1、 基于 Pro/E 的绣花机的设计与运动仿真 摘要 ： 绣花机广泛 应用于纺织行业中， 随着我国纺织行业的快速发展，绣花机市场将 面临着巨大的机遇 ， 传统的设计方法 已 不 能满足 市场的需要 。 为了适应社会的发展，本文对绣花机的结构特点和 原理 进行 了分析 ， 在 Pro/E 零件设计模块下建立万向链式缝纫机的所有零件，然后在其 Mechanism 模块下建立各零件间的连接及装配自由度 ，对输入轴添加相应马达来产生与实际情况相同的运动，再对 样机 做运动分析，观察和记录分析过程中的一些测量 值 ， 以便对其结构进行改进及优化。 该设计 可以有效降低成本，缩减产品 的研发周期， 提高了设
2、计效率，为新产品的开发奠定了基础 。 关键词 ：绣花机； 设计方法 ； Pro/E； 虚拟装配 ；运动 仿真 Design and Motion Simulation of the Embroider Machine Based on Pro/E Abstract: Embroidery machine is widely used in textile industry,with the rapid development of Chinas textile industry,embroidery machine market will be faced with great opportu
3、nities, the traditional design methods can not meet the needs of the market. To meet the social development, this paper will analyze the embroidery machine structural characteristics and principle ， design all universal chain sewing machine parts by part design module in Pro/E, and then add connecti
4、ons between the various parts and assembly flexibility under the Mechanism module , add the corresponding input shaft motor to produce the same movement with the actual situation, and then do motion analysis to the prototype, observed and record some of the testing process ,what are to improve and o
5、ptimize its structure. The design can effectively reduce costs, shorten the production development cycles, improve efficiency and the new Foundation for the development of products. Key word: Embroider Machine； Design Methods； Pro/E； Virtual Assembling； Motion Simulation 目 录 1 绪论 . 1 1.1 本课题研究的背景 .
6、1 1.2 研究的目的及意义 . 3 1.3 本课题研究的主要内容 . 3 1.4 本章小结 . 3 2 绣花机总体设计及三维零件建模 . 4 2.1 PRO/E 在工业设计中的应用 . 4 2.3 绣花机的总体设计 . 5 2.4 绣花机零件的三维设计 . 5 2.4.1 机头架组件的三维设计 . 6 2.4.2 转向机构组件的三维设计 . 15 2.4.3 弯针操作 曲柄组件的三维设计 . 18 2.4.4 机架的三维设计 . 20 2.4.5 锥齿轮的参数化设计 . 21 2.4.6 其他零件的三维设计 . 26 2 5 本章小结 . 30 3 绣花机的总体装配 . 31 3.1 装配概
7、述 . 31 3.2 绣花机的装配过程 . 33 3.2.1 机头组件装配 . 33 3.2.2 转向机构装配 . 34 3.2.3 弯针操作组件装配 . 35 3.3 总装配 . 36 3.4 本章小结 . 36 4 绣花机的运 动仿真 . 37 4.1 运动仿真的概述 . 37 4.2 绣花机的运动仿真分析 . 38 4.3 绣花机运动干涉检验 . 39 4.4 伺服电机的设定 . 39 4.5 运动仿真动画的制作 . 39 4.6 仿真分析 . 41 4.7 针迹模拟 . 43 4.7.1 矩形针迹仿真 . 43 4.7.2 圆形针迹仿真 . 44 4.8 本章小结 . 45 5 本文总
8、结 . 46 致 谢 . 47 【参考文献】 . 48 附 录 . 49 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 1 页 装 订 线 1 绪论 1.1 本课题研究的背景 绣花机从无到有，从简单到复杂，经历了漫长的过程，而 国内绣花机的发展现状是 ： 中国既是世界缝制设备最大消费国，也是最大生产国。目前，中国工业缝纫机产量已占世界总产量的 40%，出口量占世界销售量的 20%。其中，高速平缝机、高速包缝机、圆头平缝机、电动裁剪机、电脑刺绣机等产品已完全可替代进口。如 “ 上工 ” 、“ 标准 ” 、 “ 华南 ” 、 “ 飞跃 ” 、 “ 达美 ” 等品牌。在内外已具有很高的声望。另外，合资企业的
9、产品，也已大量返销世界各国，使我国有望发展成为世界缝制设备制造、销售中心。 在绣花机领域，目前世界上著名的电脑绣花机品牌有日本田岛（ TAJIMA）公司 TMEF-H620型、日本百灵达 (BARUDAN)公司 BEMRH-YS-20型 、日本兄弟 (BROTHER)公司 BAS-423 型、德国蔡斯克 (ZSK)公司 174-12 型、德国百福 (PFAFF)公司的KSM22112/260 型等。与这些大型国际公司相比，我国目前电脑刺绣机与他们还存 在较大的差距，尤其是在机械加工方面，在结构、精度、寿命以及噪音等方面亟待提高和改进。目前国内绣花机产业的现状是生产厂家多、标准不统一、生产混乱、
10、竞争无序。这些主要表现在以下几个方面： 1.企业组织上 国内电脑绣花机生产企业约八十多家，主要分布在北京、上海、山东、江苏、浙江、广东和福建一带，年产多头电脑刺绣机总量约 10000 台。在这些企业中，除了中国标准缝纫机公司、中国长城光学仪器厂、上海协昌缝纫机厂、青岛电脑刺绣机总厂、武汉美佳服装机械厂等部分厂家具有较大生产和开发规模外，其他很多都是简单的组装生产，技术和 服务都很难得到保证，从而造成市场一定程度的混乱。 2.机械的生产上 电脑绣花机属于机电结合的高科技产物，其电路部分主要是对机械部分进行控制，从而产品精度很大程度上取决于机械生产及装配的精度。由于当前国内大部分绣花机生产厂家并不
11、直接生产全部零部件，而是采取外协的方式，在一些配件厂订购，这样就很难对零部件的质量进行很好的控制。在装配过程中，由于电脑绣花机在精度上的严格要求，很难实现装配的自动化，只能由熟练装配师手工操作。这也就是说，装配的质量完全取决于装配师的技术水平，在这种情况之下装配的精度也比较难于控制。 3.电路控制部分 绣花机的电路部分相当于人的大脑及神经，绣花机的诸多功能很大程度上都是由电路部分决定。当前国内有能力开发电控部分的厂家寥寥无几，这襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 2 页 装 订 线 当中以北京精大豪电脑控制设备有限公司的产品为最，其产品在国内外已处于较为先进的地位。大部分电脑绣花机厂家产品的
12、电控部分均为精大豪的产品。 近年来，从国际大型的展览会上可以看到，国内外电脑刺绣机的品种和技术的发展也越来越快，质量水平也越来越高，竞争也越来越激烈。随着加入 WTO，日本、德国和韩国的电脑刺绣机将对我国电脑刺绣机发展构成一定的威胁，作为中国电脑刺绣机行业如 何定位，如何抓住发展的机遇，缩短与国际水平的差距，都是我们当前面临的重大课题。在市场竞争中，如何规范国内市场秩序，维护行业整体利益，也需要我们电脑刺绣机企业共同作出努力，通过有序竞争，来促进我国电脑刺绣机行业的健康发展。 总之， 绣花机的发展趋势就是高效、稳定、多功能 。 本样机取自于武汉美佳服装机械股份有限公司制造的 GY10 1 型万
13、向上链式绣花机 。 采用钩针钩线，万向上送料机构，形成单线上链式线迹。该机具有结构合理，操作轻松灵活，维修方便，润滑系统完备等特点。适用于女用外衣和套装、女帽、制服、窗帘和帐帏等装饰 的制 造。 其图像如 图 1.1。 图 1.1 GY10 1 型万向上链式绣花机 本课题将在 Pro/E 零件设计模块下建立万向链式缝纫机的所有零件，然后在其Mechanism 模块下建立各零件间的连接及装配自由度、对输入轴添加相应马达来产生与实际情况相同的运动，再对机器的部件做运动分析， 最终对样机运动进行分析，观察和记录分析过程中的一些测量量，如位置、速度、加速度、力、测量图标，以及建立表示零部件运动行为的轨
14、迹曲线，运动包络线和运动干涉，以便研究机构模型。 如此能方便地得到准确的结果，且能灵活的改变运动方式，向最佳运动效果逼 近，以便对其 结构 进行改进 及优化 。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 3 页 装 订 线 1.2 研究的目的及意义 随着我国纺织行业的快速发展，绣花机 市场将面临着巨大的机遇，传统的设计方法已不能满足市场的需要。为 适应社会的发展， 该课题通过对绣花机的结构特点和原理进行 分析， 应用 Pro/E 三维软件高级建模技术和机构运动仿真功能对绣花机进行三维建模 、 虚拟装配以及运动仿真 ， 再对样机 进行 运动分析，观察和记录分析过程中的一些测量值，以便对其结构进行改进
15、及优化。通过该课题 的研究 ，全面而广泛地了解当前国内外相关领域的最新发展动态，对所学知识有进一步的认识和了解。 该设计可以有效降低 成本，缩减产品的研发周期，提高 设计效率，为新产品的开发奠定了基础。 本课题的研究也具有一定的现实意义： 1）可以培养学生的现代化设计理念。 2）提高学生的形象思维和创造性思维能力及创新设计能力。 3）有利于培养良好的工程素质。 4）通过毕业论文的写作，提高学生独立完成任务的能力及自学能力，进一步提高文献检索和信息处理能力。 1.3 本课题研究的主要内容 本课题以绣花机为研究对象， 利用 Pro/E 软件来完成绣花机的各个零部件的 设计 ，并且 利用 Pro/E
16、的装配模块对各个零部件进行装配 ，同时 利用 Pro/E的 运动 仿真模 块对装配好的机构进行仿真分析 ，模拟机构的实际运动，便于以后的改进和结构优化， 为新产品的开发奠定了基础。 课题基本结构： （ 1）绣花机总体结构设计。 （ 2）绣花机的主要零件的三维造型设计。 （ 3）绣花机结构方案的优化设计。 （ 4）绣花机的三维装配。 （ 5）绣花机的运动仿真 1.4 本章小结 本章主要对课题的研究目的和意义及主要内容进行了说明，通过对这些问题的分析和探讨 ,更加深入了解对课题研究的必要性。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 4 页 装 订 线 2 绣花机总体设计及三维零件建模 2.1 Pro
17、/E 在工业设计中的应用 一、 设计方法概述 现在产品的竞争越来 越激烈，如何缩短产品的开发周期，及时推出适合市场的新产品成为各大公司共同关心的问题。 Pro/E 软件以其强大的造型及结构设计功能在产品的开发设计中得到越来越广泛的应用，为有效缩短产品的开发周期提供了条件。 使用 Pro/E软件进行虚拟产品设计总的来说有两种设计方法，它们分别是由底向上的产品设计和自顶向下的产品设计。 由底向上的产品设计就是先设计好产品的各个零部件，然后再把各个零部件逐一装配成完整产品的设计方法。由底向上的产品设计方法是一种比较简单、低级的方法，其设计思路比较清晰，设计原理也比较容易被广大用户接受 。 但是其设计
18、理念还不够先进，设计方法还不够灵活，还不能完全适应现代设计的基本要求。这种方法主要使用于一些已经比较成熟的产品设计过程，可以获得比较高的设计效率。 由顶向下的装配设计与由底向上的设计方法正好相反。设计时，首先从整体上画出产品的整体结构关系或创建装配体的二维零件布局关系图，然后再根据这些关系或布局逐一设计出产品的零件模型。 在现代的虚拟产品设计中，往往都是先设计出整个产品的外在概念和功能概念后，逐步对产品进行设计上的细化直至单个零件。 二、 Pro/E 设计工作流程 1. 机构总体分析 根据机构功能参数 进行产品的总体设计。 2. 创建零件模型 使用各种特征实体工具创建所需要的零件模型。 3.
19、零件的基本特征修改 零件模型是否满足要求，不满足重新修改便更。 4. 组装零件模型 使用装配命令组装零件模型，生成连接。 5. 产品 机构 仿 真设计 进行设计计算，有限元分析，优化设计，仿真分析，材料分析 等。 6. 产品变更设计 如不能满足要求，需再次修改设计，进行各零部件的装配。 7. 输出结果。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 5 页 装 订 线 2.3 绣花机的总体设计 绣花机主要由机头组件，转向机构，弯针操作组件、机架、带轮轴、带轮、皮带轮滑动轴轴套、上轴、弯针驱动凸轮、弯针操作连杆、线机 旋转齿轮轴、和线机旋转齿轮轴相装配的两对锥齿轮、机针驱动凸轮、机针驱动凸轮滚珠及滚珠销
20、，弯针驱动球及球组件、机头定位销、机头固定螺钉、压脚杆连接轴螺钉、针板、机头轴套等部分组成。 该机采用上钩针钩线、下弯针形成线环、万向上送料机构、形成单向上链式线迹。 针杆机构由曲柄滑块机构组成，它将主轴的旋转运动，变成针杆的上，下往复运动。主要完成刺料，钩线等工作。 弯针机构由曲柄连杆机构组成，将主轴的旋转运动转化成弯针的摆动，主要完成线环的工作。 送料抬牙机构由曲柄滑块机构组成，主要完成缝料的 移送 工作。 万向送料机构由 组 锥 齿轮组成，负责改变缝料 移送 的方向。 图 2.1 绣花机样机 总 图 2.4 绣花机零件的三维 设计 绣花机零件众多， 主要分别是机头 组件 ，弯针驱动 组
21、件和转向机构组件 和机架 、带轮、 齿轮等近百个零件组成 。 Pro/E 的 各种基础特征的创建方法都得到了 充分 应用。 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 6 页 装 订 线 2.4.1 机头架组件的三维 设计 机头主要由： 机头支架， 针杆套轴，送料导向轴，压脚提升杆，针架压紧调节螺钉，压脚压紧杆，压脚压力调节螺钉，针杆套轴齿轮，送料轴，送料轴前齿轮，压脚杆连接轴，送料导向托架， 针杆驱动滑套 ，送料架，压脚扳手，送料曲柄， 针杆曲柄，压脚提升 曲柄，针夹， 针架提升导架 ， 送料导向托杆架导块盖 ， 压脚 等 零件 组成。 1、机头架组件的主要零件 的 结构 设计 （ 1） 机头支架 利用拉伸，剪切 ，倒角 等命令完成三维建模。其结构图 2.2如下所示： 图 2.2 机头支架结构图 （ 2） 针架提升导杆 利用拉伸，剪切 ，倒角 等命令完成三维建模。其结构图 2.3 如下所示： 襄樊学院 毕业设计（论文）报告纸 第 7 页 装 订 线 图 2.3 针架提升导杆结构图 （ 3） 压脚提升导杆 利用拉伸，剪切，倒角完整三维建模，其结构图如下 2.4： 图 2.4 压脚提升导杆 结构图 （ 3） 针杆驱动滑套 利用拉伸，倒 圆角，剪切 完成三维建模。其结构图 2.5 如下：
