现代设计方法课后习题解答

现代设计方法作业

第五章相似设计与模块化设计

一、就某机电、家具、家电产品，谈谈如何进行模块化设计？

答：模块化设计是近年来发达国家普遍采用的一种先进设计方法，它的核心思想是将系统按功能分解为若干模块，通过模块的不同组合，可以得到不同品种、不同规格的产品。而数控机床结构的特点也决定了模块化设计方法对于数控机床设计的适用性：

1)同一类型的数控机床均可划分为基本相同的若干部分；

2)同一类型的数控机床通过一个或若干个基本参数的变化形成不同规格的；

3)同一类的数控机床尽管有着各种不同的结构布局和用途X围，但其基本控制、运动功能和工作原理是相同的；

4)数控机床中有不少独立的功能单元，如导轨副、丝杠副、冷却系统、润滑系统、液压系统、气动系统、电气控制系统等。这一特点使其适应于模块化设计方法；

5)数控机床的加工要求向高速、高精度方向发展，要求机床结构具有高刚度、高可靠性，机床基础大件(床身、工作台、主轴箱、滑鞍、立柱等) 的结构动、静态特性和传动系统的高刚性成为设计的主要矛盾；

6)数控机床采用计算机控制技术，使机床的机械传动机构大为简化；

7)市场竞争和市场需求的多变，要求数控机床产品规格和功能多样化、性能好、成本低、制造周期短；

8) 随着技术的进步和市场的发展，许多数控机床功能部件已实现专业化生产和商品化。

对于数控机床而言，模块化设计是指将机床上同一功能的单元，设计成具有不同用途或性能的、可以互换选用的模块，用以更好地满足用户需要的一种设计方法。数控机床的整体结构可以分解为单个部件的有机组合。通过功能分析，使得功能相同或相似，联接接口相同，而性能、用途不同的各种功能单元，经过选择、优化、简化和统一，形成各种具有独立功能的单元模块。通过对机床单元模块选择、使模块间有机地匹配与连接，进而组合成各种通用机床、变型机床和专用机床。模块化设计的一般过程：

模块化设计分为两个不同层次，第一个层次为系列模块化产品研制过程，需要根据市场调研结果对整个系列进行模块化设计，本质上是系列产品研制过程，如图2.1所示。

图2.1 模块化系列产品研制过程

第二个层次为单个产品的模块化设计，需要根据用户的具体要求对模块进行选择和组合，并加以必要的设计计算和校核计算，本质上是选择及组合过程，如图2.2所示。

图2.2 模块化产品设计过程

总的说来，模块化设计遵循一般技术系统的设计步骤，但比后者更复杂，花费更高，要每个零部件都能实现更多的部分功能。

1.市场调查与分析

模块化设计成功的前提。必须注意市场对同类产品的需求量、市场对同类产品基型和各种变型的需求比例，分析来自用户的要求，分析模块化设计的可行性等。对市场需求量很少而又需要付出很大的设计与制造花费的产品，不应在模块化系统设计的总功能之中。

2.进行产品功能分析，拟定产品系列型谱

合理确定模块化设计所覆盖的产品种类和规格，种类和规格过多，虽对市场应变能力强，有利于占领市场，但设计难度大，工作量大；反之，则对市场应变能力减弱，但设计容易，易于提高产品性能和针对性。

3.确定参数X围和主参数

产品参数有尺寸参数、运动参数和动力参数(功率、转矩、电压等)，须合理确定，过高过宽造成浪费，过低过窄不能满足要求。另外，参数数值大小和数值在参数X围内的分布也很重要，最大、最小值应依使用要求而定。

主参数是表示产品主要性能、规格大小的参数，参数数值的分布一般用等比或等差数列。确定模块化设计类型，划分模块只有少数方案用到的特殊功能，可由非模块实现:若干部分功能相结合，可由一个模块实现(对于调整功能尤其如此)。4.模块结构设计，形成模块库

由于模块要具有多种可能的组合方式，因此设计时要考虑到一个模块的较多接合部位，应做到加工合理、装配合理;应尽量采用标准化的结构；尽量用多工位组合机床同时加工，否则模块的加工成本将非常可观;还应保证模块寿命相当，维修及更换方便。

5.编写技术文件

由于模块化设计建立的模块常不直接与产品联系，因此必须注意其技术文件的编制，才能将不同功能的块有机联系起来，指导制造、检查和使用。技术文件主要包括以下内容:

(1)编制模块组合与配置各产品的关系表。其中应包括全系列的模块种类及各产品使用的模块种类和数量。

(2)编制所有产品的模块组和模块目录表，标明各产品和模块组的组成。

(3)编制系列通用的制造与验收条件、合格证明书及装箱单。

(4)编制模块式的使用说明以适应不同产品、不同模块的需要。

模块的划分根据其划分角度的不同，有不同的划分方式，最终得到不同的基本单元。从产品生命周期的观点看，这些不同的划分角度分别是面向产品生命周期中的不同阶段。因此，可以根据模块划分所面向的生命周期中的具体阶段，把模块划分为：

(1)面向设计的模块划分

(2)面向制造的模块划分

(3)面向使用、装配和维修的模块划分

(4)面向回收的模块划分

(5)面向整个生命周期的模块划分

本次数控机床的设计从面向设计的角度来进行数控机床模块的划分。首先对数控机床的功能进行分解，将数控机床的总的功能分解为不同的功能元，根据不同功能元之间的相关性定性的进行模块聚类，其次按照结构将已经聚类的功能模块对应的零部件分解出来，再根据各个零部件之间在制造和装配上的相关性进行分析，最终将两次分析的结果综合起来得到更为细小的具有不同用途或性能的模块。将数控机床分为10个模块，具体划分如下：

传动模块：丝杠，联轴器，伺服电机，电机架，轴承端盖，轴承架

支撑连接模块：导轨，滑块

工作台模块：工作台底盘，工作台托盘

主轴箱模块：主轴箱体，主轴

刀库模块：刀库，抓刀机械手

防护模块：丝杠防护罩，整机防护罩

辅助模块：气动液压装置，排屑装置，冷却装置，润滑装置，电气控制装置

床身模块：床身

立柱模块：立柱

滑板模块：滑板

二、查阅相关资料，围绕相似设计或模块化设计写一篇小论文？

数控机床作为最为重要的制造装备之一,是机电行业的重要基础；是交通、电子及采矿产业实现生产现代化的最主要的手段；是制造业实现自动化、柔性化、集成化的基础；同时也是发展军事工业的重要战略物资。目前,国内模具、汽车等行业的兴旺，使得市场对数控机床的需求量增大，这给数控机床的发展带来了新一轮的发展机遇，但同时也带来了挑战，这种挑战主要来自于用户对数控机床