依據(jù)系統(tǒng)的功能，對(duì)其進(jìn)行若干模塊的分解，同時(shí)在模塊不同方式的組合中，促使不同規(guī)格、品種的產(chǎn)品生產(chǎn)和制造是模塊化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，模塊化設(shè)計(jì)同時(shí)與柔性加工技術(shù)、成組技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)同一功能的單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其成為可互換且性能不同的模塊，從而形成不同規(guī)格產(chǎn)品的重新生產(chǎn)和應(yīng)用，在一定意義上，促使了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展和創(chuàng)新。

一、模塊化的概念

    （一）模塊的劃分及設(shè)計(jì)方式

    對(duì)于模塊系列的設(shè)計(jì)，模塊的合理劃分非常重要。一方面，考慮管理與制造的方便，對(duì)組合可能產(chǎn)生的混亂進(jìn)行避免，使其具備一定的靈活特性；另一方面，還要考慮模塊系列的擴(kuò)展及變型產(chǎn)品的輻射。所以，對(duì)于整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須要對(duì)結(jié)構(gòu)要素和功能要素進(jìn)行全面考慮，其中，劃分所應(yīng)注重的內(nèi)容包括：整個(gè)系統(tǒng)中，模塊的作用及更換的必要性；其功能、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須具備完整性與獨(dú)立性；便于模塊接合要素的分離與聯(lián)接，且模塊的劃分不能對(duì)系統(tǒng)的主要功能造成影響。劃分原則為：盡量控制模塊的組成數(shù)量，并促使更多產(chǎn)品的組成，且在滿(mǎn)足基本功能、結(jié)構(gòu)要求的基礎(chǔ)上，形成成本低廉、性能穩(wěn)定的高精度產(chǎn)品，同時(shí)確保模塊結(jié)構(gòu)的規(guī)范與模塊聯(lián)系的設(shè)置趨于簡(jiǎn)單化。模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要的核心內(nèi)容是模塊的組合，同時(shí)又稱(chēng)為接口。顯而易見(jiàn)，相同功能模塊的互換、不同功能模塊的組合都是模塊化設(shè)計(jì)的主要形式，這也就決定了模塊的可互換性及可組合性?xún)蓚�(gè)主要特征。而這兩個(gè)主要特征，通常在接口上有所體現(xiàn)，進(jìn)一步促使模塊規(guī)格化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高也就具有重要意義。

    （二）設(shè)計(jì)步驟

    模塊化產(chǎn)品的研制過(guò)程和設(shè)計(jì)過(guò)程是模塊化設(shè)計(jì)的兩個(gè)不同層次，而實(shí)質(zhì)的模塊化設(shè)計(jì)所遵循的設(shè)計(jì)步驟與一般技術(shù)系統(tǒng)類(lèi)似，與一般技術(shù)系統(tǒng)相比只是更為復(fù)雜，所需的成本費(fèi)用也比較的高，對(duì)于每個(gè)零部件的功能發(fā)揮，都不能是單一的。其主要步驟為：①對(duì)市場(chǎng)的具體情況進(jìn)行調(diào)查和分析，而這則是促使模塊化設(shè)計(jì)順利實(shí)施的基礎(chǔ)工作；②對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品功能進(jìn)行分析，同時(shí)擬定產(chǎn)品的系列型譜；③依據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)重要的參數(shù)范圍及主參數(shù)進(jìn)行確定；④通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)類(lèi)型的確定，對(duì)產(chǎn)品模塊進(jìn)行合理劃分；⑤對(duì)模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，促使模塊庫(kù)的有效形成；⑥對(duì)產(chǎn)品模塊相關(guān)的技術(shù)文件進(jìn)行編寫(xiě)。

二、模塊化設(shè)計(jì)的技術(shù)研究

    （一）與柔性制造技術(shù)的結(jié)合

    柔性制造技術(shù)的目標(biāo)是快節(jié)奏、多樣化生產(chǎn)，系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)反應(yīng)的多變性、可變性及靈活性是其強(qiáng)調(diào)的主要內(nèi)容。針對(duì)柔性技術(shù)這一要求的實(shí)現(xiàn)，模塊化正好能夠?qū)ο嚓P(guān)的重要依據(jù)進(jìn)行提供。對(duì)于模塊化技術(shù)而言，其通過(guò)通用模塊的利用對(duì)機(jī)床共性問(wèn)題進(jìn)行解決，能夠取得一定的效果；而對(duì)于個(gè)性問(wèn)題的解決，仍能夠集中精力，使最少模塊組合原則實(shí)施的基礎(chǔ)上，促使更多機(jī)床的有效形成，從而滿(mǎn)足柔性制造技術(shù)的多樣化要求。以機(jī)床為生產(chǎn)工具，可對(duì)其模塊的特性進(jìn)行合理運(yùn)用，促使一機(jī)或一模多用的形成。重新對(duì)機(jī)床模塊進(jìn)行組合，可最大程度的滿(mǎn)足系統(tǒng)的柔性要求。而依據(jù)模塊化技術(shù)的運(yùn)用，在硬件方面促使系統(tǒng)柔性特征的實(shí)現(xiàn)，也是機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)重要的研究方向之一。

    （二）成組技術(shù)的處理特點(diǎn)

    現(xiàn)代生產(chǎn)的多樣化，在成組技術(shù)與模塊化方面都有體現(xiàn)。其中，成組技術(shù)的理論依據(jù)是零件工藝、形狀方面的相似性，對(duì)相關(guān)事物的相似性進(jìn)行研究，同時(shí)對(duì)其歸類(lèi)成組，在規(guī)范化處理和標(biāo)準(zhǔn)化處理的基礎(chǔ)上，對(duì)小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)行流水作業(yè)生產(chǎn)方式的改進(jìn)和轉(zhuǎn)化。對(duì)于模塊化技術(shù)而言，類(lèi)似于大批量元素、中批量子系統(tǒng)、小批量系統(tǒng)的效果實(shí)現(xiàn)也是其追求的重要方向，通過(guò)對(duì)機(jī)床部件相似性功能的運(yùn)用，對(duì)相關(guān)性的功能部件進(jìn)行統(tǒng)一和簡(jiǎn)化，從而促使模塊的整體化形成。兩種技術(shù)對(duì)于事物的處理，存在著共同的特點(diǎn)，如對(duì)具有相似性的事物進(jìn)行集中處理；規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化處理重復(fù)性事物；重復(fù)對(duì)信息進(jìn)行使用等。同時(shí)，成組技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合也越來(lái)越普遍，工藝設(shè)計(jì)、制造方面的進(jìn)展也是非常巨大，而作為模塊化技術(shù)，將要發(fā)展的方向也是這一內(nèi)容。

    （三）計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)

    模塊化技術(shù)當(dāng)中，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，所取得的效果非常突出，一定程度上，大量的、復(fù)雜的重復(fù)性工作和計(jì)算都能夠得到有效的處理和解決，與人工相比，其條理性、一致性、穩(wěn)定性的超越是顯著且優(yōu)越的。此外，利用模塊化方法，對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行分解，使其形成簡(jiǎn)單的子系統(tǒng)，同時(shí)在各子系統(tǒng)當(dāng)中對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用，其計(jì)算機(jī)功能的發(fā)揮是非常巨大的。

三、模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用探究

    （一）數(shù)控立式車(chē)床模塊的劃分

    模塊劃分原則的確定依據(jù)是立式車(chē)床的模塊化要求和結(jié)構(gòu)形式，主要包含的內(nèi)容為以下幾點(diǎn)：1.獨(dú)立的功能單元作為模塊，在結(jié)構(gòu)方面促使已分解功能單元的獨(dú)立化，從而形成的模塊在搭配、拼組過(guò)程中，操作非常的簡(jiǎn)便，對(duì)于多種變形產(chǎn)品的構(gòu)成也有重要作用。2.部件作為模塊，使其形成一定的完整性，裝配質(zhì)量的確保就能夠得到實(shí)現(xiàn)。3.組件作為模塊，分解并細(xì)化功能后，同樣能夠?qū)Σ考�中的組件進(jìn)行模塊化處理，在零件更換的基礎(chǔ)上，促使部件不同性能與用途的發(fā)揮和實(shí)踐。由此形成的組合方式，與整個(gè)部件的更換相比，要更為靈活。模塊劃分過(guò)程中，機(jī)床大件的模塊化也要引起注意，規(guī)范大件的結(jié)合要素，使分離與聯(lián)接更為容易。當(dāng)然，模塊的發(fā)展空間也非常重要，只有這樣，新技術(shù)的引入才不會(huì)受到模塊結(jié)構(gòu)的阻礙。

    （二）車(chē)床的功能分解

    劃分模塊的過(guò)程中，要以數(shù)控立式車(chē)床的總功能為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行分解促使獨(dú)立功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)分功能繼續(xù)進(jìn)行分解直至形成功能元。功能元作為基本單元，對(duì)分功能、總功能的組成非常重要，通常與功能模塊為對(duì)應(yīng)關(guān)系。分解總功能時(shí)，必須對(duì)總功能中分功能的實(shí)現(xiàn)及用戶(hù)的要求進(jìn)行全面考慮。而用戶(hù)條件的不同使得機(jī)床規(guī)格及性能的確定也有所不同，而模塊的組成產(chǎn)生的效用差異也是巨大的。車(chē)削是單柱數(shù)控立式車(chē)床的總功能，可對(duì)螺紋、平面、溝槽、內(nèi)外圓錐及各種旋轉(zhuǎn)曲面體進(jìn)行車(chē)削。而單柱數(shù)控車(chē)銑加工中心除車(chē)削功能外，還具備有良好的銑鏜功能，通過(guò)輔助功能、支承功能、執(zhí)行功能、傳動(dòng)功能可對(duì)其進(jìn)行細(xì)化和分解。

    （三）車(chē)床的模塊劃分

    分解總功能，其功能與實(shí)現(xiàn)功能的模塊具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如通過(guò)單一模塊促使某一功能的實(shí)現(xiàn)；多個(gè)模塊共同促使某一功能的實(shí)現(xiàn)；某一個(gè)模塊促使多個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)；其分別為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系、單對(duì)多的關(guān)系、多對(duì)單的關(guān)系。如圖1所示。

    圖1 功能與模塊的映射關(guān)系

    依據(jù)模塊與功能的映射關(guān)系，對(duì)數(shù)控立式車(chē)床的結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)進(jìn)行考慮，通過(guò)模塊劃分原則的運(yùn)用，可對(duì)通用的模塊進(jìn)行劃分。其可分為監(jiān)測(cè)模塊、輔助模塊、支承模塊、執(zhí)行模塊以及傳動(dòng)模塊，同時(shí)還能夠繼續(xù)進(jìn)行細(xì)化和分解。分析同一功能的模塊，其結(jié)構(gòu)與用途存在著差異而，而相同接口結(jié)構(gòu)模塊的形成，在結(jié)構(gòu)模塊的組合過(guò)程中，可以促使不同性能與用途的數(shù)控立式車(chē)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。

結(jié)束語(yǔ)

    總而言之，模塊化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)用，使產(chǎn)品的精度和性能穩(wěn)定不斷提升，形成成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)械產(chǎn)品。而隨著規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度的進(jìn)一步提高，模塊的互換也就變得更為可能，其機(jī)械化設(shè)計(jì)與制造水平也會(huì)得到進(jìn)一步提高。
 

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本文標(biāo)題：模塊化設(shè)計(jì)方法技巧在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探究

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