技术

1　前言

　　随着国内近年来汽车工业的发展，机械产品品种和规格的更新速度不断加快，要求交货及时，以传统的组合机床或专用机床进行大批量生产已无法满足发展的需要，现代设计思想便应运而生。模块化设计思想产生以来，国内外对其研究和应用均有许多进展^［1］。日本的Y.Ito,Y.Yoshida^［2］等提出分级模块的概念和用GT码来描述机床结构。德国P.Dietz^［3］研究了解决不同尺寸模块之间的组合问题。前苏联的D.Vragoo^［4］和Y.Saito^［5］研究了机床总体布局中的模块编码问题。国内陈敏贤^［6］等对机床模块化设计与计算机技术的结合进行了理论探讨。华中理工大学的胡维刚^［7］等开发了机床模块化设计智能知识系统。针对制造业面临的竞争激烈、动态多变的市场，以应标竞争为主要目的，模块化设计数控机床结构运动仿真系统(简称SDSS)^［8］将模块化设计思想用于机床的工程设计中，将模块化机床的工程设计、工业设计和运动仿真纳入一个完整的计算机辅助设计系统。其中集成是关键，而系统建模定义了系统在整个生命周期中的所有数据，保证了集成的顺利实现。
　　近年来，特征技术的研究非常活跃，无论是基于特征的CAD，基于特征的CAPP，还是基于特征的产品建模系统，都以特征为基本信息单元和操作单元。特征已成为设计和制造过程的通讯媒介，也是CAD/CAM集成的重要元素。国内90年代造型技术的研究主要集中在三维实体造型和特征造型方面，如实体造型中的几何约束问题^［9］、基于特征的三维参数化造型^［10］等。SDSS系统采用特征建模。
　　为使读者具有一个整体概念，给出SDSS系统工作流程图，如图1所示。系统采用AutoCAD提供的开发工具ADS和Borland C＋＋，Turbo C以及3DS为底层支持软件。

图一 系统工作流程

2　机床模块的划分

　　机床的模块化设计包含两个过程，一是如何根据设计要求进行功能抽象、合理创建模块的过程，二是如何根据设计要求合理选择一组模块、产生机床拼装方案的过程。其中模块的创建问题是模块化设计的核心，而模块的划分则是首先需要解决的问题。
2.1　机床模块的划分原则
　　进行模块化设计，首先必须把产品划分成若干模块，再以模块为基本单元进行设计。模块必须具有可互换性、通用性和标准化的特点。因此，模块划分的合理性对模块化产品的性能、外观以及模块的通用化程度和成本均有很大影响。本文的模块划分是以功能分解为基础的，机床的功能分解细化到何种程度是模块划分的关键。若将零件级确定为最基层模块，通用性则高，却失去模块设计的意义；而功能综合程度过高，又会影响模块拼装时的柔性。本文借鉴同行的研究，参考组合机床的部件划分原则，并结合工厂实际，确定模块划分原则如下：
　　(1)独立性原则。包括相对于其它模块的功能独立和结构独立，有助于模块系列化发展，以实现纵系列机床设计。其中拼装结合面的连接方式和连接要素应实现标准化和系列化，以保证模块间拼装的可能性和互换性。
　　(2)部件原则。组合机床的拆分主要遵循部件原则，以保证结构的相对独立。
　　(3)组件原则。对功能综合程度过高的部件进一步进行功能分解，将组件模块化。
　　(4)基础件原则。基础件功能和结构比较独立，例如床身、立柱等，其材质大都为铸件或焊接件，生产加工周期长，影响产品迅速改型。采用同一类型的联接为基础，建立接口标准化、通用化的基础件模块，可以在较低成本的前提下最经济地配生出各式各样的产品。
2.2　基于功能分解的数控机床的模块划分
　　产品充其量是功能的载体，顾客购买的实质上是一种或多种功能，因此，功能分析是工程设计的一种重要手段^［10］，也是模块化设计的基础。功能分析法是通过分析用户对产品的要求而确定总功能，然后对总功能进行分解，按分级方法直到最后分解出功能元。根据解法原理对功能元求解，得到功能元的原理解，即最基础模块。功能元的原理解通过选择、变异形成其上一级的分功能的原理解的备选方案，将其进行合理组合，寻求整体方案最优。其中形态学矩阵是表达以上工作的一种较为清晰