張嘯

摘 要：在機(jī)械設(shè)計(jì)中，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法可以提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，但是目前模塊化設(shè)計(jì)存在明顯的不足。因此，對模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，且探討其應(yīng)用具有重要的意義。本文在探究模塊設(shè)計(jì)方法、步驟以及技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，希望可以為機(jī)械設(shè)計(jì)的模塊化技術(shù)應(yīng)用帶來一定的借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：模塊設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號： THl2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）03-173-2

0 引言

機(jī)械設(shè)計(jì)是工業(yè)發(fā)展的重要組成部分，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，模塊化的設(shè)計(jì)方法是提升設(shè)計(jì)效率的重要方式。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，依然存在較多的缺陷，且隨著科技的不斷發(fā)展，模塊化設(shè)計(jì)方式必然會隨著科技的進(jìn)步而不斷創(chuàng)新。在此情況下，加強(qiáng)對模塊化設(shè)計(jì)方法的研究，并且探究其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要的意義。

1 模塊化設(shè)計(jì)方法

1.1 模塊劃分

在模塊化設(shè)計(jì)方法中，其決定設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量與效率，其需要在保證產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，最大程度的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，在劃分過程中，需要注意以下幾點(diǎn)原則：第一，在模塊化過程中，需要保證整體的性能；第二，在模塊化的設(shè)計(jì)中，需要保證結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性；第三，需要保證功能的完整性；第四，需要保證連接部分的合理性；第五，需要最大程度地控制模塊的數(shù)量；第六，需要滿足精度、性能、成本以及結(jié)構(gòu)等多樣化的形式；第七，需要保證機(jī)構(gòu)的簡單特點(diǎn)。

在模塊化的設(shè)計(jì)中，為了保證系統(tǒng)的整體使用性能，需要根據(jù)實(shí)際情況，保證系統(tǒng)的功能模塊的組合性以及互換性[1]，例如在裝配產(chǎn)品的過程中，對于具有相同功能的單元，需要保證其具有相同的基面和尺寸，這樣才可以有效地將不同的零部件組合起來，形成相應(yīng)的模塊[2]?？傊谀K的劃分中，需要在保證整體功能的基礎(chǔ)上，最大程度地降低模塊的數(shù)量。另外，在組合的過程中，要保證組合的不同部件具有相同的功能，并且處于同一個(gè)基面中。這樣才可以最大程度地通過模塊化設(shè)計(jì)來提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

1.2 設(shè)計(jì)方式與功能分析

1.2.1 設(shè)計(jì)方法

模塊的設(shè)計(jì)方法主要包括橫向、縱向和混合三種方式，在設(shè)計(jì)過程中，橫向的設(shè)計(jì)主要是指不改變參數(shù)的情況下，對模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此來提升設(shè)計(jì)質(zhì)量；縱向設(shè)計(jì)主要是指對不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)；混合設(shè)計(jì)是為了滿足客戶的需求，將兩種設(shè)計(jì)方式結(jié)合起來，以便最大程度地提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.2.2 功能分析

在模塊化的設(shè)計(jì)中，根據(jù)實(shí)際情況，可以將模塊化系統(tǒng)分為混合和純模塊化系統(tǒng)兩個(gè)部分，根據(jù)模塊的組合可能，同樣可以將其劃分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)。其主要功能包括以下幾個(gè)部分：

基本功能是模塊中基礎(chǔ)的功能，不可或缺，在系統(tǒng)中無論設(shè)計(jì)多少模塊，必須要保障基本功能的完善性。

輔助功能主要主要是實(shí)現(xiàn)相應(yīng)設(shè)計(jì)模塊的功能，以此來提升機(jī)械設(shè)計(jì)的整體效率。

特殊功能主要是指某種產(chǎn)品的特殊功能，如對鏜孔功能進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)，可以發(fā)揮模塊化設(shè)計(jì)的特殊功能。

適應(yīng)功能主要是為了生產(chǎn)的需求，調(diào)換相應(yīng)的零部件或者模塊來適應(yīng)生產(chǎn)的需求，因此，其可以稱之為適應(yīng)模塊。

2 設(shè)計(jì)步驟

在模塊化設(shè)計(jì)中，主要分為兩個(gè)不同層次的步驟，第一個(gè)為系列模塊，第二個(gè)為單個(gè)產(chǎn)品模塊。在模塊化的設(shè)計(jì)步驟中，單個(gè)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，對機(jī)器的每個(gè)產(chǎn)品均需要制定不同的模塊，其具體步驟如下：

2.1 系列模塊設(shè)計(jì)

在系列模塊設(shè)計(jì)中，其主要通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)對市場的調(diào)查與分析，確定用戶的需求，以此來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能以及相應(yīng)的模塊設(shè)計(jì)，之后根據(jù)功能的需求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)[3]。在參數(shù)確定成功后，可以對模塊進(jìn)行切分，并且對模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此來形成相應(yīng)的資料庫。通過系列模塊的設(shè)計(jì)，可以構(gòu)成模塊化設(shè)計(jì)的整體功能，從而可以提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率。

2.2 單個(gè)產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)

單個(gè)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)是建立在系列模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上來完成的，在單個(gè)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)用戶的需求來確定參數(shù)以及模塊的選擇，在確定完成后，需要對模塊進(jìn)行組裝和分析計(jì)算，以此來保證模塊的最佳使用性能。

3 模塊化與科技的融合

3.1 模塊化與成組技術(shù)

在模塊化設(shè)計(jì)方法中，其與成組技術(shù)存在較多的共同點(diǎn)，成組技術(shù)主要是應(yīng)用零件以及工藝的相似性，將其進(jìn)行劃分，之后對相似零件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的處理，以此來達(dá)到生產(chǎn)的目的[4]。而在模塊化技術(shù)的設(shè)計(jì)中，其與成組技術(shù)的應(yīng)用存在相似性，將相同類型的軟件功能集合起來，形成相應(yīng)的模塊?？梢?，在模塊化設(shè)計(jì)方法中，運(yùn)用了成組技術(shù)的理念，較好地提升了機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

3.2 柔性制造技術(shù)

柔性制造技術(shù)是通過靈活性和多變化的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)的優(yōu)化，在模塊化的設(shè)計(jì)中，同樣運(yùn)用了柔性制造技術(shù)，其主要是在解決機(jī)床的共性之后，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床個(gè)性化問題的解決，在此過程中，秉承的思想是通過運(yùn)用最少的模塊來實(shí)現(xiàn)對功能的設(shè)計(jì)。通過對柔性制造技術(shù)的應(yīng)用，可以保證在機(jī)床的生產(chǎn)中，可以做到一機(jī)多用的目的。目前，模塊化技術(shù)以及柔性制造技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)的重要研究項(xiàng)目之一。3.3 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)

在模塊化設(shè)計(jì)方法中，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)同樣是模塊化技術(shù)的重要組成部分，在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，CAD、CAPP以及CAM均為輔助技術(shù)手段，在設(shè)計(jì)過程中，通過相應(yīng)的計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性和條理性的設(shè)計(jì)。另外，在模塊化設(shè)計(jì)方法中，可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的輔助功能，最大程度地提升機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

4 模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在數(shù)控立式機(jī)床的使用中，其模塊劃分是對機(jī)床功能的分析，將其劃分為不同的結(jié)構(gòu)，其關(guān)系著模塊化設(shè)計(jì)的成功性。

4.1 數(shù)控立式機(jī)床劃分原則

數(shù)控立式機(jī)床的模塊劃分需要根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)床功能進(jìn)行劃分，根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，其主要?jiǎng)澐纸Y(jié)果如下：運(yùn)用獨(dú)立功能單元作為系統(tǒng)的模塊，將數(shù)控立式機(jī)床的獨(dú)立功能進(jìn)行劃分，之后盡量保證功能的獨(dú)立化，繼而在模塊化設(shè)計(jì)過程中，可以做到較為便捷的搭配，可以構(gòu)建多種模塊化設(shè)計(jì)產(chǎn)品；在模塊化設(shè)計(jì)中，將零部件作為模塊，可以保證模塊的完整性，可以提升裝配質(zhì)量；同時(shí)，在組件的模塊設(shè)計(jì)中，可以將部分組件模塊化，這樣可以通過更換零部件來調(diào)整模塊的性能。另外，在數(shù)控立式機(jī)床的模塊設(shè)計(jì)中，要注重保留模塊空間，其主要是由于隨著技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)必然會逐漸引進(jìn)到模塊技術(shù)中，進(jìn)而可以提升模塊的設(shè)計(jì)效率。

4.2 分解立式機(jī)床的功能

在模塊化設(shè)計(jì)中，需要考慮數(shù)控立式機(jī)床的總體功能，將其劃分為不同的獨(dú)立功能，這樣可以構(gòu)成獨(dú)立的單元，將基本單元與功能模塊相結(jié)合，可以完成模塊化設(shè)計(jì)。但是在模塊化設(shè)計(jì)中，由于機(jī)床的型號以及用戶的需求存在不同，因而其模塊化設(shè)計(jì)會存在明顯的差異。如在單柱數(shù)控加工中心的模塊化設(shè)計(jì)中，需要在常規(guī)功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加銑鏜功能。因而在模塊化的設(shè)計(jì)中，需要對其功能進(jìn)行進(jìn)一步的分解，將其劃分為執(zhí)行、支撐、輔助以及監(jiān)測等輔助功能，進(jìn)而與模塊化設(shè)計(jì)相結(jié)合，以此來發(fā)揮最佳的結(jié)合效果。

4.3 對立式車床的模塊劃分

在數(shù)控車床的使用中，需要對其總共能進(jìn)行不斷地分解，以此來實(shí)現(xiàn)模塊的具體功能。在模塊的設(shè)計(jì)中，對于具有獨(dú)立功能的部件，需要將其與模塊相結(jié)合，以此來通過對應(yīng)的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)模塊化的設(shè)計(jì)。另外，還存在單個(gè)模塊對應(yīng)多個(gè)功能的現(xiàn)象，屬于多對單的關(guān)系。在數(shù)控立式機(jī)床的功能劃分中，根據(jù)機(jī)床的特點(diǎn)和模塊化的原則，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)控立式機(jī)床可以劃分為傳動、執(zhí)行、支撐、輔助以及監(jiān)測模塊。通過對上述模塊進(jìn)行細(xì)分，可以進(jìn)一步確定數(shù)控立式機(jī)床的模塊，其主要包括傳動軸、進(jìn)給箱、刀架、工作臺以及電氣等模塊。

5 結(jié)語

本次研究主要探討模塊化設(shè)計(jì)方法以及在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)中，通過采用混合模塊設(shè)計(jì)方式，可以滿足不同用戶的使用需求，使其可以提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。希望通過本文的分析，可以為機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展帶來啟示。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 宋麗爽.模塊化設(shè)計(jì)及其在齒輪減速器中的應(yīng)用研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，04：46-47.

[2] 熊勇.模塊化設(shè)計(jì)及其在齒輪減速器中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，10：109-112.