模块化设计方法及其在机械设计中的应用

张啸

摘 要：在机械设计中，运用模块化设计方法可以提升设计的质量和效率，但是目前模块化设计存在明显的不足。因此，对模块化设计方法进行研究，且探讨其应用具有重要的意义。本文在探究模块设计方法、步骤以及技术的基础上，分析其在机械设计中的应用，希望可以为机械设计的模块化技术应用带来一定的借鉴价值。

关键词：模块设计；机械设计；应用

中图分类号： THl2 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）03-173-2

0 引言

机械设计是工业发展的重要组成部分，在机械设计中，模块化的设计方法是提升设计效率的重要方式。但是在实际设计与应用中，依然存在较多的缺陷，且随着科技的不断发展，模块化设计方式必然会随着科技的进步而不断创新。在此情况下，加强对模块化设计方法的研究，并且探究其在机械设计中的应用具有重要的意义。

1 模块化设计方法

1.1 模块划分

在模块化设计方法中，其决定设计产品的质量与效率，其需要在保证产品性能的基础上，最大程度的实现设计的优化，在划分过程中，需要注意以下几点原则：第一，在模块化过程中，需要保证整体的性能；第二，在模块化的设计中，需要保证结构的独立性；第三，需要保证功能的完整性；第四，需要保证连接部分的合理性；第五，需要最大程度地控制模块的数量；第六，需要满足精度、性能、成本以及结构等多样化的形式；第七，需要保证机构的简单特点。

在模块化的设计中，为了保证系统的整体使用性能，需要根据实际情况，保证系统的功能模块的组合性以及互换性[1]，例如在装配产品的过程中，对于具有相同功能的单元，需要保证其具有相同的基面和尺寸，这样才可以有效地将不同的零部件组合起来，形成相应的模块[2]。总之，在模块的划分中，需要在保证整体功能的基础上，最大程度地降低模块的数量。另外，在组合的过程中，要保证组合的不同部件具有相同的功能，并且处于同一个基面中。这样才可以最大程度地通过模块化设计来提升机械设计质量和效率。

1.2 设计方式与功能分析

1.2.1 设计方法

模块的设计方法主要包括横向、纵向和混合三种方式，在设计过程中，横向的设计主要是指不改变参数的情况下，对模块进行设计，以此来提升设计质量；纵向设计主要是指对不同规格的产品进行设计；混合设计是为了满足客户的需求，将两种设计方式结合起来，以便最大程度地提升机械设计质量。

1.2.2 功能分析

在模块化的设计中，根据实际情况，可以将模块化系统分为混合和纯模块化系统两个部分，根据模块的组合可能，同样可以将其划分为闭式系统和开式系统。其主要功能包括以下几个部分：

基本功能是模块中基础的功能，不可或缺，在系统中无论设计多少模块，必须要保障基本功能的完善性。

辅助功能主要主要是实现相应设计模块的功能，以此来提升机械设计的整体效率。

特殊功能主要是指某种产品的特殊功能，如对镗孔功能进行模块设计，可以发挥模块化设计的特殊功能。

适应功能主要是为了生产的需求，调换相应的零部件或者模块来适应生产的需求，因此，其可以称之为适应模块。

2 设计步骤

在模块化设计中，主要分为两个不同层次的步骤，第一个为系列模块，第二个为单个产品模块。在模块化的设计步骤中，单个产品的模块化设计较为复杂，对机器的每个产品均需要制定不同的模块，其具体步骤如下：

2.1 系列模块设计

在系列模块设计中，其主要通过计算实现对市场的调查与分析，确定用户的需求，以此来设计产品的功能以及相应的模块设计，之后根据功能的需求，设计相应的参数[3]。在参数确定成功后，可以对模块进行切分，并且对模块的结构进行设计，以此来形成相应的资料库。通过系列模块的设计，可以构成模块化设计的整体功能，从而可以提升机械设计质量及效率。

2.2 单个产品模块化设计

单个产品的模块化设计是建立在系列模块设计的基础上来完成的，在单个产品的模块化设计中，需要根据用户的需求来确定参数以及模块的选择，在确定完成后，需要对模块进行组装和分析计算，以此来保证模块的最佳使用性能。

3 模块化与科技的融合

3.1 模块化与成组技术

在模块化设计方法中，其与成组技术存在较多的共同点，成组技术主要是应用零件以及工艺的相似性，将其进行划分，之后对相似零件进行标准化的处理，以此来达到生产的目的[4]。而在模块化技术的设计中，其与成组技术的应用存在相似性，将相同类型的软件功能集合起来，形成相应的模块。可见，在模块化设计方法中，运用了成组技术的理念，较好地提升了机械设计的质量和效率。

3.2 柔性制造技术

柔性制造技术是通过灵活性和多变化的特点来实现对生产的优化，在模块化的设计中，同样运用了柔性制造技术，其主要是在解决机床的共性之后，实现对机床个性化问题的解决，在此过程中，秉承的思想是通过运用最少的模块来实现对功能的设计。通过对柔性制造技术的应用，可以保证在机床的生产中，可以做到一机多用的目的。目前，模块化技术以及柔性制造技术已经成为机械设计的重要研究项目之一。3.3 计算机辅助技术

在模块化设计方法中，计算机辅助技术同样是模块化技术的重要组成部分，在计算机技术中，CAD、CAPP以及CAM均为辅助技术手段，在设计过程中，通过相应的计算，可以实现稳定性和條理性的设计。另外，在模块化设计方法中，可以充分发挥计算机的辅助功能，最大程度地提升机械设计的效率。

4 模块化设计方法在机械设计中的应用

在数控立式机床的使用中，其模块划分是对机床功能的分析，将其划分为不同的结构，其关系着模块化设计的成功性。

4.1 数控立式机床划分原则

数控立式机床的模块划分需要根据现有的机床功能进行划分，根据理论和经验总结，其主要划分结果如下：运用独立功能单元作为系统的模块，将数控立式机床的独立功能进行划分，之后尽量保证功能的独立化，继而在模块化设计过程中，可以做到较为便捷的搭配，可以构建多种模块化设计产品；在模块化设计中，将零部件作为模块，可以保证模块的完整性，可以提升装配质量；同时，在组件的模块设计中，可以将部分组件模块化，这样可以通过更换零部件来调整模块的性能。另外，在数控立式机床的模块设计中，要注重保留模块空间，其主要是由于随着技术的发展，新技术必然会逐渐引进到模块技术中，进而可以提升模块的设计效率。

4.2 分解立式机床的功能

在模块化设计中，需要考虑数控立式机床的总体功能，将其划分为不同的独立功能，这样可以构成独立的单元，将基本单元与功能模块相结合，可以完成模块化设计。但是在模块化设计中，由于机床的型号以及用户的需求存在不同，因而其模块化设计会存在明显的差异。如在单柱数控加工中心的模块化设计中，需要在常规功能设计的基础上，增加铣镗功能。因而在模块化的设计中，需要对其功能进行进一步的分解，将其划分为执行、支撑、辅助以及监测等辅助功能，进而与模块化设计相结合，以此来发挥最佳的结合效果。

4.3 对立式车床的模块划分

在数控车床的使用中，需要对其总共能进行不断地分解，以此来实现模块的具体功能。在模块的设计中，对于具有独立功能的部件，需要将其与模块相结合，以此来通过对应的关系来实现模块化的设计。另外，还存在单个模块对应多个功能的现象，属于多对单的关系。在数控立式机床的功能划分中，根据机床的特点和模块化的原则，可以发现数控立式机床可以划分为传动、执行、支撑、辅助以及监测模块。通过对上述模块进行细分，可以进一步确定数控立式机床的模块，其主要包括传动轴、进给箱、刀架、工作台以及电气等模块。

5 结语

本次研究主要探討模块化设计方法以及在机械设计中的应用，发现在机械设计中，通过采用混合模块设计方式，可以满足不同用户的使用需求，使其可以提升机械设计质量和效率。希望通过本文的分析，可以为机械设计的发展带来启示。

参 考 文 献

[1] 宋丽爽.模块化设计及其在齿轮减速器中的应用研究[J].中国新技术新产品，2016，04：46-47.

[2] 熊勇.模块化设计及其在齿轮减速器中的应用研究[J].科技创新与应用，2016，10：109-112.