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      機(jī)械設(shè)計中的模塊化設(shè)計

      2019-02-17 13:30:12
      設(shè)備管理與維修 2019年7期
      關(guān)鍵詞:功能模塊機(jī)械設(shè)計模塊化

      李 薇

      (南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,四川南充 637131)

      0 引言

      中國制造2025國家戰(zhàn)略的提出,推動我國工業(yè)化和信息化的深度融合,對機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展提出更高的要求。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計生產(chǎn)成本高,維修難度大,更新?lián)Q代慢,適合于大批量、規(guī)格相近的產(chǎn)品加工[1]。采用模塊化設(shè)計方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計,能優(yōu)化設(shè)計過程,提高設(shè)計效率,重組產(chǎn)品結(jié)構(gòu),縮短機(jī)械制造周期,在保證生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低成本,同時滿足用戶個性化需求[2]。

      1 模塊化設(shè)計的特點(diǎn)

      模塊化設(shè)計是指將產(chǎn)品要素按照性能和規(guī)格進(jìn)行功能劃分,將其規(guī)劃為一個個的模塊,通過對模塊進(jìn)行設(shè)計、制作、選擇、組合構(gòu)成新的系統(tǒng),產(chǎn)生多種不同功能、不同性能的系列產(chǎn)品,具有設(shè)計周期短、制造成本低、維修簡單等特點(diǎn)[3]。① 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計從產(chǎn)品構(gòu)思到模具設(shè)計再到成品加工,設(shè)計周期長,生產(chǎn)線復(fù)雜。模塊化設(shè)計能進(jìn)行模塊之間的有效組合,并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整,形成特定產(chǎn)品,設(shè)計周期短;②模塊化設(shè)計能通過科學(xué)的組合,用最少的模塊組合實(shí)現(xiàn)所需功能,能用一種設(shè)計滿足不同產(chǎn)品需要,減少對機(jī)械的重復(fù)設(shè)計,有效降低成本;③模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)具有良好的互換性,當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障后,只需進(jìn)行故障模塊的調(diào)試或更換,避免大規(guī)模檢修,簡化維修程序,提高維修效率。

      2 模塊化設(shè)計的基本流程

      2.1 模塊化可行性分析

      在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計之前,要進(jìn)行模塊化需求及可行性分析。根據(jù)顧客使用需求、企業(yè)生產(chǎn)需求、市場發(fā)展需求等方面確立設(shè)計目標(biāo),并結(jié)合技術(shù)難點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)預(yù)算、開發(fā)周期、市場環(huán)境等方面進(jìn)行模塊化可行性分析,制定模塊化設(shè)計方案,評估模塊化設(shè)計是否可實(shí)施,設(shè)計之后的產(chǎn)品能否具有較好的生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

      2.2 模塊劃分

      模塊是具有特定結(jié)構(gòu)和功能,組成系統(tǒng)的獨(dú)立單元。模塊劃分是模塊化設(shè)計的重要基礎(chǔ),要求滿足機(jī)械產(chǎn)品組成結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性和整體功能的完整性,保證其精度及可靠性的同時控制模塊的數(shù)量。模塊劃分主要包括功能模塊和結(jié)構(gòu)模塊兩大類,功能模塊主要由基本模塊、輔助模塊、特殊模塊等組成,結(jié)構(gòu)模塊以產(chǎn)品零件為基礎(chǔ)劃分標(biāo)準(zhǔn)模塊,要求簡化零件加工步驟,提高裝配質(zhì)量。

      2.3 模塊功能確定

      在對機(jī)械產(chǎn)品模塊劃分后,要結(jié)合使用需求對模塊的總功能進(jìn)行確定,并將其分解為獨(dú)立的功能單元,包括單一功能模塊和多種功能模塊。單一功能模塊如數(shù)控機(jī)床的立柱和橫架的支撐功能,傳動軸和進(jìn)給箱的傳動功能,刀具監(jiān)測裝置和工件監(jiān)測裝置分別實(shí)現(xiàn)對刀具和工件的監(jiān)測功能。多種功能模塊如卡爪和工作臺能實(shí)現(xiàn)工件定位和旋轉(zhuǎn)等功能,刀架能實(shí)現(xiàn)刀具的定位、夾緊、松開等功能。

      2.4 模塊組裝

      為實(shí)現(xiàn)模塊的合理配置,保證模塊化機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用,要對各模塊進(jìn)行科學(xué)組裝。要合理布局,保證組裝的完整性。對模塊接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,增強(qiáng)模塊組裝穩(wěn)定性。調(diào)整具體參數(shù),使每個模塊的功能高效發(fā)揮作用。優(yōu)化模塊配置,使模塊具備可更換功能,降低故障模塊對其他模塊和機(jī)械整體功能的影響。

      2.5 模塊調(diào)試

      模塊化設(shè)計完成前要對機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢查和驗收,包括結(jié)構(gòu)合理性、接口穩(wěn)定性、柔性化程度、生產(chǎn)成本及效率等。經(jīng)檢驗產(chǎn)品各項參數(shù)和指標(biāo)都要符合相關(guān)設(shè)計要求,保證其能滿足設(shè)計目標(biāo)才能投入生產(chǎn)使用,否則需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計,保證產(chǎn)品達(dá)到運(yùn)行要求。

      3 模塊化設(shè)計與現(xiàn)代制造技術(shù)的融合

      3.1 計算機(jī)輔助技術(shù)

      利用CAD(Computer Aided Design,計算機(jī)輔助設(shè)計)、CAM((computer Aided Manufacturing,計算機(jī)輔助制造)、CAE(Computer Aided Engineering,計算機(jī)輔助工程)等計算機(jī)輔助技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行建模,在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計、仿真、加工。計算機(jī)輔助技術(shù)能存儲模塊化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),簡化對產(chǎn)品尺寸和參數(shù)的計算。利用建模和測量軟件將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)化,利用數(shù)字文件充當(dāng)制造模具,接受計算機(jī)傳輸指令,對設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行虛擬加工,檢驗設(shè)計效果,能有效縮短設(shè)計周期,節(jié)省原材料。

      3.2 柔性制造技術(shù)

      柔性制造技術(shù)是在計算機(jī)軟件的和數(shù)據(jù)庫的支持下,結(jié)合信息技術(shù)、自動化技術(shù)、機(jī)械加工技術(shù),根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求、性能參數(shù)、生產(chǎn)批量對機(jī)械設(shè)計和制造的過程進(jìn)行控制,具有高效率、高質(zhì)量和高可靠性。模塊化設(shè)計對柔性制造技術(shù)的應(yīng)用主要在利用模塊的組合實(shí)現(xiàn)1機(jī)多用、1模多用,用一種設(shè)計滿足不同產(chǎn)品需要,進(jìn)行柔性制造。

      3.3 智能制造技術(shù)

      智能制造利用計算機(jī)系統(tǒng)模擬人腦思維,進(jìn)行制造過程中的分析、判斷和決策,實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造的設(shè)計、加工和控制,是中國制造2025國家戰(zhàn)略五大重點(diǎn)工程之一。模塊化設(shè)計能解決機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜和功能單一的問題,簡化設(shè)計過程,提高設(shè)計質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn),是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要基礎(chǔ)。

      4 結(jié)束語

      模塊化設(shè)計順應(yīng)中國制造2025國家戰(zhàn)略對機(jī)械制造的要求,具有設(shè)計周期短、制造成本低、維修簡單等優(yōu)點(diǎn)。模塊化設(shè)計包括模塊化可行性分析、模塊劃分、模塊功能確定、模塊組裝、模塊調(diào)試等過程,結(jié)合計算機(jī)輔助技術(shù)、柔性制造技術(shù)、智能制造技術(shù),提高機(jī)械制造水平。

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