隨著制造裝備業的快速發展，加工中心的更新換代不斷加速，為了縮短開發周期，以最快速度響應市場變化的需求，模塊化設計具有重要意義。模塊化設計是通過模塊之間的重組性及互換性，創建出不同功能的產品，它不僅使企業在市場競爭者中掌握主動權，而且為創新設計和變型設計提供依據，為實現敏捷制造奠定基礎，因此，本論述就模塊化設計的原則進行探討。
1有關模塊化設計的概念
1.1模塊的概念
模塊作為模塊化設計的基本要素，是指系統中結構獨立,彼此之間存在定義好的接口，且具有一定功能的零件、組件或部件。一個部件成為模塊的條件是:部件的功能、空間以及其他接口特征存在于模塊化產品的特定標準接口允許的范圍內。
模塊根據功能可劃分為：基本模塊、輔助模塊、特殊模塊等。
(D基本模塊：實現系統中最基本的功能，是不可缺少的模塊。
©輔助模塊:實現系統之間連接的模塊。
0) 特殊模塊:實現特殊功能的模塊。
1.2模塊化設計的概念
模塊化設計應用于機械、電子、家具等諸多行業中，通過模塊之間的相互組合，可設計出不同的變型產品。基本概念是:為了開發多種不同功能結構,或相同功能結構而性能不同的產品，不必對每種產品單獨進行設計，而是精心設計出一批模塊,將這些模塊經過不同的組合，構造出具有不同功能結構和性能的多種產品。
模塊化設計以用戶需求為導向，通過市場調研和經濟技術評價,確定模塊的系列型譜。模塊的系列型譜分為縱系列型譜、橫系列型譜、跨系列模塊。縱系列型譜為系統中模塊的功能及原理方案相同，結構相似，但尺寸參數不同。例如，德國SHW廠生產的工具加工中心，只需改變床身和橫梁2個基礎件的高度和長度，就可以得到3種縱系列規格的產品。橫系列型譜是在一定基型產品的基礎上更換或添加模塊，以得到擴展功能的同類變型產品。跨系列模塊為采用相同的基礎件和通用件的不同類型產品。但加工中心行業的模塊化設計并不是各模塊之間的簡單拼接，模塊的強度、剛度以及接口的標準化都是模塊化設計過程中的難點，因此,如何系統地協調各模塊之間的關系是加工中心模塊化設計研究的_個方向。
2模塊化設計的步驟
2.1明確任務
以市場需求為導向，明確產品的總功能，在市場調研的基礎上，以需求最為廣泛的作為主要模塊,擯棄市場需求較少而又制造代價高的模塊。例如，以車床的需求為例，通過_些企業的調査，無尾座的切削占60%~82%,因此，無尾座的設計作為主要模塊,尾座可作為特殊模塊類設計。
2.2建立功能結構
此階段的主要任務是在明確總功能的基礎上，進行功能分析，劃分各個子功能，再轉化為相應的功能模塊。見圖1所示，模塊分類圖。總功能分解為基本功能、輔助功能、特殊功能，轉化為相應的模塊。以車床為例,首先通過市場調研，明確任務，根據車床的切削原理，劃分為4大基本功能，再具體化為九大功能模塊，以便組合成不同功能的車床，見圖2所示。
2.3確定模塊的系列型譜
模塊化設計在應用時也應該遵循系列化設計的原理，即：每類模塊具有多種規格,而每種規格參數按照優先數系的公比劃分。若公比小，則模塊劃分較細，雖可能組合成較多的變型產品，但系列型譜內的許多優點得不到充分發揮。反之，若公比較大，模塊劃分過粗，得到的變型產品規格種類較少，難以滿足用戶的需求。因此，必須在市場調研的基礎上，通過全面的技術分析,才能確定最佳公比。
2.4各模塊的組合
按照不同功能劃分的模塊，組合時遵循以下原則：C0如何以較少的模塊種類組合出盡可能多的產品為目的；0各模塊的結合面要保證具有良好的強度、剛度,以滿足零件抗震性的要求；Q盡可能遵循“四化原則(標準化、系列化、通用化、典型化)，以確保各模塊連接時的通用性及快速更換。
對于加工中心而言，各模塊的組合并不是模塊之間簡單的拼湊，接口部分是直接影響加工中心性能的關鍵部位，據統計，整機阻尼的70%,剛度的60%決定于接口，所以接口部分的設計在整個模塊化設計中占有重要地位。
3模塊化設計的優點
模塊化設計在縮短產品的制造周期，快速響應市場，加強市場的競爭力等方面有顯著的優勢，此外，模塊化設計還有以下優點。
(〇隨著科學的發展，用先進的技術設計出新模塊,取代舊模塊,提高產品的技術性能，加快產品的更新換代。
0采用模塊化設計，只需更換部分模塊，或設計更改個別零件，就可推出滿足用戶要求的產品,不僅縮短了設計周期，而且提高了產品的更新換代。
C3)模塊化設計中的大部分零件都由模塊組成，如果機器發生故障，只需更換相關模塊即可，因此，維修方便，耗時短,對生產的影響較小。
(4模塊化設計方法推動了整個企業技術、生產、管理和組織體系的改革。由于產品的大多數零部件由單件小批量生產性質變為批量生產，有利于采用成組加工等先進技術，有利于組織專業化生產，即提高質量,又降低成本。
4應用舉例
模塊化設計在專用加工中心中最典型的應用就是組合加工中心的設計。所謂組合加工中心就是根據工件的加工需要,以大量的通用部件據統計:組合加工中心的通用件與標準部件占零件總量的7〇%~90%)為基礎，配以少量專用部件和夾具而組成的_種ill效專用加工中心。圖3所示，典型的單工位三面鉆床，其中夾具7、多軸箱8、中間底座2為專用部件，需要根據加工零件的結構自行設計外,其余部件都為通用件與標準部件，用戶根據不同的需要可將通用件模塊與標準件組合成不同形式與功能的加工中心。組合加工中心采用采用模塊化設計原則，不僅縮短了制造周期，維修更換零部件方便,而且由于組合加工中心采用多刀加工，自動化程度高，提高了經濟效率。
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