基于模块的活塞专用加工机床总体方案设计

　　基于模块的活塞专用加工机床总体方案设计是指通过分析用户提出的总体任务定义与功能要求，进行模块选择与模块装配组合设计。由于模块化方案设计的多解性，必须从众多的方案中优选出拟采用的方案。为此，首先要对各候选方案进行评价，然后根据评价的结果决策。如果方案不能达到预定的目标，则必须进行再设计，提出新的设计方案或对原方案的某一部分进行修改，得到比较满意的设计方案。

　　基于模块的总体方案设计

　　基于模块的机床总体方案设计可以归结为两个相反的过程，即分解和组合。分解是根据被加工对象的工艺信息和用户的功能要求定义机床总功能和性能指标，确定机床总体方案形式和主要性能参数、特性参数值，并将其分解成一系列易于实现的子功能;组合是根据子功能要求选择出所有满足要求的模块，并通过模块综合，组合出多个可实现的机床总体方案。由于机床功能结构十分复杂，难以从整体上直接完成其设计任务的求解，因此，设计任务的分解是必须的，分解出的子功能可由相应的模块完成。基于模块的机床总体方案设计基本步骤如下：

　　(1)根据机床总功能和性能参数将总任务分解成一些相对简单的子功能;

　　(2)根据子功能的性能参数的要求查出满足要求的模块;

　　(3)由于满足某一子功能要求的模块往往不止一个，故可形成多个组合方案;

　　(4)进行模块接口分析，确定可实现的组合方案;

　　(5)建立方案的装配模型。

　　1.任务分解

　　设计任务的分解主要是在进行功能分解的同时将总的设计参数分配到相应的子功能，由子功能结构实现，或者说给子功能规定相应的设计参数。当总功能被分解后，可以得到一个分层的任务体系，如图1所示活塞精止口、钻中心孔机床功能分解图。

　　图1 活塞精止口、钻中心孔机床功能分解

　　2.模块的选择与组合

　　模块的选择是在现有机床模块的基础上，针对机床总功能要求的划分，从已建立的模块库中，搜索到与所需模块功能相一致的模块。主要内容包括对现有模块的功能选择、调用和判断。

　　以活塞精密车床系列为例，现有主要模块种类为：主轴箱、主轴箱支座(过桥)、滑台、滑台座、尾座、床身和底座7种模块。根据模块结合面特征，可得如图2所示模块的组合形式。

　　图2 模块的组合形式

　　模块的组合方案有S1={1，2，3，4，5，6，7}，S2={1，3，4，5，6，7}，S3={1，3，4，5，6}，S4={1，2，3，4，5，6}，S5={1，2，3，4，5，7}，S6={1，3，4，5，7}， S7={1，3，4，6，7}。

　　例如：BHC-50A活塞环槽精密车床采用S2={1，3，4，5，6，7}模块组合形式，BHC-22活塞精密外圆车床采用S5={1，2，3，4，5，7}，精止口、钻中心孔机床模块组合形式采用S7={1，3，4，6，7}。

　　3.模块之间的连接方式

　　模块在产品中一般是成链状、树状或网状组合在一起的。由于模块在产品中的作用不同，即实现的子功能不同，与其他模块之间的组合关系也不同。根据某一模块所能连接其他模块的数量，可分为单向连接、双向连接和多向连接(图3)。

　　图3 模块的连接方式

　　单向连接是指模块只有一个接口，并且仅能与另外一个模块相连接的组合方式。单向连接的模块都处于链或树的末端。

　　双向连接的模块有两个接口，能与另外两个模块相连接。双向连接的模块可以通过组合使所构成的系统由两端向外扩展。

　　多向连接是指模块可同时与两个以上的其他模块相连接的组合方式。所谓多向连接并不意味着在三维的每一方向必有其他模块与之相连，也不表示每一方向上只有一个连接面，或只能有惟一的模块与之相连接。如机床滑台模块3是单向连接，床身模块6为多向连接模块。

　　4.建立基于模块的装配模型

　　为了适应产品系列中不同产品的需要，装配模型也必须是基于约束的参数化模型。基于模块模型的产品装配模型表达模块之间的位置、配合、联接及尺寸等约束关系。本文建立一种适应模块化方案设计的参数化装配模型，其基本思想是：在建立满足各种约束的装配实体模型的同时，建立一个与之相联系的装配数据模型。当某一模块的设计参数发生变化时，通过装配数据模型调整与该设计参数相关的其他设计参数，从而在外部表现为装配实体模型的相应调整，始终维系原有的约束关系和装配要求。