机械设计中模块化设计方法的应用

机械设计中模块化设计方法的应用

张冬涛

身份证号码：44528119820216xxxx

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

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。

一、模块化的设计方法

对模块的划分、和可互换性等方面划分的好坏可以直接影响模块的实际能否成功。在进行划分的时候不仅仅要考虑在制作的时候的方便性、同时也应该考虑到在进行组合的时候是否能够轻易的组合。所以，在设计模块的时候，一定要进行详细的划分。同时，在进行模块划分时，应该考虑到在系统中的可更换性；同时也要保证模块在功能方面要有其独立性；模块之间的结合应该方面分离等等。在进行模块设计的时候应该注意模块的组合，也就是模块之间的结合面。为了能够使，模块之间进行更换，当然不同的模块之间也要保证其能够进行更换。所以，在设计模块的时候，应该保证模块具有可更换性。同时也必须增加接口处的的规格化和标准化。

二、模块化设计方法的概念与特点

（一）概念。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。在设计的时候，对模块的划分、可互换性等方面的考虑会影响模块设计的效果，因此在具体的设计工作中，应该进行全面的考虑，不仅需要考虑制作的方便，还需要对不同的模块进行详细的划分，明确每个模块的功能，考虑不同模块组合的方便。同时，还需要确保每个模块功能的独立性，并能够进行相应的更换，从而促进系统功能的升级。

（二）特点。作为一种新的设计理念和设计方法，模块化设计方法具有自身显著的特点。一是模块化设计方法能够方便维修，由于模块化设计具有可更换的功能。因此，在具体运用中，当机械设备发生故障的时候，通过检查和分析，将出现故障的模块进行更换即可。这样大大简化了维修工序，给设备维修带来很大的方便。二是简化了包装过程。以前在包装的时候只能根据产品特点进行指定包装，设计出来的包装只能适用于相同系列的产品，给包装带来很多的不便。而运用模块化设计方法设计出来的产品，在具体运用中，能够满足多种不同产品，从而简化了包装，节约了时间和人力。三是模块化设计方法能够节约成本。在包装的时候，能够根据模块特有的功能进行，通过对各个模块的研究，还可以完善其功能，提高其质量。可以用较少的模块完成更多的机械设备包装，有利于节约设计成本。

（三）设计的特点

1）便于维修，在使用模块化设计的时候，由于模块具有可更换的特点，所以如果在机械包装的过程中发生故障的话，只需要将不合适的模块更换就可以。这样省去了在设计的时间，以及方便维修；2）简化包装设计在过去的包装中，进行设计的人主要根据产品的特点进行指定的包装，所以设计出来的包装只能使用于相同系列的产品，而对其他系列的产品不能够应用。采用模块化设计之后，可以使一种设计满足许多的系列的产品，只要在客户提货的时候进行模块之间的更换即可在对传统的机械化包装进行设计的时候要对每一个零件的设计进行考虑，这样就需要人员掌握的知识面广，这样不单单浪费时间，同时也消耗了人员的精力，这样就导致机械的生产周期短，然而，在采用了模块化之后，技术人员不用再考虑每一个零件的设计，只需要使用现有的模块即可；3）模块化包装的成本低，在进行模块化包装的时候，可以根据模块特有的功能进行。同时也可以通过对模块的不断研究，不断的完善其质量和性能，以此来增加模块化产品的数量。这样就可以用较少的模块组合成最多的机械包装。在减少设计时候的同时，也减少了设计成本。

三、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，在设计的时候需要遵循相应的步骤和方法，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。

四、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，下面将通过具体实例，对此进行探讨与分析，具体的机械设计以数控立式车床设计为例。

（一）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。

（二）确定模块功能。在对模块进行划分之后，接下来进行的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的，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。

（三）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。

（四）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。

（五）具体运用效果。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，还可提高整个设备的运作效率，降低成本，取得良好的设计和运行效果，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。

结语

模块化设计方法满足了机械设计的需要，在机械设计的具体运用中具有良好的效果。它不仅能够缩短设计时间，还有利于更好地指导机械设备的加工制造，提高设计水平。因此，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，并把握相应的要点，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