機(jī)械設(shè)計(jì)中的模塊化設(shè)計(jì)方法研究

寶劍鋒

【摘 要】通過運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)的時(shí)候運(yùn)用劃分和組合的方式完成所有的工作，不僅有利于提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性，還能夠提高模塊化設(shè)計(jì)的效果，降低機(jī)械設(shè)計(jì)成本，對(duì)促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行具有重要的作用。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；模塊化；設(shè)計(jì)方法

一、引言

模塊化設(shè)計(jì)方法是機(jī)械設(shè)計(jì)的一種重要方法，它是指在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，將不同的組成部分劃分為相應(yīng)的模塊，對(duì)每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的考慮，然后將其進(jìn)行組裝，最后完成機(jī)械設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容。從設(shè)計(jì)層面上看，模塊化在技術(shù)上的轉(zhuǎn)變已經(jīng)基本完成了。通過對(duì)劃分和組合來完成不同的種類的機(jī)械包裝，這樣就可以縮短工期，這樣能夠減少制造需要的成本。所以說模塊化從設(shè)計(jì)上還是制造上都是機(jī)械制造商最后的選擇。

二、模塊化設(shè)計(jì)方法的具體操作步驟

為了促進(jìn)模塊化設(shè)計(jì)方法得到更好的運(yùn)用，在設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循相應(yīng)步驟和方法，確保模塊的獨(dú)立性和完整性，方便模塊之間的連接，并力求用最少的模塊設(shè)計(jì)最多的產(chǎn)品，保證結(jié)構(gòu)的精度，性能的穩(wěn)定。首先應(yīng)該考慮機(jī)械設(shè)備的具體需要，合理確定模塊的劃分，確保模塊操作的方便，并保證模塊之間能夠進(jìn)行輕易的組合。每個(gè)模塊既獨(dú)立又相互依存。然后將不同的模塊組合起來，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)所需要的功能。另外，還要確保每個(gè)模塊具有可更換的功能，當(dāng)一個(gè)模塊在使用中出現(xiàn)問題的時(shí)候，可以對(duì)其進(jìn)行更換，不影響其他模塊的運(yùn)行和整個(gè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作。

例如，包裝設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)方法，第一種方法是模塊的拆分與重組設(shè)計(jì)，這種方法一般被運(yùn)用到大型包裝件的設(shè)計(jì)中，其目的是化整為零，以節(jié)省包裝本體在運(yùn)輸過程中所占用的空間。在運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)中，由于運(yùn)輸包裝本體的體積較大，因而在早期為了避免包裝本體的運(yùn)輸?shù)某杀荆瑢?duì)一些大型的包裝件的運(yùn)輸，通常都采用就地取材的方式進(jìn)行即時(shí)包裝，但是這種臨時(shí)的包裝沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有嚴(yán)格的質(zhì)量安全保障，因此在運(yùn)輸或出口過程中往往不能被檢驗(yàn)通過。而在標(biāo)準(zhǔn)化需求下，包裝也具有了統(tǒng)一的要求和標(biāo)準(zhǔn)，很多包裝都被可拆卸式包裝箱所替代。這種可拆卸式包裝箱，在運(yùn)輸未成箱之前，通常都是獨(dú)立的部件，需要包裝時(shí)，一般將包裝通過鏈接件進(jìn)行重新組裝來形成包裝箱，進(jìn)而在運(yùn)輸過程中節(jié)省空間。這種設(shè)計(jì)方法在大型運(yùn)輸包裝的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，是模塊化設(shè)計(jì)理念的典型體現(xiàn)。

第二種方法是通過改變某一子模塊，實(shí)現(xiàn)整體包裝的差異化設(shè)計(jì)。這種方法被廣泛運(yùn)用在銷售包裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要目的是通過標(biāo)準(zhǔn)化壓縮生產(chǎn)周期，以降低成本。從方法學(xué)的角度來看，系列化包裝中主要采用了統(tǒng)一包裝中的某些能保證包裝風(fēng)格的部件，將包裝中其他的構(gòu)成元素進(jìn)行平行或者遞進(jìn)式的變化，如圖2所示。在此方法中，其思想的核心和模塊化設(shè)計(jì)方法有相似之處，都是將包裝的各個(gè)部件看成獨(dú)立的系統(tǒng)，通過改變這些獨(dú)立的子系統(tǒng)使包裝的外部形態(tài)發(fā)生變化。例如，在系列化包裝容器造型設(shè)計(jì)中，很多包裝容器都是統(tǒng)一整體造型，通過變更某一局部的造型形態(tài)，使包裝容器具有差異性。運(yùn)用這種方式，更多的是通過改變包裝容器的蓋部形態(tài)，并使包裝的主體在設(shè)計(jì)中保持不變，從而實(shí)現(xiàn)包裝容器的系列化。這樣一來，就可以在不更換包裝主體成型模具的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)包裝的系列化，其實(shí)質(zhì)就是本文中所探討的模塊化設(shè)計(jì)方法。

三、模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

為了讓人們對(duì)模塊化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用有更為詳細(xì)的了解，下面將通過數(shù)控立式車床設(shè)計(jì)為例進(jìn)行分析和探討。

1、進(jìn)行模塊劃分。在數(shù)控立式車床設(shè)計(jì)中，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，其中最為關(guān)鍵的內(nèi)容是進(jìn)行功能與結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)設(shè)計(jì)的具體需要，對(duì)結(jié)構(gòu)的功能進(jìn)行科學(xué)合理的劃分，這是決定設(shè)計(jì)效果的關(guān)鍵內(nèi)容。根據(jù)數(shù)控立式車床設(shè)計(jì)和具體工作的需要，將該模塊功能劃分為傳動(dòng)模塊、執(zhí)行模塊、支承模塊、輔助模塊、監(jiān)測(cè)模塊，每個(gè)模塊具有自身獨(dú)特的功能，統(tǒng)一于機(jī)械設(shè)計(jì)中，促進(jìn)機(jī)械設(shè)備功能的有效發(fā)揮。

2、確定模塊功能。在對(duì)模塊進(jìn)行劃分之后，接下來工作是確定每個(gè)模塊的功能。有些模塊只有單一的某種功能，而有些模塊卻有多種功能。例如，工件監(jiān)測(cè)裝置模塊的功能是工件監(jiān)測(cè)功能，刀具監(jiān)測(cè)裝置模塊的功能是刀具監(jiān)測(cè)功能，機(jī)內(nèi)對(duì)刀裝置模塊的功能是機(jī)內(nèi)對(duì)刀功能，在這些模塊中，每個(gè)模塊單獨(dú)行使某項(xiàng)功能。同時(shí)，有些功能由幾個(gè)模塊完成，例如，工作臺(tái)模塊、卡爪模塊都具有工作定位功能，同時(shí)，工作臺(tái)模塊、卡爪模塊、主變速箱模塊都具有工件旋轉(zhuǎn)功能。有些模塊還具有多種功能，在具體運(yùn)用中能夠完成多種功能，例如，刀架模塊具有刀具定位、刀具夾緊、刀具松開功能。在確定每個(gè)模塊的功能之后，明確每個(gè)功能的任務(wù)，為合理進(jìn)行模塊的組織做好準(zhǔn)備。

3、進(jìn)行模塊組裝。功能確定之后進(jìn)行模塊組裝，從而確保整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)各模塊得到合理配置，在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)揮更大的作用。組裝的時(shí)候要確保組裝完整，做好模塊之間的結(jié)合面處理，注重布局的合理性，同時(shí)各模塊具有更換功能，在使用中如果出現(xiàn)問題的話，可以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)更換，并且某個(gè)模塊的更換不會(huì)影響其他模塊的工作，還不會(huì)給整個(gè)數(shù)控立式車床的運(yùn)行帶來負(fù)面影響。另外，組裝的時(shí)候還要做好接口的處理工作，確保接口規(guī)格符合要求，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而確保模塊組裝效果。

4、完成設(shè)計(jì)工作。通過設(shè)計(jì)、組裝之后完成整個(gè)數(shù)控立式車床的設(shè)計(jì)工作，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。該數(shù)控立式車床包括傳動(dòng)模塊、執(zhí)行模塊、支承模塊、輔助模塊、監(jiān)測(cè)模塊，其中傳動(dòng)模塊包括主傳動(dòng)軸、水平進(jìn)給箱、垂直進(jìn)給箱、橫梁升降箱；執(zhí)行模塊包括刀架、卡爪、工作臺(tái)；支承模塊包括立柱、橫梁、滑架；輔助模塊包括保護(hù)罩、冷卻裝置、排剛裝置、刀庫(kù)、機(jī)床電氣、液壓與潤(rùn)滑裝置；監(jiān)測(cè)模塊包括工件測(cè)量裝置、刀具監(jiān)測(cè)裝置、機(jī)內(nèi)對(duì)刀裝置等。

5、具體運(yùn)用效果。在該數(shù)控立式車床設(shè)計(jì)工作中，通過運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)方法，不僅順利完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，還對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行了有效劃分，滿足了數(shù)控立式車床實(shí)際工作的需要。設(shè)計(jì)完成后通過質(zhì)量檢驗(yàn)和驗(yàn)收，各項(xiàng)指標(biāo)都符合設(shè)計(jì)要求，并且滿足實(shí)際工作的需要，確保了設(shè)計(jì)水平。將該數(shù)控立式車床運(yùn)用到實(shí)際工作中，不僅能夠順利完成各項(xiàng)工作的操作，還可提高整個(gè)設(shè)備運(yùn)作效率，降低成本，取得良好設(shè)計(jì)和運(yùn)行效果，贏得了設(shè)計(jì)和使用部門的一致好評(píng)，類似機(jī)械設(shè)計(jì)也可以從中獲取啟示與借鑒。

四、結(jié)語

總之，模塊化設(shè)計(jì)方法滿足了機(jī)械設(shè)計(jì)的需要，在機(jī)械設(shè)計(jì)具體運(yùn)用中具有良好的效果。在今后在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要重視模塊化設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，并把握相應(yīng)要點(diǎn)，嚴(yán)格按照規(guī)定做好模塊劃分、模塊組裝等各項(xiàng)工作，并注重提高設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)，重視設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，從而使模塊化設(shè)計(jì)方法得到更好的運(yùn)用。

【參考文獻(xiàn)】

1.董慧婷.淺析企業(yè)模塊化設(shè)計(jì)面臨的困境[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014 .

2.陳宗濤.淺談工業(yè)設(shè)計(jì)及機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的應(yīng)用[J].科教導(dǎo)刊，2014.