、控制功能和構造功能。每一種功能又由產品中具體的功能部件加以實現(xiàn)。而傳統(tǒng)的機械產品一般不完全具備上述五種內部功能。?
　　2.2 機電一體化產品的五大基本結構要素?
　　由以上分析可知，機電一體化系統(tǒng)是由下述五個基本結構要素構成：?
　　機械本體：包括機身、框架、機械聯(lián)接等在內的產品支持結構，屬于基礎部件，實現(xiàn)產品的構造功能。要盡量采用新結構、新材料、新工藝，以適應機電一體化產品的要求。?
　　
　　動力源：向系統(tǒng)提供能量，并將輸入的能量轉換成需要的形式，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，用于對產品運行時的內部狀態(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，對產品運行施以相應的控制，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：包括機械傳動與操作機構，在控制信息作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產品的主功能，是實現(xiàn)產品目的功能的直接參與者。?
　　機電一體化產品的五大其本要素及其功能有對應關系如圖6所示。
　　
　　?
　　3 結束語?
　　
　　從電腦繡花機這一典型的機電一體化產品的淺析中，不難看出任何一個完整的機電一體化系統(tǒng)必須具備五大結構要素，而這五大基本結構要素之間并非彼此無關或是簡單拼湊。在結構上，各結構要素通過各種接口與相關軟件的有機結合，構成一個內部合理匹配、外部效能最佳的完整產品。?
　　從系統(tǒng)外部看，機電一體化產品的輸入/輸出是與人、自然及其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內部看機電一體化產品是由許多接口將系統(tǒng)構成要素的輸入/輸出聯(lián)系為一體的系統(tǒng)。
　　在系統(tǒng)工作時，這五大結構要素必須各司其職，互相補充、互相協(xié)調，才能共同完成該產品所規(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)要求控制動力源驅動執(zhí)行機構工作。?
　　
　　參考文獻?
　　
　　[1]趙延雯.繡花工藝與設備[J].武漢科技學院，2000，（2）.?
　　[2]鄭堤，唐可洪.機電一體化設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

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