隨著制造裝備業(yè)的快速發(fā)展，加工中心的更新?lián)Q代不斷加速，為了縮短開發(fā)周期，以最快速度響應(yīng)市場變化的需求，模塊化設(shè)計(jì)具有重要意義。模塊化設(shè)計(jì)是通過模塊之間的重組性及互換性，創(chuàng)建出不同功能的產(chǎn)品，它不僅使企業(yè)在市場競爭者中掌握主動權(quán)，而且為創(chuàng)新設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)敏捷制造奠定基礎(chǔ)，因此，本論述就模塊化設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行探討。
1有關(guān)模塊化設(shè)計(jì)的概念
1.1模塊的概念
模塊作為模塊化設(shè)計(jì)的基本要素，是指系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)獨(dú)立,彼此之間存在定義好的接口，且具有一定功能的零件、組件或部件。一個部件成為模塊的條件是:部件的功能、空間以及其他接口特征存在于模塊化產(chǎn)品的特定標(biāo)準(zhǔn)接口允許的范圍內(nèi)。
模塊根據(jù)功能可劃分為：基本模塊、輔助模塊、特殊模塊等。
(D基本模塊：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中最基本的功能，是不可缺少的模塊。
©輔助模塊:實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間連接的模塊。
0) 特殊模塊:實(shí)現(xiàn)特殊功能的模塊。
1.2模塊化設(shè)計(jì)的概念
模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用于機(jī)械、電子、家具等諸多行業(yè)中，通過模塊之間的相互組合，可設(shè)計(jì)出不同的變型產(chǎn)品。基本概念是:為了開發(fā)多種不同功能結(jié)構(gòu),或相同功能結(jié)構(gòu)而性能不同的產(chǎn)品，不必對每種產(chǎn)品單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是精心設(shè)計(jì)出一批模塊,將這些模塊經(jīng)過不同的組合，構(gòu)造出具有不同功能結(jié)構(gòu)和性能的多種產(chǎn)品。
模塊化設(shè)計(jì)以用戶需求為導(dǎo)向，通過市場調(diào)研和經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià),確定模塊的系列型譜。模塊的系列型譜分為縱系列型譜、橫系列型譜、跨系列模塊?？v系列型譜為系統(tǒng)中模塊的功能及原理方案相同，結(jié)構(gòu)相似，但尺寸參數(shù)不同。例如，德國SHW廠生產(chǎn)的工具加工中心，只需改變床身和橫梁2個基礎(chǔ)件的高度和長度，就可以得到3種縱系列規(guī)格的產(chǎn)品。橫系列型譜是在一定基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上更換或添加模塊，以得到擴(kuò)展功能的同類變型產(chǎn)品?？缦盗心K為采用相同的基礎(chǔ)件和通用件的不同類型產(chǎn)品。但加工中心行業(yè)的模塊化設(shè)計(jì)并不是各模塊之間的簡單拼接，模塊的強(qiáng)度、剛度以及接口的標(biāo)準(zhǔn)化都是模塊化設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)，因此,如何系統(tǒng)地協(xié)調(diào)各模塊之間的關(guān)系是加工中心模塊化設(shè)計(jì)研究的_個方向。
2模塊化設(shè)計(jì)的步驟
2.1明確任務(wù)
以市場需求為導(dǎo)向，明確產(chǎn)品的總功能，在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，以需求最為廣泛的作為主要模塊,擯棄市場需求較少而又制造代價(jià)高的模塊。例如，以車床的需求為例，通過_些企業(yè)的調(diào)査，無尾座的切削占60%~82%,因此，無尾座的設(shè)計(jì)作為主要模塊,尾座可作為特殊模塊類設(shè)計(jì)。
2.2建立功能結(jié)構(gòu)
此階段的主要任務(wù)是在明確總功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行功能分析，劃分各個子功能，再轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的功能模塊。見圖1所示，模塊分類圖?？偣δ芊纸鉃榛竟δ?、輔助功能、特殊功能，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模塊。以車床為例,首先通過市場調(diào)研，明確任務(wù)，根據(jù)車床的切削原理，劃分為4大基本功能，再具體化為九大功能模塊，以便組合成不同功能的車床，見圖2所示。
2.3確定模塊的系列型譜
模塊化設(shè)計(jì)在應(yīng)用時(shí)也應(yīng)該遵循系列化設(shè)計(jì)的原理，即：每類模塊具有多種規(guī)格,而每種規(guī)格參數(shù)按照優(yōu)先數(shù)系的公比劃分。若公比小，則模塊劃分較細(xì)，雖可能組合成較多的變型產(chǎn)品，但系列型譜內(nèi)的許多優(yōu)點(diǎn)得不到充分發(fā)揮。反之，若公比較大，模塊劃分過粗，得到的變型產(chǎn)品規(guī)格種類較少，難以滿足用戶的需求。因此，必須在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過全面的技術(shù)分析,才能確定最佳公比。
2.4各模塊的組合
按照不同功能劃分的模塊，組合時(shí)遵循以下原則：C0如何以較少的模塊種類組合出盡可能多的產(chǎn)品為目的；0各模塊的結(jié)合面要保證具有良好的強(qiáng)度、剛度,以滿足零件抗震性的要求；Q盡可能遵循“四化原則(標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、典型化)，以確保各模塊連接時(shí)的通用性及快速更換。
對于加工中心而言，各模塊的組合并不是模塊之間簡單的拼湊，接口部分是直接影響加工中心性能的關(guān)鍵部位，據(jù)統(tǒng)計(jì)，整機(jī)阻尼的70%,剛度的60%決定于接口，所以接口部分的設(shè)計(jì)在整個模塊化設(shè)計(jì)中占有重要地位。
3模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
模塊化設(shè)計(jì)在縮短產(chǎn)品的制造周期，快速響應(yīng)市場，加強(qiáng)市場的競爭力等方面有顯著的優(yōu)勢，此外，模塊化設(shè)計(jì)還有以下優(yōu)點(diǎn)。
(〇隨著科學(xué)的發(fā)展，用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)計(jì)出新模塊,取代舊模塊,提高產(chǎn)品的技術(shù)性能，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
0采用模塊化設(shè)計(jì)，只需更換部分模塊，或設(shè)計(jì)更改個別零件，就可推出滿足用戶要求的產(chǎn)品,不僅縮短了設(shè)計(jì)周期，而且提高了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
C3)模塊化設(shè)計(jì)中的大部分零件都由模塊組成，如果機(jī)器發(fā)生故障，只需更換相關(guān)模塊即可，因此，維修方便，耗時(shí)短,對生產(chǎn)的影響較小。
(4模塊化設(shè)計(jì)方法推動了整個企業(yè)技術(shù)、生產(chǎn)、管理和組織體系的改革。由于產(chǎn)品的大多數(shù)零部件由單件小批量生產(chǎn)性質(zhì)變?yōu)榕可a(chǎn)，有利于采用成組加工等先進(jìn)技術(shù)，有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，即提高質(zhì)量,又降低成本。
4應(yīng)用舉例
模塊化設(shè)計(jì)在專用加工中心中最典型的應(yīng)用就是組合加工中心的設(shè)計(jì)。所謂組合加工中心就是根據(jù)工件的加工需要,以大量的通用部件據(jù)統(tǒng)計(jì):組合加工中心的通用件與標(biāo)準(zhǔn)部件占零件總量的7〇%~90%)為基礎(chǔ)，配以少量專用部件和夾具而組成的_種ill效專用加工中心。圖3所示，典型的單工位三面鉆床，其中夾具7、多軸箱8、中間底座2為專用部件，需要根據(jù)加工零件的結(jié)構(gòu)自行設(shè)計(jì)外,其余部件都為通用件與標(biāo)準(zhǔn)部件，用戶根據(jù)不同的需要可將通用件模塊與標(biāo)準(zhǔn)件組合成不同形式與功能的加工中心。組合加工中心采用采用模塊化設(shè)計(jì)原則，不僅縮短了制造周期，維修更換零部件方便,而且由于組合加工中心采用多刀加工，自動化程度高，提高了經(jīng)濟(jì)效率。
