基于車床模塊化設計中的應用

1、<p>　　基于車床模塊化設計中的應用</p><p>　　摘要:本文分析模塊化設計和現(xiàn)代技術之間的密切聯(lián)系，并用數(shù)控立式車床的模塊劃分來舉例說明了模塊化設計方法在機械設計中的應用。 </p><p>　　關鍵詞：模塊化設計；功能模塊；機械設計；應用 </p><p>　　Abstract: This paper analyses the close re

2、lationship between the modular design and modern technology, and module dividing vertical CNC lathe to illustrate the application of the modular design method in the mechanical design. </p><p>　　Key words: m

3、odular design; function module; mechanical design; application </p><p>　　中圖分類號：TG518 文獻標識碼：A文章編號： </p><p>　　1、 模塊的劃分與模塊化設計方式 </p><p>　　1.1模塊劃分、接口標準化與組合性和可互換性 </p><p>　　

4、模塊劃分的好壞直接影響到模塊系列設計的成功與否。既要照顧制造和管理方便，避免組合時產生混亂，具有較大的靈活性，又要考慮到模塊系列將來的擴展和向專用、變型產品的輻射。因此必須對系統(tǒng)進行仔細的、系統(tǒng)的功能分析和結構分析，模塊劃分時要注意：（1）模塊在整個系統(tǒng)中的作用及其更換的可能性和必要性；（2）保持模塊在功能及結構方面有一定的獨立性和完整性；（3）模塊間的接合要素便于聯(lián)接與分離；（4）模塊的劃分不能影響系統(tǒng)的主要功能。 </p>

5、;<p>　　模塊劃分原則是：（1）力求以少數(shù)模塊組成盡可能多的產品；（2）在滿足要求的基礎上使產品精度高、性能穩(wěn)定、結構簡單、成本低廉；（3）模塊結構應盡量簡單、規(guī)范，模塊間的聯(lián)系也應盡可能簡單。 </p><p>　　模塊化設計所依賴的是模塊的組合，即結合面，又稱為接口。顯然，為了保證不同功能模塊的組合和相同功能模塊的互換，模塊應具有可組合性和可互換性兩個特征。這兩個特征主要體現(xiàn)在接口上，必須提

6、高模塊標準化、通用化、規(guī)格化的程度。例如，對裝配而言，具有相同功能、不同性能的單元一定要具有相同的安裝基面和相同的安裝尺寸，才能保證模塊的有效組合；在計算機行業(yè)中，由于采用了標準的總線結構，來自不同國家和地區(qū)廠家的模塊，不斷進行精心改進和研究，促使計算機技術達到空前的發(fā)展。 </p><p>　　1.2模塊化設計方式和模塊化系統(tǒng) </p><p>　　1.2.1 模塊化設計的主要方式 &l

7、t;/p><p>　?。?）橫向系列模塊化設計。不改變產品主參數(shù)，利用模塊發(fā)展變形產品。這種方式易實現(xiàn)，應用廣。 </p><p>　　（2）縱向系列模塊化設計。在同一類型中對不同規(guī)格的基型產品進行設計。 </p><p>　?。?）橫向系列和跨系列綜合模塊化設計。除發(fā)展橫系列產品之外，改變某些模塊還能得到其它系列產品者，便屬于橫向系列和跨系列模塊化設計了。 </

8、p><p>　?。?）全系列模塊化設計。全系列包括縱向系列和橫向系列。 </p><p>　　（5）全系列和跨系列模塊化設計。在全系列基礎上用于結構比較類似的跨產品的模塊化設計。 </p><p>　　1.2.2模塊化系統(tǒng)的劃分與功能介紹 </p><p>　　按產品中模塊使用多少，模塊化系統(tǒng)可分為純模塊化系統(tǒng)和混合系統(tǒng)———由模塊和非模塊組成的

9、模塊化系統(tǒng)，機械模塊化系統(tǒng)多是這種類型。按模塊組合可能性多少，模塊化系統(tǒng)可分為：閉式系統(tǒng)，設計時主要考慮到所有可能的方案；開式系統(tǒng)，設計時主要考慮模塊組合變化規(guī)則。模塊要實現(xiàn)一定功能，整個產品系列功能和相應的模塊類型如圖1 所示。 </p><p>　　基本功能是系統(tǒng)中基本的、經常的、重復的、不可缺少的功能，在系統(tǒng)中基本不變的功能。相應模塊稱為基本模塊。 </p><p>　　輔助功能主要

10、指實現(xiàn)安裝和聯(lián)接所需的功能。相應模塊稱為輔助模塊。 </p><p>　　特殊功能是表征系統(tǒng)中某種或某幾種產品特殊的、使之更完善或有所擴展的功能。相應模塊稱為特殊模塊。 </p><p>　　圖1 模塊化產品系統(tǒng)中功能和模塊類型 </p><p>　　適應功能是為了和其它系統(tǒng)或邊界條件相適應所需要的可臨時改變的功能。相應模塊稱為適應模塊。 </p>&

11、lt;p>　　用戶專用功能指某些不能預知的、由用戶特別指定的功能，該功能由于其不確定性和極少重復，由非模塊化單元實現(xiàn)。 </p><p>　　2、模塊化設計的步驟 </p><p>　　模塊化設計分為兩個不同層次，第一個層次為系列模塊化產品研制過程，如圖2所示。第二個層次為單個產品的模塊化設計，如圖3 所示?？偟恼f來，模塊化設計遵循一般技術系統(tǒng)的設計步驟，但比后者更復雜，花費更高，要

12、每個零部件都能實現(xiàn)更多的部分功能。模塊化設計的主要步驟如下： </p><p>　　圖2模塊化產品設計過程 圖3模塊化系列產品研制過程 </p><p>　?。?）市場調查與分析，模塊化設計成功的前提； </p><p>　　（2）進行產品功能分析，擬定產品系列型譜； </p><p>　　（3）確定參數(shù)范圍和主參數(shù)； </p>

13、<p>　?。?）確定模塊化設計類型，劃分模塊； </p><p>　?。?）模塊結構設計，形成模塊庫； </p><p>　?。?）編寫技術文件。 </p><p>　　3 模塊化與其它現(xiàn)代技術的結合 </p><p>　　3.1 模塊化與成組技術在對事物的處理上的共同特點 </p><p>　　模塊化與

14、成組技術都是針對現(xiàn)代生產的多樣化提出的。成組技術主要以零件在形狀、工藝上具有的相似性為其理論依據(jù)，研究并利用有關事物的相似性，把相似的問題歸類成組，通過對相似零件的標準化和規(guī)范化處理，以達到“使小批量的產品具有流水作業(yè)的生產方式”的目的。而模塊化技術也是追求“小批量的系統(tǒng)（產品），中批量的子系統(tǒng)（模塊），大批量的元素（零件）”的效果，也利用機床部件在功能上的相似性，把那些具有相似功能的部件經過統(tǒng)一、歸并和簡化而形成模塊。兩者在對事物的處

15、理上有以下共同點：集中處理具有相似性和重復性的事務；把具有一定相似性和重復性的事物標準化、規(guī)范化；信息的重復使用。成組技術在結合計算機技術的條件下，在工藝設計和制造中取得了很大的進展。模塊化技術也將具有這個特點。 </p><p>　　3.2 模塊化與柔性制造技術 </p><p>　　柔性制造技術以生產多樣化、快節(jié)奏為目標，強調系統(tǒng)對生產反應的靈活性和自身的多變性和可變性。模塊化正好為實

16、現(xiàn)柔性技術這一要求提供了現(xiàn)實依據(jù)，模塊化技術在利用通用模塊解決機床共性之后，集中精力解決個性問題，并用“以最少的模塊組合成最多的機床”這一指導思想來實現(xiàn)多樣化的要求，當以機床為生產工具時，則利用其模塊的特性，一機多用，一模多用，通過機床模塊的重新組合，達到系統(tǒng)的柔性要求。應用模塊化技術，從硬件上實現(xiàn)系統(tǒng)的柔性是目前國內外制造業(yè)的一個重要研究方向。 </p><p>　　3.3模塊化與計算機輔助技術 </p&

17、gt;<p>　　將計算機輔助技術（CAD、CAPP、CAM）和數(shù)據(jù)庫技術引入模塊化技術，在一定程度上替代人類完成大量人工無法完成的復雜計算和重復性工作，且在穩(wěn)定性、一致性、條理性等到方面超過了人類。另一方面，通過模塊化方法，把復雜系統(tǒng)分解成相對簡單的子系統(tǒng)，對各子系統(tǒng)應用計算機技術，可充分發(fā)揮計算機的強大功能。 </p><p>　　4 模塊化設計技術的應用 </p><p&g

18、t;　　數(shù)控立式車床的模塊劃分是指對機床進行功能分析與結構分析，合理劃分具有某一或某些功能的結構單元。因此，模塊劃分合理與否是模塊化設計成敗的關鍵。 </p><p>　　4.1 數(shù)控立式車床模塊劃分原則 </p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有立式車床的結構形式和模塊化要求，模塊劃分原則可總結如下：以獨立的功能單元作為模塊，即對于已分解的功能單元在結構上盡可能做到獨立化，這樣的模塊易于拼組和搭配，

19、便于構成多種變形產品；以部件作為模塊，這樣的模塊具有完整性，容易保證裝配質量；以組件作為模塊，功能分解細化后，還可進一步將部件中的某些組件模塊化，通過更換或取舍組件或一些零件，可以使部件具有不同用途和性能。這比更換整個部件要經濟靈活。在模塊劃分過程中，還要重視機床大件（基礎件）的模塊化，大件的結合要素要規(guī)范，便于聯(lián)接與分離。同時，要考慮在模塊中留有一定的發(fā)展空間，以便引入新技術時不會阻礙模塊的結構。 </p><p&

20、gt;　　4.2 數(shù)控立式車床的功能分解 </p><p>　　在進行模塊劃分時，必須從數(shù)控立式車床的總功能出發(fā)，把總功能分解成相對獨立的分功能，分功能繼續(xù)分解至不宜再分時就構成功能元，功能元是組成總功能或分功能的最基本單元，常與一定的功能模塊相對應。在進行總功能分解時，應考慮用戶的要求和實現(xiàn)總功能所必需的分功能，由于用戶條件各不相同，所確定的機床規(guī)格及性能也會不同，其模塊的組成也會有很大的差異。對于單柱數(shù)控立式

21、車床CK 系列來說，其總功能為車削，可以車削內外圓柱、內外圓錐、溝槽、平面、螺紋以及各種旋轉曲面體。而對單柱數(shù)控車銑加工中心CX系列來說，除了上述的車削外，還必須具備有銑鏜功能，這些功能可以按傳動功能、執(zhí)行功能、支承功能、輔助功能和監(jiān)測等分功能進一步分解。 </p><p>　　4.3 數(shù)控立式車床的模塊劃分 </p><p>　　通過對總功能進行分解，可以看出某一或某些功能與實現(xiàn)某一或某

22、些功能的模塊存在對應關系。其中有單一模塊實現(xiàn)某一功能，即一一對應關系；某一功能由多個模塊來實現(xiàn)，即單對多的關系；某些多個功能由一個模塊來實現(xiàn)，即多對單的關系。如圖4所示。 </p><p>　　圖4功能與模塊映射關系 </p><p>　　根據(jù)功能與模塊的映射關系，考慮整個數(shù)控立式車床系列的特點和結構型式，運用模塊劃分原則，可以得到數(shù)控立式車床較為通用的模塊劃分。數(shù)控立式車床分為傳動模塊、