機械設計中的模塊化設計方法研究

寶劍鋒

【摘 要】通過運用模塊化的設計方法，在設計的時候運用劃分和組合的方式完成所有的工作，不僅有利于提高設計的科學性，還能夠提高模塊化設計的效果，降低機械設計成本，對促進機械設計的順利進行具有重要的作用。

【關鍵詞】機械設計；模塊化；設計方法

一、引言

模塊化設計方法是機械設計的一種重要方法，它是指在進行機械設計的時候，將不同的組成部分劃分為相應的模塊，對每個模塊的設計進行全面的考慮，然后將其進行組裝，最后完成機械設計的所有內容。從設計層面上看，模塊化在技術上的轉變已經基本完成了。通過對劃分和組合來完成不同的種類的機械包裝，這樣就可以縮短工期，這樣能夠減少制造需要的成本。所以說模塊化從設計上還是制造上都是機械制造商最后的選擇。

二、模塊化設計方法的具體操作步驟

為了促進模塊化設計方法得到更好的運用，在設計時需要遵循相應步驟和方法，確保模塊的獨立性和完整性，方便模塊之間的連接，并力求用最少的模塊設計最多的產品，保證結構的精度，性能的穩定。首先應該考慮機械設備的具體需要，合理確定模塊的劃分，確保模塊操作的方便，并保證模塊之間能夠進行輕易的組合。每個模塊既獨立又相互依存。然后將不同的模塊組合起來，實現機械設計所需要的功能。另外，還要確保每個模塊具有可更換的功能，當一個模塊在使用中出現問題的時候，可以對其進行更換，不影響其他模塊的運行和整個機械設備的運作。

例如，包裝設計中模塊化設計方法，第一種方法是模塊的拆分與重組設計，這種方法一般被運用到大型包裝件的設計中，其目的是化整為零，以節省包裝本體在運輸過程中所占用的空間。在運輸包裝設計中，由于運輸包裝本體的體積較大，因而在早期為了避免包裝本體的運輸的成本，對一些大型的包裝件的運輸，通常都采用就地取材的方式進行即時包裝，但是這種臨時的包裝沒有統一的標準，也沒有嚴格的質量安全保障，因此在運輸或出口過程中往往不能被檢驗通過。而在標準化需求下，包裝也具有了統一的要求和標準，很多包裝都被可拆卸式包裝箱所替代。這種可拆卸式包裝箱，在運輸未成箱之前，通常都是獨立的部件，需要包裝時，一般將包裝通過鏈接件進行重新組裝來形成包裝箱，進而在運輸過程中節省空間。這種設計方法在大型運輸包裝的設計中被廣泛應用，是模塊化設計理念的典型體現。

第二種方法是通過改變某一子模塊，實現整體包裝的差異化設計。這種方法被廣泛運用在銷售包裝設計領域，主要目的是通過標準化壓縮生產周期，以降低成本。從方法學的角度來看，系列化包裝中主要采用了統一包裝中的某些能保證包裝風格的部件，將包裝中其他的構成元素進行平行或者遞進式的變化，如圖2所示。在此方法中，其思想的核心和模塊化設計方法有相似之處，都是將包裝的各個部件看成獨立的系統，通過改變這些獨立的子系統使包裝的外部形態發生變化。例如，在系列化包裝容器造型設計中，很多包裝容器都是統一整體造型，通過變更某一局部的造型形態，使包裝容器具有差異性。運用這種方式，更多的是通過改變包裝容器的蓋部形態，并使包裝的主體在設計中保持不變，從而實現包裝容器的系列化。這樣一來，就可以在不更換包裝主體成型模具的基礎上，實現包裝的系列化，其實質就是本文中所探討的模塊化設計方法。

三、模塊化設計方法在機械設計中的運用

為了讓人們對模塊化設計方法在機械設計中的運用有更為詳細的了解，下面將通過數控立式車床設計為例進行分析和探討。

1、進行模塊劃分。在數控立式車床設計中，運用模塊化設計方法，其中最為關鍵的內容是進行功能與結構分析，根據設計的具體需要，對結構的功能進行科學合理的劃分，這是決定設計效果的關鍵內容。根據數控立式車床設計和具體工作的需要，將該模塊功能劃分為傳動模塊、執行模塊、支承模塊、輔助模塊、監測模塊，每個模塊具有自身獨特的功能，統一于機械設計中，促進機械設備功能的有效發揮。

2、確定模塊功能。在對模塊進行劃分之后，接下來工作是確定每個模塊的功能。有些模塊只有單一的某種功能，而有些模塊卻有多種功能。例如，工件監測裝置模塊的功能是工件監測功能，刀具監測裝置模塊的功能是刀具監測功能，機內對刀裝置模塊的功能是機內對刀功能，在這些模塊中，每個模塊單獨行使某項功能。同時，有些功能由幾個模塊完成，例如，工作臺模塊、卡爪模塊都具有工作定位功能，同時，工作臺模塊、卡爪模塊、主變速箱模塊都具有工件旋轉功能。有些模塊還具有多種功能，在具體運用中能夠完成多種功能，例如，刀架模塊具有刀具定位、刀具夾緊、刀具松開功能。在確定每個模塊的功能之后，明確每個功能的任務，為合理進行模塊的組織做好準備。

3、進行模塊組裝。功能確定之后進行模塊組裝，從而確保整個機械設計各模塊得到合理配置，在實際運用中發揮更大的作用。組裝的時候要確保組裝完整，做好模塊之間的結合面處理，注重布局的合理性，同時各模塊具有更換功能，在使用中如果出現問題的話，可以對其進行及時更換，并且某個模塊的更換不會影響其他模塊的工作，還不會給整個數控立式車床的運行帶來負面影響。另外，組裝的時候還要做好接口的處理工作，確保接口規格符合要求，對其進行標準化處理，從而確保模塊組裝效果。

4、完成設計工作。通過設計、組裝之后完成整個數控立式車床的設計工作，完成設計任務。該數控立式車床包括傳動模塊、執行模塊、支承模塊、輔助模塊、監測模塊，其中傳動模塊包括主傳動軸、水平進給箱、垂直進給箱、橫梁升降箱；執行模塊包括刀架、卡爪、工作臺；支承模塊包括立柱、橫梁、滑架；輔助模塊包括保護罩、冷卻裝置、排剛裝置、刀庫、機床電氣、液壓與潤滑裝置；監測模塊包括工件測量裝置、刀具監測裝置、機內對刀裝置等。

5、具體運用效果。在該數控立式車床設計工作中，通過運用模塊化的設計方法，不僅順利完成了設計任務，還對各個模塊的功能進行了有效劃分，滿足了數控立式車床實際工作的需要。設計完成后通過質量檢驗和驗收，各項指標都符合設計要求，并且滿足實際工作的需要，確保了設計水平。將該數控立式車床運用到實際工作中，不僅能夠順利完成各項工作的操作，還可提高整個設備運作效率，降低成本，取得良好設計和運行效果，贏得了設計和使用部門的一致好評，類似機械設計也可以從中獲取啟示與借鑒。

四、結語

總之，模塊化設計方法滿足了機械設計的需要，在機械設計具體運用中具有良好的效果。在今后在進行機械設計的時候，需要重視模塊化設計方法的運用，并把握相應要點，嚴格按照規定做好模塊劃分、模塊組裝等各項工作，并注重提高設計人員的綜合素質，重視設計經驗的總結，從而使模塊化設計方法得到更好的運用。

【參考文獻】

1.董慧婷.淺析企業模塊化設計面臨的困境[J].科技創業家，2014 .

2.陳宗濤.淺談工業設計及機械設計制造技術的應用[J].科教導刊，2014.