模塊化設計方法及其在機械設計中的應用

張嘯

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

關鍵詞：模塊設計；機械設計；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

機械設計是工業發展的重要組成部分，在機械設計中，模塊化的設計方法是提升設計效率的重要方式。但是在實際設計與應用中，依然存在較多的缺陷，且隨著科技的不斷發展，模塊化設計方式必然會隨著科技的進步而不斷創新。在此情況下，加強對模塊化設計方法的研究，并且探究其在機械設計中的應用具有重要的意義。

1 模塊化設計方法

1.1 模塊劃分

在模塊化設計方法中，其決定設計產品的質量與效率，其需要在保證產品性能的基礎上，最大程度的實現設計的優化，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，在模塊化的設計中，需要保證結構的獨立性；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量；第六，需要滿足精度、性能、成本以及結構等多樣化的形式；第七，需要保證機構的簡單特點。

在模塊化的設計中，為了保證系統的整體使用性能，需要根據實際情況，保證系統的功能模塊的組合性以及互換性[1]，例如在裝配產品的過程中，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上，最大程度地降低模塊的數量。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計來提升機械設計質量和效率。

1.2 設計方式與功能分析

1.2.1 設計方法

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

1.2.2 功能分析

在模塊化的設計中，根據實際情況，可以將模塊化系統分為混合和純模塊化系統兩個部分，根據模塊的組合可能，同樣可以將其劃分為閉式系統和開式系統。其主要功能包括以下幾個部分：

基本功能是模塊中基礎的功能，不可或缺，在系統中無論設計多少模塊，必須要保障基本功能的完善性。

輔助功能主要主要是實現相應設計模塊的功能，以此來提升機械設計的整體效率。

特殊功能主要是指某種產品的特殊功能，如對鏜孔功能進行模塊設計，可以發揮模塊化設計的特殊功能。

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

2 設計步驟

在模塊化設計中，主要分為兩個不同層次的步驟，第一個為系列模塊，第二個為單個產品模塊。在模塊化的設計步驟中，單個產品的模塊化設計較為復雜，對機器的每個產品均需要制定不同的模塊，其具體步驟如下：

2.1 系列模塊設計

在系列模塊設計中，其主要通過計算實現對市場的調查與分析，確定用戶的需求，以此來設計產品的功能以及相應的模塊設計，之后根據功能的需求，設計相應的參數[3]。在參數確定成功后，可以對模塊進行切分，并且對模塊的結構進行設計，以此來形成相應的資料庫。通過系列模塊的設計，可以構成模塊化設計的整體功能，從而可以提升機械設計質量及效率。

2.2 單個產品模塊化設計

單個產品的模塊化設計是建立在系列模塊設計的基礎上來完成的，在單個產品的模塊化設計中，需要根據用戶的需求來確定參數以及模塊的選擇，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

在模塊化設計方法中，其與成組技術存在較多的共同點，成組技術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，以此來達到生產的目的[4]。而在模塊化技術的設計中，其與成組技術的應用存在相似性，將相同類型的軟件功能集合起來，形成相應的模塊。可見，在模塊化設計方法中，運用了成組技術的理念，較好地提升了機械設計的質量和效率。

3.2 柔性制造技術

柔性制造技術是通過靈活性和多變化的特點來實現對生產的優化，在模塊化的設計中，同樣運用了柔性制造技術，其主要是在解決機床的共性之后，實現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對功能的設計。通過對柔性制造技術的應用，可以保證在機床的生產中，可以做到一機多用的目的。目前，模塊化技術以及柔性制造技術已經成為機械設計的重要研究項目之一。3.3 計算機輔助技術

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

4 模塊化設計方法在機械設計中的應用

在數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構，其關系著模塊化設計的成功性。

4.1 數控立式機床劃分原則

數控立式機床的模塊劃分需要根據現有的機床功能進行劃分，根據理論和經驗總結，其主要劃分結果如下：運用獨立功能單元作為系統的模塊，將數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，繼而在模塊化設計過程中，可以做到較為便捷的搭配，可以構建多種模塊化設計產品；在模塊化設計中，將零部件作為模塊，可以保證模塊的完整性，可以提升裝配質量；同時，在組件的模塊設計中，可以將部分組件模塊化，這樣可以通過更換零部件來調整模塊的性能。另外，在數控立式機床的模塊設計中，要注重保留模塊空間，其主要是由于隨著技術的發展，新技術必然會逐漸引進到模塊技術中，進而可以提升模塊的設計效率。

4.2 分解立式機床的功能

在模塊化設計中，需要考慮數控立式機床的總體功能，將其劃分為不同的獨立功能，這樣可以構成獨立的單元，將基本單元與功能模塊相結合，可以完成模塊化設計。但是在模塊化設計中，由于機床的型號以及用戶的需求存在不同，因而其模塊化設計會存在明顯的差異。如在單柱數控加工中心的模塊化設計中，需要在常規功能設計的基礎上，增加銑鏜功能。因而在模塊化的設計中，需要對其功能進行進一步的分解，將其劃分為執行、支撐、輔助以及監測等輔助功能，進而與模塊化設計相結合，以此來發揮最佳的結合效果。

4.3 對立式車床的模塊劃分

在數控車床的使用中，需要對其總共能進行不斷地分解，以此來實現模塊的具體功能。在模塊的設計中，對于具有獨立功能的部件，需要將其與模塊相結合，以此來通過對應的關系來實現模塊化的設計。另外，還存在單個模塊對應多個功能的現象，屬于多對單的關系。在數控立式機床的功能劃分中，根據機床的特點和模塊化的原則，可以發現數控立式機床可以劃分為傳動、執行、支撐、輔助以及監測模塊。通過對上述模塊進行細分，可以進一步確定數控立式機床的模塊，其主要包括傳動軸、進給箱、刀架、工作臺以及電氣等模塊。

5 結語

本次研究主要探討模塊化設計方法以及在機械設計中的應用，發現在機械設計中，通過采用混合模塊設計方式，可以滿足不同用戶的使用需求，使其可以提升機械設計質量和效率。希望通過本文的分析，可以為機械設計的發展帶來啟示。

參 考 文 獻

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

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