机械设计中的模块化设计方法研究

宝剑锋

【摘 要】通过运用模块化的设计方法，在设计的时候运用划分和组合的方式完成所有的工作，不仅有利于提高设计的科学性，还能够提高模块化设计的效果，降低机械设计成本，对促进机械设计的顺利进行具有重要的作用。

【关键词】机械设计；模块化；设计方法

一、引言

模块化设计方法是机械设计的一种重要方法，它是指在进行机械设计的时候，将不同的组成部分划分为相应的模块，对每个模块的设计进行全面的考虑，然后将其进行组装，最后完成机械设计的所有内容。从设计层面上看，模块化在技术上的转变已经基本完成了。通过对划分和组合来完成不同的种类的机械包装，这样就可以缩短工期，这样能够减少制造需要的成本。所以说模块化从设计上还是制造上都是机械制造商最后的选择。

二、模块化设计方法的具体操作步骤

为了促进模块化设计方法得到更好的运用，在设计时需要遵循相应步骤和方法，确保模块的独立性和完整性，方便模块之间的连接，并力求用最少的模块设计最多的产品，保证结构的精度，性能的稳定。首先应该考虑机械设备的具体需要，合理确定模块的划分，确保模块操作的方便，并保证模块之间能够进行轻易的组合。每个模块既独立又相互依存。然后将不同的模块组合起来，实现机械设计所需要的功能。另外，还要确保每个模块具有可更换的功能，当一个模块在使用中出现问题的时候，可以对其进行更换，不影响其他模块的运行和整个机械设备的运作。

例如，包装设计中模块化设计方法，第一种方法是模块的拆分与重组设计，这种方法一般被运用到大型包装件的设计中，其目的是化整为零，以节省包装本体在运输过程中所占用的空间。在运输包装设计中，由于运输包装本体的体积较大，因而在早期为了避免包装本体的运输的成本，对一些大型的包装件的运输，通常都采用就地取材的方式进行即时包装，但是这种临时的包装没有统一的标准，也没有严格的质量安全保障，因此在运输或出口过程中往往不能被检验通过。而在标准化需求下，包装也具有了统一的要求和标准，很多包装都被可拆卸式包装箱所替代。这种可拆卸式包装箱，在运输未成箱之前，通常都是独立的部件，需要包装时，一般将包装通过链接件进行重新组装来形成包装箱，进而在运输过程中节省空间。这种设计方法在大型运输包装的设计中被广泛应用，是模块化设计理念的典型体现。

第二种方法是通过改变某一子模块，实现整体包装的差异化设计。这种方法被广泛运用在销售包装设计领域，主要目的是通过标准化压缩生产周期，以降低成本。从方法学的角度来看，系列化包装中主要采用了统一包装中的某些能保证包装风格的部件，将包装中其他的构成元素进行平行或者递进式的变化，如图2所示。在此方法中，其思想的核心和模块化设计方法有相似之处，都是将包装的各个部件看成独立的系统，通过改变这些独立的子系统使包装的外部形态发生变化。例如，在系列化包装容器造型设计中，很多包装容器都是统一整体造型，通过变更某一局部的造型形态，使包装容器具有差异性。运用这种方式，更多的是通过改变包装容器的盖部形态，并使包装的主体在设计中保持不变，从而实现包装容器的系列化。这样一来，就可以在不更换包装主体成型模具的基础上，实现包装的系列化，其实质就是本文中所探讨的模块化设计方法。

三、模块化设计方法在机械设计中的运用

为了让人们对模块化设计方法在机械设计中的运用有更为详细的了解，下面将通过数控立式车床设计为例进行分析和探讨。

1、进行模块划分。在数控立式车床设计中，运用模块化设计方法，其中最为关键的内容是进行功能与结构分析，根据设计的具体需要，对结构的功能进行科学合理的划分，这是决定设计效果的关键内容。根据数控立式车床设计和具体工作的需要，将该模块功能划分为传动模块、执行模块、支承模块、辅助模块、监测模块，每个模块具有自身独特的功能，统一于机械设计中，促进机械设备功能的有效发挥。

2、确定模块功能。在对模块进行划分之后，接下来工作是确定每个模块的功能。有些模块只有单一的某种功能，而有些模块却有多种功能。例如，工件监测装置模块的功能是工件监测功能，刀具监测装置模块的功能是刀具监测功能，机内对刀装置模块的功能是机内对刀功能，在这些模块中，每个模块单独行使某项功能。同时，有些功能由几个模块完成，例如，工作台模块、卡爪模块都具有工作定位功能，同时，工作台模块、卡爪模块、主变速箱模块都具有工件旋转功能。有些模块还具有多种功能，在具体运用中能够完成多种功能，例如，刀架模块具有刀具定位、刀具夹紧、刀具松开功能。在确定每个模块的功能之后，明确每个功能的任务，为合理进行模块的组织做好准备。

3、进行模块组装。功能确定之后进行模块组装，从而确保整个机械设计各模块得到合理配置，在实际运用中发挥更大的作用。组装的时候要确保组装完整，做好模块之间的结合面处理，注重布局的合理性，同时各模块具有更换功能，在使用中如果出现问题的话，可以对其进行及时更换，并且某个模块的更换不会影响其他模块的工作，还不会给整个数控立式车床的运行带来负面影响。另外，组装的时候还要做好接口的处理工作，确保接口规格符合要求，对其进行标准化处理，从而确保模块组装效果。

4、完成设计工作。通过设计、组装之后完成整个数控立式车床的设计工作，完成设计任务。该数控立式车床包括传动模块、执行模块、支承模块、辅助模块、监测模块，其中传动模块包括主传动轴、水平进给箱、垂直进给箱、横梁升降箱；执行模块包括刀架、卡爪、工作台；支承模块包括立柱、横梁、滑架；辅助模块包括保护罩、冷却装置、排刚装置、刀库、机床电气、液压与润滑装置；监测模块包括工件测量装置、刀具监测装置、机内对刀装置等。

5、具體运用效果。在该数控立式车床设计工作中，通过运用模块化的设计方法，不仅顺利完成了设计任务，还对各个模块的功能进行了有效划分，满足了数控立式车床实际工作的需要。设计完成后通过质量检验和验收，各项指标都符合设计要求，并且满足实际工作的需要，确保了设计水平。将该数控立式车床运用到实际工作中，不仅能够顺利完成各项工作的操作，还可提高整个设备运作效率，降低成本，取得良好设计和运行效果，赢得了设计和使用部门的一致好评，类似机械设计也可以从中获取启示与借鉴。

四、结语

总之，模块化设计方法满足了机械设计的需要，在机械设计具体运用中具有良好的效果。在今后在进行机械设计的时候，需要重视模块化设计方法的运用，并把握相应要点，严格按照规定做好模块划分、模块组装等各项工作，并注重提高设计人员的综合素质，重视设计经验的总结，从而使模块化设计方法得到更好的运用。

【参考文献】

1.董慧婷.浅析企业模块化设计面临的困境[J].科技创业家，2014 .

2.陈宗涛.浅谈工业设计及机械设计制造技术的应用[J].科教导刊，2014.