模塊化設(shè)計方法及其在機械設(shè)計中的應用

張嘯

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

關(guān)鍵詞：模塊設(shè)計；機械設(shè)計；應用

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

0 引言

機械設(shè)計是工業(yè)發(fā)展的重要組成部分，在機械設(shè)計中，模塊化的設(shè)計方法是提升設(shè)計效率的重要方式。但是在實際設(shè)計與應用中，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)計方式必然會隨著科技的進步而不斷創(chuàng)新。在此情況下，加強對模塊化設(shè)計方法的研究，并且探究其在機械設(shè)計中的應用具有重要的意義。

1 模塊化設(shè)計方法

1.1 模塊劃分

在模塊化設(shè)計方法中，其決定設(shè)計產(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，最大程度的實現(xiàn)設(shè)計的優(yōu)化，在劃分過程中，需要注意以下幾點原則：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)計中，需要保證結(jié)構(gòu)的獨立性；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，需要保證機構(gòu)的簡單特點。

在模塊化的設(shè)計中，為了保證系統(tǒng)的整體使用性能，需要根據(jù)實際情況，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，形成相應的模塊[2]。總之，在模塊的劃分中，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，并且處于同一個基面中。這樣才可以最大程度地通過模塊化設(shè)計來提升機械設(shè)計質(zhì)量和效率。

1.2 設(shè)計方式與功能分析

1.2.1 設(shè)計方法

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

1.2.2 功能分析

在模塊化的設(shè)計中，根據(jù)實際情況，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現(xiàn)相應設(shè)計模塊的功能，以此來提升機械設(shè)計的整體效率。

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

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

2 設(shè)計步驟

在模塊化設(shè)計中，主要分為兩個不同層次的步驟，第一個為系列模塊，第二個為單個產(chǎn)品模塊。在模塊化的設(shè)計步驟中，單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計較為復雜，對機器的每個產(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

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

2.2 單個產(chǎn)品模塊化設(shè)計

單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計是建立在系列模塊設(shè)計的基礎(chǔ)上來完成的，在單個產(chǎn)品的模塊化設(shè)計中，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，需要對模塊進行組裝和分析計算，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)計方法中，其與成組技術(shù)存在較多的共同點，成組技術(shù)主要是應用零件以及工藝的相似性，將其進行劃分，之后對相似零件進行標準化的處理，以此來達到生產(chǎn)的目的[4]。而在模塊化技術(shù)的設(shè)計中，其與成組技術(shù)的應用存在相似性，將相同類型的軟件功能集合起來，形成相應的模塊?？梢?，在模塊化設(shè)計方法中，運用了成組技術(shù)的理念，較好地提升了機械設(shè)計的質(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來實現(xiàn)對生產(chǎn)的優(yōu)化，在模塊化的設(shè)計中，同樣運用了柔性制造技術(shù)，其主要是在解決機床的共性之后，實現(xiàn)對機床個性化問題的解決，在此過程中，秉承的思想是通過運用最少的模塊來實現(xiàn)對功能的設(shè)計。通過對柔性制造技術(shù)的應用，可以保證在機床的生產(chǎn)中，可以做到一機多用的目的。目前，模塊化技術(shù)以及柔性制造技術(shù)已經(jīng)成為機械設(shè)計的重要研究項目之一。3.3 計算機輔助技術(shù)

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

4 模塊化設(shè)計方法在機械設(shè)計中的應用

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

4.1 數(shù)控立式機床劃分原則

數(shù)控立式機床的模塊劃分需要根據(jù)現(xiàn)有的機床功能進行劃分，根據(jù)理論和經(jīng)驗總結(jié)，其主要劃分結(jié)果如下：運用獨立功能單元作為系統(tǒng)的模塊，將數(shù)控立式機床的獨立功能進行劃分，之后盡量保證功能的獨立化，繼而在模塊化設(shè)計過程中，可以做到較為便捷的搭配，可以構(gòu)建多種模塊化設(shè)計產(chǎn)品；在模塊化設(shè)計中，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，在組件的模塊設(shè)計中，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)控立式機床的模塊設(shè)計中，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)必然會逐漸引進到模塊技術(shù)中，進而可以提升模塊的設(shè)計效率。

4.2 分解立式機床的功能

在模塊化設(shè)計中，需要考慮數(shù)控立式機床的總體功能，將其劃分為不同的獨立功能，這樣可以構(gòu)成獨立的單元，將基本單元與功能模塊相結(jié)合，可以完成模塊化設(shè)計。但是在模塊化設(shè)計中，由于機床的型號以及用戶的需求存在不同，因而其模塊化設(shè)計會存在明顯的差異。如在單柱數(shù)控加工中心的模塊化設(shè)計中，需要在常規(guī)功能設(shè)計的基礎(chǔ)上，增加銑鏜功能。因而在模塊化的設(shè)計中，需要對其功能進行進一步的分解，將其劃分為執(zhí)行、支撐、輔助以及監(jiān)測等輔助功能，進而與模塊化設(shè)計相結(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，需要對其總共能進行不斷地分解，以此來實現(xiàn)模塊的具體功能。在模塊的設(shè)計中，對于具有獨立功能的部件，需要將其與模塊相結(jié)合，以此來通過對應的關(guān)系來實現(xiàn)模塊化的設(shè)計。另外，還存在單個模塊對應多個功能的現(xiàn)象，屬于多對單的關(guān)系。在數(shù)控立式機床的功能劃分中，根據(jù)機床的特點和模塊化的原則，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)控立式機床可以劃分為傳動、執(zhí)行、支撐、輔助以及監(jiān)測模塊。通過對上述模塊進行細分，可以進一步確定數(shù)控立式機床的模塊，其主要包括傳動軸、進給箱、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)計方法以及在機械設(shè)計中的應用，發(fā)現(xiàn)在機械設(shè)計中，通過采用混合模塊設(shè)計方式，可以滿足不同用戶的使用需求，使其可以提升機械設(shè)計質(zhì)量和效率。希望通過本文的分析，可以為機械設(shè)計的發(fā)展帶來啟示。

參 考 文 獻

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

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