摘要 文章主要介紹了模塊的劃分與模塊化設(shè)計(jì)方式、模塊化設(shè)計(jì)方式和模塊化系統(tǒng)、模塊化與其它現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合，并用數(shù)控立式車床的模塊劃分來舉例說明了模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 模塊化設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；車床

模塊化系列機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是工業(yè)發(fā)達(dá)國家近二十年來一直采用的一種先進(jìn)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，它將系統(tǒng)根據(jù)功能分解為若干模塊，通過模塊的不同組合得到不同品種和不同規(guī)格的產(chǎn)品。在實(shí)際機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造時(shí)，模塊化系列機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)還應(yīng)用了cAD技術(shù)，成組技術(shù)、柔性加工技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，可將產(chǎn)品中同一功能的單元設(shè)計(jì)成具有不同性能、可以互換的模塊，而選用不同模塊，就可組成不同類型、不同規(guī)格的產(chǎn)品。由于采用了模塊化系列機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，因此產(chǎn)品的精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉。顯然，為了保證模塊的互換，必須提高其標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和規(guī)格化的程度。

一，模塊的劃分與模塊化設(shè)計(jì)方式

模塊劃分、接口標(biāo)準(zhǔn)化與組合性和可互換性模塊劃分的好壞直接影響到模塊系列設(shè)計(jì)的成功與否。既要照顧制造和管理方便，避免組合時(shí)產(chǎn)生混亂，具有較大的靈活性，又要考慮到模塊系列將來的擴(kuò)展和向?qū)Ｓ谩⒆冃彤a(chǎn)品的輻射。因此必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)的、系統(tǒng)的功能分析和結(jié)構(gòu)分析，模塊劃分時(shí)要注意：模塊在整個(gè)系統(tǒng)中的作用及其更換的可能性和必要性；保持模塊在功能及結(jié)構(gòu)方面有一定的獨(dú)立性和完整性；模塊間的接合要素便于聯(lián)接與分離；模塊的劃分不能影響系統(tǒng)的主要功能。模塊劃分原則是：力求以少數(shù)模塊組成盡可能多的產(chǎn)品；在滿足要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉；模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單、規(guī)范，模塊間的聯(lián)系也應(yīng)盡可能簡單。

模塊化設(shè)計(jì)所依賴的是模塊的組合，即結(jié)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(yīng)具有可組合性和可互換性兩個(gè)特征。這兩個(gè)特征主要體現(xiàn)在接口上，必須提高模塊標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、規(guī)格化的程度。

二、模塊化設(shè)計(jì)方式和模塊化系統(tǒng)

模塊化設(shè)計(jì)的主要方式。橫向系列模塊化設(shè)計(jì)。不改變產(chǎn)品主參數(shù)，利用模塊發(fā)展變形產(chǎn)品。這種方式易實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用廣?？v向系列模塊化設(shè)計(jì)。在同一類型中對(duì)不同規(guī)格的基型產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。橫向系列和跨系列綜合模塊化設(shè)計(jì)。除發(fā)展橫系列產(chǎn)品之外，改變某些模塊還能得到其它系列產(chǎn)品者，便屬于橫向系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)了。全系列模塊化設(shè)計(jì)。全系列包括縱向系列和橫向系列。全系列和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。在全系列基礎(chǔ)上用于結(jié)構(gòu)比較類似的跨產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)。

模塊化系統(tǒng)的劃分與功能介紹。按產(chǎn)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模塊化系統(tǒng)，機(jī)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(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到所有可能的方案；開式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮模塊組合變化規(guī)則?；竟δ苁窍到y(tǒng)中基本的、經(jīng)常的、重復(fù)的、不可缺少的功能，在系統(tǒng)中基本不變的功能。相應(yīng)模塊稱為基本模塊。輔助功能主要指實(shí)現(xiàn)安裝和聯(lián)接所需的功能。相應(yīng)模塊稱為輔助模塊。

三，模塊化與其它現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合

模塊化與成組技術(shù)在對(duì)事物的處理上的共同特點(diǎn)。模塊化與成組技術(shù)都是針對(duì)現(xiàn)代生產(chǎn)的多樣化提出的。成組技術(shù)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(guān)事物的相似性，把相似的問題歸類成組，通過對(duì)相似零件的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化處理，以達(dá)到“使小批量的產(chǎn)品具有流水作業(yè)的生產(chǎn)方式”的目的。而模塊化技術(shù)也是追求>小批量的系統(tǒng)(產(chǎn)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(jī)床部件在功能上的相似性，把那些具有相似功能的部件經(jīng)過統(tǒng)一、歸并和簡化而形成模塊。兩者在對(duì)事物的處理上有以下共同點(diǎn)：集中處理具有相似性和重復(fù)性的事務(wù)；把具有一定相似性和重復(fù)性的事物標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化-信息的重復(fù)使用。成組技術(shù)在結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的條件下，在工藝設(shè)計(jì)和制造中取得了很大的進(jìn)展。模塊化技術(shù)也將具有這個(gè)特點(diǎn)。

模塊化與柔性制造技術(shù)。柔性制造技術(shù)以生產(chǎn)多樣化、快節(jié)奏為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)反應(yīng)的靈活性和自身的多變性和可變性。模塊化正好為實(shí)現(xiàn)柔性技術(shù)這一要求提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)，模塊化技術(shù)在利用通用模塊解決機(jī)床共性之后，集中精力解決個(gè)性問題，并用>以最少的模塊組合成最多的機(jī)床>這一指導(dǎo)思想來實(shí)現(xiàn)多樣化的要求，當(dāng)以機(jī)床為生產(chǎn)工具時(shí)，則利用其模塊的特性，一機(jī)多用，一模多用，通過機(jī)床模塊的重新組合，達(dá)到系統(tǒng)的柔性要求。應(yīng)用模塊化技術(shù)，從硬件上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的柔性是目前國內(nèi)外制造業(yè)的一個(gè)重要研究方向。

模塊化與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)引入模塊化技術(shù)，在一定程度上替代人類完成大量人工無法完成的復(fù)雜計(jì)算和重復(fù)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(fù)雜系統(tǒng)分解成相對(duì)簡單的子系統(tǒng)，對(duì)各子系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能。

模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用。數(shù)控立式車床的模塊劃分是指對(duì)機(jī)床進(jìn)行功能分析與結(jié)構(gòu)分析，合理劃分具有某一或某些功能的結(jié)構(gòu)單元。因此，模塊劃分合理與否是模塊化設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。

數(shù)控立式車床模塊劃分原則。根據(jù)現(xiàn)有立式車床的結(jié)構(gòu)形式和模塊化要求，模塊劃分原則可總結(jié)如下：以獨(dú)立的功能單元作為模塊，即對(duì)于已分解的功能單元在結(jié)構(gòu)上盡可能做到獨(dú)立化，這樣的模塊易于拼組和搭配，便于構(gòu)成多種變形產(chǎn)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(zhì)量；以組件作為模塊，功能分解細(xì)化后，還可進(jìn)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(gè)部件要經(jīng)濟(jì)靈活。在模塊劃分過程中，還要重視機(jī)床大件(基礎(chǔ)件)的模塊化，大件的結(jié)合要素要規(guī)范，便于聯(lián)接與分離。同時(shí)，要考慮在模塊中留有一定的發(fā)展空間，以便引入新技術(shù)時(shí)不會(huì)阻礙模塊的結(jié)構(gòu)。

數(shù)控立式車床的功能分解。在進(jìn)行模塊劃分時(shí)，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(duì)獨(dú)立的分功能，分功能繼續(xù)分解至不宜再分時(shí)就構(gòu)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(duì)應(yīng)。在進(jìn)行總功能分解時(shí)，應(yīng)考慮用戶的要求和實(shí)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(jī)床規(guī)格及性能也會(huì)不同，其模塊的組成也會(huì)有很大的差異。對(duì)于單柱數(shù)控立式車床cK系列來說，其總功能為車削，可以車削內(nèi)外圓柱、內(nèi)外圓錐、溝槽、平面、螺紋以及各種旋轉(zhuǎn)曲面體。而對(duì)單柱數(shù)控車銑加工中心?I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(dòng)功能、執(zhí)行功能、支承功能、輔助功能和監(jiān)測(cè)等分功能進(jìn)一步分解。