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由于臥式加工中心結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜，如何對其進(jìn)行模塊化劃分和設(shè)計是一個難題。我們先了解一下相關(guān)模塊化概念和劃分原則。

1 機(jī)床模塊化的概念

對于數(shù)控機(jī)床而言，模塊化設(shè)計是指將機(jī)床上一定范圍內(nèi)的不同功能、不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化。模塊化設(shè)計與產(chǎn)品系列化設(shè)計、通用化設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計密切相關(guān)。系列化的目的在于用有限品種和規(guī)格的產(chǎn)品來最大限度、且較經(jīng)濟(jì)合理地滿足需求方對產(chǎn)品的要求。通用化是借用原有產(chǎn)品的成熟零部件，不但能縮短設(shè)計周期，降低成本，而且增加了產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)零部件跨機(jī)型、跨品種的通用化。

2 機(jī)床模塊化的劃分原則

模塊化劃分是模塊化設(shè)計的前提和基礎(chǔ)。模塊劃分是否合理，直接影響模塊化系統(tǒng)的功能、性能和成本。梳理模塊化劃分原則，大致可分為以下幾種。

一是特性原則：模塊劃分就盡可能考慮機(jī)床的特點(diǎn)，力求典型化。

二是獨(dú)立原則：對要劃分的模塊單元要在功能上、結(jié)構(gòu)上盡可能做到獨(dú)立化，這樣的模塊易于拼組搭配，便于構(gòu)成多種變型產(chǎn)品。

三是部件原則：以結(jié)構(gòu)相對獨(dú)立的部件作為模塊單元，便于模塊互換。

四是組件原則：可以單獨(dú)將組裝配作為模塊單元，便于模塊的互換。

五是基礎(chǔ)件原則：基礎(chǔ)件功能和結(jié)構(gòu)比較獨(dú)立。

六是可擴(kuò)充性原則：模塊單元應(yīng)考慮未來新技術(shù)應(yīng)用的可能性。

根據(jù)以上概念和原則，結(jié)合實(shí)際情況，對臥加系列產(chǎn)品按以下原則進(jìn)行部件劃分，如圖 1 所示。

圖片.png

圖 1 整機(jī)主要部件劃分示意圖

3 模塊化設(shè)計方法在臥式加工中心機(jī)床設(shè)計中的具體應(yīng)用舉例

3.1 系列化模塊設(shè)計

3.1.1 鑄件木模系列化模塊設(shè)計

臥加設(shè)計全系列引入模塊化理念，包括鑄件木模模塊化，實(shí)現(xiàn)木模通過更改活塊的數(shù)量和位置實(shí)現(xiàn)一個系列的多個鑄件通用一套木模，完全改變了原先一個毛坯對應(yīng)一個木模的現(xiàn)狀，使多款鑄件毛坯對應(yīng)一套木模，大幅度降低了鑄件木模成本。

3.1.2 防護(hù)系列化模塊設(shè)計

將臥加的防護(hù)分為 APC 防護(hù)、前防護(hù)、中間防護(hù)、操作側(cè)防護(hù)、刀庫防護(hù)、3 后防護(hù)六個模塊。采用模塊化的方法，只要更換一個或幾個組件可以直接用于單工位機(jī)型或滿足客戶特殊定制的要求，大大簡化防護(hù)間設(shè)計和減少系列機(jī)型開發(fā)時間。

3.2 通用化模塊設(shè)計

臥式加工中心的床身、分度工作臺、立柱、主軸等，其材質(zhì)大都為鑄件，生產(chǎn)加工周期長，影響產(chǎn)品迅速改型。采用同一類型的連接為基礎(chǔ)，建立接口標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的基礎(chǔ)件模塊，可以在較低成本前提下最經(jīng)濟(jì)地配生出各式各樣的產(chǎn)品。

3.2.1 主軸部件的系列化模塊設(shè)計

由于不同客戶加工產(chǎn)品的不同，對切削性能有不同要求，導(dǎo)致同一規(guī)格的臥式加工中心需要匹配不同類型的主軸箱。臥式加工中心中的同一款主軸箱其自身還需要滿足不同電機(jī)、不同功能間的快速互換。因此，主軸箱部件和立柱接口的通用化，自身內(nèi)部零件的通用都非常重要。主軸箱部件的模塊化設(shè)計方法如圖 2 所示。

圖片.png

圖 2 主軸部件模塊示意圖

預(yù)留功能接口：在主軸箱本體上預(yù)留不同電機(jī)的安裝接口，方便主軸部件生產(chǎn)及維護(hù)。通過配置不同規(guī)格的主電機(jī)，來輸出不同大小的功率和扭矩，不需要更換整個主軸部件，而只要更換電機(jī)。

小組件化的結(jié)構(gòu)設(shè)計：將相同功能并通用化的零件分在一個組件中，客戶經(jīng)常需要變化的零件單獨(dú)進(jìn)行分組，這樣可以方便對通用件進(jìn)行大量下單。這樣可以對小組件進(jìn)行單獨(dú)的測試入庫，方便管理。

采用相同的導(dǎo)軌位置和結(jié)構(gòu)：統(tǒng)一導(dǎo)軌可以實(shí)現(xiàn)在同一款立柱上安裝不同規(guī)格的主軸部件，以適應(yīng)客戶對機(jī)床不同的切屑性能需求。目前，很多公司采用預(yù)投產(chǎn)方式進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)際客戶訂單可能會和預(yù)投產(chǎn)不同，假如預(yù)投產(chǎn)的是標(biāo)準(zhǔn)主軸部件，客戶需要帶 W 軸功能的主軸部件，那么，只要將預(yù)投產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)主軸部件換下，裝上帶 W 軸功能的主軸部件就可以滿足客戶需求了。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計

以絲杠部件設(shè)計為例。首先，不同直徑的絲杠的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。例如，絲杠的軸承布置方式統(tǒng)一，絲杠的調(diào)整方式統(tǒng)一，絲杠的拆裝方式統(tǒng)一等。其次，相同直徑的絲杠相關(guān)零件作為標(biāo)準(zhǔn)件通用設(shè)計，如電機(jī)座、尾端座、軸承隔套等作為標(biāo)準(zhǔn)件，不同電機(jī)通過更換不同的過渡板來實(shí)現(xiàn)快速的生產(chǎn)組織管理。最后，工裝標(biāo)準(zhǔn)化。通過對電機(jī)座、尾端座的安裝孔距和檢棒安裝孔距的尺寸統(tǒng)一，減少工裝種類，方便加工及管理。

4 結(jié)語

臥式加工中心產(chǎn)品模塊化設(shè)計的實(shí)踐應(yīng)用，縮短了設(shè)計、制造周期、降低研發(fā)與制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高企業(yè)管理效率和綜合競爭力，值得在其他產(chǎn)品生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中推廣應(yīng)用。

臥式加工中心的部件模塊化設(shè)計

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