数控机床模块化工业设计方案草稿.doc

当前,数控机床已成为工业发达国家普遍采用的现代化制造车间的加工单元,数控机床在我国也得到了较快的发展。从普通机床发展到数控机床,不仅是在控制技术方面,而且也在传动和结构方面实现了一次飞跃。随着时代的发展,市场对数控机床产品结构和技术性能的要求越来越多样化,数控机床产品的快速开发及快速推向市场越来越显得重要。由于技术进步和市场竞争,必然要求数控机床在结构设计方面要有新的先进的设计理念和方法来指导。模块化设计正是适应这一发展要求的数控机床现代设计主要方法之一。一、数控机床结构的特点和模块化设计方法的适用性1)同一类型的数控机床均可划分为基本相同的若干部分;2)同一类型的数控机床通过一个或若干个基本参数的变化形成不同规格的产品;3)同一类的数控机床尽管有着各种不同的结构布局和用途范围,但其基本控制、运动功能和工作原理是相同的;4)数控机床中有不少独立的功能单元,如导轨副、丝杠副、冷却系统、润滑系统、液压系统、气动系统、电气控制系统等,这一特点使其适应于模块化设计方法;5)数控机床的加工要求向高速、高精度方向发展,要求机床结构具有高刚度、高可靠性,机床基础大件(床身、工作台、主轴箱、滑鞍、立柱等)的结构动、静态特性和传动系统的高刚性成为设计的主要矛盾;6)数控机床采用计算机控制技术,使机床的机械传动机构大为简化;7)市场竞争和市场需求的多变,要求数控机床产品规格和功能多样化、性能好、成本低、制造周期短;8)随着技术的进步和市场的发展,许多数控机床功能部件已实现专业化生产和商品化。我们知道,机床的功能、性能往往和成本相矛盾,而一般情况下,产品总成本的75%以上及产品的性能在设计阶段就已经确定;另一方面,为了适应市场变化,快速响应市场,必须快速研发新产品,而这与正常的新产品研发周期是矛盾的。所以,必须通过先进的设计方法来提高产品的质量和性能,降低生产成本,缩短研发制造周期。所以模块化设计技术适用于数控机床的设计,它解决了机床功能、制造成本、研发周期之间的相互矛盾。二模块化技术在数控机床设计中的应用探讨(1)基于模块化技术的产品开发一般程序为了充分应用模块化技术,整个产品开发设计过程必须从市场调研和概念设计开始。在数控机床的概念设计阶段,需要根据市场调研结果,用模块化方法构造出模块化的数控机床产品系列规格。系列产品模块化设计过程,本质上就是系列产品方案设计过程的关键环节。基于模块化技术的产品开发一般程序如图1所示。模块化设计除了遵循一般技术系统的设计原则外,其目的就是要使每个部件和零件特别是对于重要部件和重要零件,能在整个产品系列中具有尽可能大的通用性。(2)模块化技术的应用探索和实践1)市场调查与分析。这是模块化设计成功的前提。必须注意和预测市场对同类产品的需求量、市场对同类产品基型和各种变型的需求比例,分析来自用户的要求,分析模块化设计的可行性。如何在短期内开发和生产出质量好、成本低、适应范围广的产品系列,快速应对市场,提高市场竞争能力,这正是应用模块化设计,力求缩短设计和生产周期,并降低制造成本的出发点。2)产品功能分析与产品系列型谱确定。通过对产品功能、性能和技术水平档次的分析,合理进行功能组合,划分和确定产品系列。本过程重在符合市场需求和客观技术规律,兼顾考虑模块化设计原则。3)确定参数范围和主参数。必须根据产品结构特点和一般使用范围规律,合理确定模块化设计所覆盖的产品规格范围。规格范围过大,规格过多,对市场的应变能力强,有利于占领市场,但设计难度大,工作量大,甚至在一定程度上导致应用模块化技术的难度大;反之,则对市场应变能力减弱,但设计容易,工作量小,易于提高产品性能和针对性。例如铣床,其产品规格主要取决于产品参数,其中包括尺寸参数(工作台尺寸)、运动参数(三向行程)和动力参数(功率、转矩),应合理确定,若过高过宽造成浪费,过低过窄不能满足要求。另外,参数数值大小和数值在参数范围内的分布也很重要,按使用要求而定。4)模块结构分析和模块类型确定模块化设计的原则是力求以少数模块组成尽可能多的产品,并在满足要求的基础上使产品性能稳定、结构简单、成本低,模块结构应尽量简单、规范。因此,如何科学地划分模块,是模块化设计中很具有艺术性和关键性的一项工作,既要满足市场需求和使用要求,又要考虑生产管理方便;既要达到设计简便、模块数量尽可能少、降低制造成本,还要考虑到该模块系列将来的进一步扩展和转向及向相近类型产品的辐射,所以划分的好坏直接影响到模块系列设计的成功与否。总的说来,划分前必须对系统进行仔细的功能分析和结构分析,因此划分模块要遵循以下原则:①模块在整个系统中的作用及其更换的可能性和必要性;②模块应达到尽可能大的通用性;③保持模块在功能及结构方面具有一定的独立性和完整性;④模块间的接合要素要便于联接与分离;⑤模块的划分不能影响系统的主要